Yığma duvarların elasto-plastik davranışlarının deneysel ve sayısal olarak araştırılması
Investigating elasto-plastic behavior of masonry walls by experimental and numerical methods
Yazar: BAŞAK ZENGİN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KOÇAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada yığma duvarların elasto-plastik davranışları bir dizi numune deneysel ve sayısal olarak araştırılmıştır. Çalışmalarda farklı yığma tuğla türleri ve farklı derz kalınlıkları ele alınmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen çeşitli parametreler sayısal modellemelerde kullanılmış, gerek deneyle ve gerekse hesap sonucu belirlenen yük-yer değiştirme eğrileri karşılaştırılmıştır. 
Deneysel çalışma için 4 farklı tuğla cinsi, 2 farklı tuğla türü ve 3 değişik harç kalınlığı dikkate alınarak 24 farklı prototip duvar üretilmiştir. Deneysel çalışmaya başlamadan önce tüm malzemelerin mekanik deneyleri yapılmıştır. Seçilen tüm malzemelerin geleneksel yapılarda en yaygın kullanılan türleridir. Sonrasında bu malzemelerle üretilen 24 duvar düşey ve yatay yükler altında teste tabi tutulmuştur. Deney esnasında her duvara 4 ayrı noktadan doğrusal değişken diferansiyel transförmatör (LVDT) yerleştirilmiş, duvara etkiyen yükler ve duvarların yatay yer değiştirmeleri kayıt altına alınmıştır. Ayrıca duvarlardaki tüm hasarlar video kaydına alınmıştır. 
Deneysel çalışmalarla birlikte tüm duvarlar ABAQUS ver. 2016.1 programıyla  modellenmiştir. Modellerde malzemelerin karakteristik değerleri deneylerden elde edilen değerler ele alınarak kullanılmıştır. Duvar modellerinde tuğla ve harçlar ayrı ayrı modellenmiş, tuğla ve harcın birlikte çalışması için kohezif elemanlar tanımlanmıştır. Duvarların hasar durumununu aktarabilmek için Concrete Damage Plastisite (betonun plastisite hasarı) teorisi kullanılmıştır. Ayrıca duvarların plastik davranışları için kullanılan parametreler ayrıntılı olarak incelenmiştir. 
Sonuçta, deneyler ve sayısal olarak elde edilen hasarlar, yük-yer değiştirme eğrileri duvarların derz kalınlıklarına, malzeme türlerine göre ayrı ayrı kıyaslanmıştır. Bunlara bağlı olarak duvarların sünekliği ve enerji kapasiteleri de incelenmiştir.
Kısaca özetlenen bu tez çalışması yedi bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde literatür taraması yapılmıştır. Tezin gelişmesine katkı sağlayacak literatür aktarılmıştır. Tezin hedefi ve orjinalliğine katkısı açıklanmıştır. İkinci bölümde, yığma yapı anlatılmıştır. Yığma yapılarda kullanılan malzemeler ve özelliklerinden bahsedilmiştir. Yığma duvarlar ile yığma duvardaki harcın çalışma şekline değinilmiştir. Üçüncü bölümde, malzemenin mekanik çalışma şekli anlatılmıştır. Modellemelerde kullanılan hasar mekaniği yaklaşımlarına değinilip çalışmada kullanılan hasar mekaniği anlatılmıştır. Dördüncü bölümde, Sonlu eleman yöntemi ve yığma duvarların modelleme yönteminden bahsedilmiştir. Sonlu elemanlarla modal analiz ilişkisi anlatılmıştır. Ayrıca, modelleme teknikleri ayrıntılı verilmiştir. Beşinci bölümde tezin deneysel süreci anlatılmıştır. Mekanik deneyler ile duvar deney sistemi hakkında bilgi verimiştir. Duvar üretiminde kullanılan malzeme özellikleri ve bu malzemelerin mekanik deney sonuçları analiz edilmiştir. Duvarların hasar durumları analiz edilmiştir. Duvarlara uygulanan deney sonucunda elde edilen veriler yük-yer değiştirme grafiğine bağlı olarak analiz edilmiştir. Duvarlar yük yer değiştirme durumuna bağlı olarak malzeme türüne, derz kalınlığına, süneklik ve enerji kapasitelerine göre kıyaslanmıştır. Altıncı bölümde duvarların sayısal analizde izlenen yöntemden bahsedilmiştir. Duvarın analiz durumuna yer verilmiştir. Duvarların sayısal analiz sonuçları ile deneysel sonuçları karşılaştırılmıştır. Yedinci bölümde çalışma sonuçlandırılmıştır. Buna bağlı olarak öneride bulunulmuştur.

Abstract:
In this research, some experimental and analytical studies have been completed in order to investigate the elasto-plastic behavior of masonry walls. Various masonry unit types and mortar thicknesses have been used. Obtained parameters from experimental studies have been used in analytical models and Load - Displacement diagrams both from experimental results and analytical results have been compared. 
During the experimental study 4 different masonry unit type and 3 different mortar thickness have been used. 24 different walls have been created. These are the common types o masonry walls that have been used. The mechanical properties of all material have been obtained prior to the experimental analysis. The walls have been subjected to vertical and lateral loads while lateral displacements have been collected from 4 different points by four LVDT. Lateral loads, displacements and all damages on the walls have been recorded. 
After the experimental analysis, all walls have been modeled by finite element method. Material properties in the models are used in conjunction with material properties obtained from material experiments. In the model, bricks and mortar have been modeled separately and joined by cohesive elements. Concrete damage plasticity has been used for the damage model for materials. In addition, the parameters that have been used for walls' non-linear behavior are investigated in detail. 
Finally, the experimental and analytical results have been investigated and load-displacement data have been compared by material type, mortar thicknesses.  In addition, ductile behavior and energy capacities have been investigated.  
The study consists of seven sections. First Section includes the literature review. The target and originality of the thesis have been explained. In the second section, the masonry structures have been stated. The masonry structures and the behavior of mortar have been explained. The third section mechanical behavior of the materials have been represented. The damage model has been explained. In the fourth section, finite element method and modeling techniques have been stated in detail. The relation between numerical analysis and finite element method have been explained. Modeling details have been stated. In the fifth section, experimental part of the study has been explained. Mechanical experiments and experimental setup have been stated. The mechanical properties of the materials have been used in the walls have been analyzed. The damage states have been investigated and Load – Displacement graphs have been stated. The walls have been compared based on material type, mortar thickness, ductility and energy capacities. The sixth section the analytical analysis of the walls have been investigated and the analytical results and experimental results have been compared. In the seventh section, the study is competed and a proposal have been stated based on the findings.