Temel seviyesindeki sismik hareketi etkileyen faktörler üzerine parametrik çalışma
Parametric study on the factors effecting the foundation input ground motion
Yazar: SEDAT BARĞU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA KUBİLAY KELEŞOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Deprem esnasında deprem dalgaları, zemin tabakaları ve yapısal elemanlar (temel, kazıklar, yapının kendisi vb.) birbirleriyle etkileşim içerisine girerler. Son yıllarda araştırmacılar, hem arazi hem de santrifüj deneylerini sayısal analizlerle birlikte kullanarak bu zararlı etkileşimin etkileri üzerine araştırmalar ortaya koymaktadırlar. Deprem dalgası-zemin-yapı etkileşimini değişik doğruluk seviyelerinde modelleyebilen birkaç sayısal metot mevcuttur. Tasarımlarda zemindeki sismik hareket ve özellikle temel seviyesindeki sismik hareket anahtar rol oynamaktadır. Yapısal eleman bulunmayan durumlarda, bir boyutlu analizler (SHAKE, EERA) yerel zemin etkilerini tahminde tatmin edici sonuçlar vermektedir. Bununla birlikte sismik dalgalar ve temel arasındaki kinematik etkileşim, sismik dalganın karakterini önemli ölçüde değiştirebilir. Bu nedenle temel ve kazıkların varlığı durumunda, radyeden yapıya ulaşan hareketi lokal zemin etkilerini içermelidir.

Bu çalışmada bazı parametrelerin temel seviyesindeki sismik hareket üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla, anakayadan uygulanan zemin hareketinin zemin tabakaları arasındaki yayılımı incelenmiştir. Temel seviyesindeki sismik hareket üzerinde etkisi olan üç faktör üzerine yoğunlaşılmıştır: (i) Zemin içerisinde yapısal elemanların (kazıklı radye temel) bulunması durumu (ii) Zemin rijitliğine bağlı tabakalaşma (iii) Farklı deprem ivme kaydı.

Üç boyutlu sayısal analizler FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions) yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.  Zemin tabakalarının ve kazıkların sismik yükler altındaki davranışları eşdeğer lineer metot kullanılarak incelenmiştir. Bu metot sayesinde zeminlerin kayma modülü azalım eğrileri ile sönümleme eğrileri kayma birim deformasyonundaki artışa bağlı olarak hesaba katılabilmiştir. Sayısal analizler, kazıklı radye temel durumunda, özellikle rijitliği  düşük zeminlerde ve tabakalı zeminlerde  spektral ivmenin yapısının değiştiğini ve maksimum spektral ivmenin arttığını  açıkça ortaya koymuştur. Sönümlemenin etkisini araştırmak maksadıyla analizlerde kayma modülü azalımını temsil eden sönümleme fonksiyonları ve lokal sönümleme kullanılmıştır. Beklendiği gibi, sönümleme modelinin spektral ivmenin şekli ve yapısal elemanların hesaplanan yükleri/momentleri üzerinde önemli etkisi olduğu ortaya konmuştur.

Abstract:
Earthquake waves-soil layers and structural elements (i.e. foundation, piles and the building itself) interact each other during a seismic event. In the recent years, researches have been carried out to investigate the influence of this detrimental interaction, using either field or centrifuge tests combined with numerical analyses. Several numerical methods are available to model earthquake wave-soil-structure interaction with different levels of accuracy. Input ground motion and more specifically the foundation input motion has a key role in the design. In the free-field case (no structural elements), one dimensional analysis (SHAKE, EERA) provides satisfactory results to estimate the local site effects. However, the kinematic interaction between the seismic waves and the foundation may drastically change the characteristic of the seismic wave. Thus the input motion to be exerted to the superstructure from the raft must include the local site effects, existence of foundation depth and the piles. 

In order to consider the influence of several parameters on the foundation input motion, the bedrock ground motion propagation thorough the soil layers were investigated in this study. The main focus was on three factors that affect foundation input motion: (i) existence of the structural elements such as piled raft foundation (ii) soil stratification by means of soil stiffness (iii) different earthquake acceleration records.  

Three-dimensional numerical analysis were performed by using FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions) software. Behavior of piles and soil layers under seismic loads were analyzed by using equivalent linear method. With this method, soil shear modulus reduction curves and damping curves depending on the increase of shear strain were taken into account. Numerical results clearly revealed that, for piled raft foundation case, the form of spectral acceleration change and the maximum spectral acceleration increase, particularly for soils both with low soil stiffness and stratified layers. In order to investigate the effect of damping, damping functions which represent the shear modulus reduction and local damping were used in analyses. As expected, it was found that, damping model has a major impact on the shape response spectrum and calculated forces/moments on structural elements.