Zemin koşullarının yapı davranışı üzerindeki etkisi
The Effect of local soil conditions on the building behavior
Yazar: GÖKHAN YAZICI
Danışman: DOÇ. DR. NECMETTİN GÜNDÜZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dalga yayılması = Wave propagation ; Yapı davranışı = Structure behavior ; Zemin büyütme = Soil amplification ; Zemin yapısı = Soil structure

Özet:
ÖZET Deprem esnasında oluşan yer hareketleri, kaynak mekanizmasına ve dalgaların hareket ettiği yolun özelliklerine ve yerel zemin koşullarına bağlı olarak değişmektedir. İdeal koşullar altında, tam bir zemin tepki analizi kaynak mekanizmasını ve kaynaktan anakaya yüzeyine kadar olan dalgaların hareket ettiği ortam için bir model oluşturur ve daha sonra anakaya üzerinde bulunan yerel zemin koşullarının serbest yüzeydeki hareketi ne ölçüde etkilediğini inceler. Ancak bu yaklaşım, çoğu müendislik uygulaması için kaynak mekanizasmdaki belirsizliklerden ve kaynak ile anakaya yüzeyi arasındaki enerji aktanmındaki belirsizliklerden dolayı pratik değildir. Mühendislik uygulamalarında, daha önce kaydedilmiş depremlerin özelliklerine dayanan ampirik metodlar kullanılarak bazı belirleyici ilişkiler oluşturulur. Anakaya hareketinin özellikleri bu belirleyici ilişkiler ve sismik tehlike analizleri yardımıyla belirlenir. En son olarak da, anakaya üzerindeki zemin dolgusunun serbest yüzeydeki hareketin özelliklerini nasıl etkilediği uygun bir zemin modeli yardımıyla bulunur. Zemin tarafından uygulanan filtreleme işlemi, bazı koşullarda ve frekanslarda dalga genliklerini arttırmakta, diğerlerinde ise azaltmaktadır. Yerel zemin koşullan gelen sismik hareketler üzerinde, herhangibir tabakada maksimum ivme değerinin artışı veya kuvvetli sarsıntıların süresinin uzaması gibi önemli değişikliklere yol açabilmektedir. Yerel zemin büyütme etkilerinin aletli ölçümlerde tanınması problemi merak konusu olmuş ve kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Yerel zemin koşullarının filtreleme etkisi, elastik kaya üzerine oturan, yatay ve uniform olan tek boyutlu lineer bir zemin modeli kullanılarak araştırılmıştır. Bu modelde radyasyon sönümünün de etkileri göz önünde bulundurulmuştur. Transfer fonksiyonları aracılığıyla anakayanın yüzeyindeki ivmeler ile serbest yüzeydeki ivmeler arasında bir bağlantı kurulmuştur. Anakayanın ivme-zaman kaydına hızlı Fourier dönüşümü uygulayarak anakayanın Fourier genliği vıuspektrumu elde edilmiştir. Daha sonra, anakayanın Fourier genliği spektrumu transfer fonksiyonu ile çarpılarak serbest yüzeye ait Fourier genliği spektrumu hesaplanmıştır. Sonunda, serbest yüzeydeki ivmelerin Fourier genliği spektrumuna hızlı Fourier dönüşümü uygulanarak serbest yüzeydeki ivme-zaman kaydı belirlenmiştir. Transfer fonksiyonunun modülü olan büyütme fonksiyonu değişik zemin parametreleri için türetilmiş ve incelenmiştir. Bina davranışı, sönümlü tek serbestlik dereceli bir sistemin daha önce tarif edilen zemin modelinin üzerine oturtulması ile gözlenmiştir. Zemin-bina etkileşimi hesapları basitleştirmek için ihmal edilmiştir. Değişen zemin parametreleri için bina tepesinde gözlenen maksimum ivmeler ve serbest yüzeydeki ivmeler çizdirilmiştir. IX

Abstract:
SUMMARY The influence of local subsoil conditions on earthquake ground motions is the final event of a complex propagation process in which source-mechanism and transmission-path characteristics constitute the preceding stages. Under ideal conditions, a complete site response analysis provides a model for the source mechanism and the propagation path of the seismic waves that travel from the source to the bedrock surface and then investigates how the soil conditions above the bedrock influence the earthquake characteristics at the free surface. However, this approach is not practical for most engineering applications due to the complex nature of the source mechanism and the uncertainties in energy transfer between the source and the bedrock surface. In engineering practice, predictive relationships are developed by using empirical methods based on characteristics of previously recorded earthquakes. The characteristics of the bedrock motion are determined by using these predictive relationships along with seismic hazard analyses. Finally, the influence of the soil deposit above the bedrock on the free surface motion characteristics is determined by using an appropriate soil model. Filtering by the soil may considerably enhance wave amplitudes in certain conditions and at certain frequencies and reduce them in others. The local soil conditions may produce significant modifications on incoming seismic motions, including an increase of peak amplitudes at the surface or within a specific layer and longer duration of significant shaking. The problem of identifying local amplification effects in instrumental records is of considerable interest and has been extensively investigated. The filtering effects of the local soil conditions have been investigated by using a linear one dimensional model consisting of a horizontal, uniform soil layer overlying an elastic rock half-space. Radiation damping into account as well as material damping has been taken into account in this soil model. Transfer functions have been used to relate the earthquake accelerations recorded at the bedrock outcrop tomotions observed at the free surface. The acceleration time-history record of the bedrock accelerations was transformed to obtain the Fourier amplitude spectrum of the input motion. Afterwards, the Fourier amplitude spectrum has been multiplied with the transfer function to obtain the Fourier amplitude spectrum at the free surface. Finally, time-history of the motion at the free surface has been determined in the time domain by applying inverse fast Fourier transform to the Fourier amplitude spectrum of the free surface motion. The modulus of the transfer function, also known as the amplification function, have been derived and evaluated for various geotechnical parameters. The building behaviour was simulated by adding a single degree of freedom system with damping on the free surface of the previous soil model. The soil-structure interaction effect was neglected to simplify calculations. Peak accelerations calculated at the top of the structural system and the free surface have been plotted for various geotechnical parameters. XI