Prefabrik betonarme endüstri yapısının zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi ile deprem performansının belirlenmesi
Determination of earthquake performance by analysis of the prefabricated reinforced concrete industrial structure with non-linear time history analysis method
Yazar: ÖMER CANBEY CÜCEMEN
Danışman: PROF. DR. KONURALP GİRGİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan analiz = Nonlinear analysis ; Prefabrike beton = Prefabricated concrete ; Taşıyıcı sistemler = Supporting systems ; Yapı sistemleri = Structure systems

Özet:
Ülkemizde geçmişte ve yakın dönemde büyük depremler gerçekleşmiştir. Bunun başlıca sebebi ülkemizin birçok fay hattının üzerinde bulunmasıdır. Türkiye'de Kuzey Anadolu Fay Hattı, Doğu Anadolu Fay Hattı ve Batı Anadolu Fay Hattı olmak üzere 3 büyük fay hattı bulunmaktadır. 
Bu fay hatlarının fazlalığı sebebiyle, ülkemizde yapılan yapılarda deprem güvenliği çok önem arz etmektedir. Meydana gelebilecek depremlerde en az can ve mal kaybıyla kurtulmak için doğru hesaplamalar ve bu hesaplamalar uygun bir şekilde uygulamanın yapılması gerekmektedir. 
Hesaplamaların belli standartlarda olması gerektiği için, ülkeler tarafından yönetmelikler oluşturulmaktadır. Bu yönetmelikler ilgili ülkenin zemin koşulları ve depremselliklerine göre farklılıklar gösterebilir. Ülkemizde de geçmişten günümüze birçok farklı yönetmelik yürürlüğe girmiştir. Yönetmelikler gelişen teknoloji, yeni hesaplama yöntemleri ve yeni malzeme türlerindeki gelişmeler sonucunda dönem dönem gelişerek veya değişerek günümüze kadar gelmiştir. Türkiye'de güncel olarak 2018 yılına kadar hazırlanan ve 2019 yılında yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği kullanılmaktadır.
Yeni yapılacak binaların yanında, eskiden yapılmış mevcut binaların da gün geçtikçe değişen ve gelişen, teknoloji ve bilimsel çalışmalar ışığında ortaya çıkan deprem yönetmeliklerine uygun olması gerekmektedir. Bu sebeple mevcut yapıların güncel deprem yönetmeliğine uygunluğu kontrol edilmek amacıyla bu yapıların deprem performans analizi yapılabilmektedir. Mevcut yapıdan alınan malzeme ve taşıyıcı sistem bilgileri ışığında yapılan analizler sonucunda yapının kullanıma uygun olduğu veya güçlendirme gerektirdiği belirlenebilmektedir. Deprem performansının belirlenmesinde TBDY 2018 yönetmeliğinde belirtilen yöntemler bulunmaktadır. Doğrusal ve doğrusal olmayan yöntemlerle bina performansı belirlenebilmektedir. Fakat günümüzde doğrusal hesap yerine gerçeğe daha yakın, şekil değiştirmeye dayalı doğrusal olmayan hesap tercih edilmektedir. 
Bu tez kapsamında mevcut prefabrik betonarme bir yapının zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizi ile deprem performansı belirlenmiştir. Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizin uygulanmasında TBDY 2018'de bulunan esaslara uyulmuştur. Elde edilen sonuçlar ile yine TBDY 2018'de bulunan performans hedefleri doğrultusunda güçlendirme gerekliliği hakkında yorum yapılmıştır.
Çalışma toplam beş ana bölümden oluşmaktadır.  Bu bölümler; yapı sistemlerinin doğrusal olmayan davranışı hakkında bilgilendirme, mevcut yapının özelliklerinin belirlenmesi, mevcut yapının performansının belirlenmesi ve sonuç bölümleridir.
Tezin giriş bölümünde genel bir bilgilendirme ile tezin konusu ve amacı hakkında bilgiler verilmiştir.
İkinci bölümde, yapılardaki doğrusal olmayan davranış incelenmiştir. Bu bölüm dört başlıkta incelenmiştir. İlk olarak doğrusal olmayan hesap yöntemlerine giriş olarak genel bilgilendirilme yapılmıştır. Daha sonra ikinci başlıkta, yapı sistemlerinin doğrusal olmama nedenleri açıklanmıştır. Üçüncü başlıkta doğrusal olmayan davranış modelleri tanıtılıp plastik mafsal teoremi açıklanmıştır. Son başlıkta ise doğrusal olmayan davranışı göz önünde bulunduran doğrusal olmayan hesap yöntemleri hakkında bilgilendirilme yapılmış ve bu tez çalışmasında kullanılan yöntem belirtilmiştir.
Üçüncü bölümde, tez kapsamında analizi gerçekleştirilen yapı hakkında bilgilendirme yapılmıştır. Bu bilgilendirme iki başlıkta yapılmıştır. İlk başlıkta, yapının taşıyıcı sistemi, yapısal elemanların boyutları ve donatı bilgileri verilmiştir. Kullanılan beton ve çelik malzemelerin mekanik özellikleri mevcut binadan alınan numune sonuçlarına göre hesaplanarak detaylıca açıklanmıştır. Ayrıca yapının maruz kaldığı düşey yükleme durumu ve yapının bulunduğu zemine ait zemin sınıfı Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'e göre belirlenerek açıklanmıştır. İkinci başlıkta ise mevcut yapının bulunduğu enlem, boylam ve kat yüksekliği gibi genel özellikleri aktarılarak bu özellikler yardımıyla Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'e göre sınıflandırılması anlatılmıştır. Bu sınıflandırılmaya göre mevcut binanın performans hedefleri belirlenmiştir. 
Dördüncü bölüm, mevcut yapının performansının belirlenmesine ayrılmıştır. Altı başlıkta incelenmiştir. İlk başlıkta yapının SAP2000 yapısal analiz programında üç boyutlu modellenmesi anlatılmıştır. Bu modelleme sırasında yapıda tespit edilen malzemelerin mekanik özelliklerinin, yapının maruz kaldığı düşey yükleme durumunun, deprem anında öngörülen etkin kesit rijitliklerinin ve elemanlara atanacak olan plastik mafsal özelliklerinin programda nasıl tanımlandığı detaylıca açıklanmıştır.  İkinci alt başlıkta zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz için kullanılan depremlerin seçilmesi ve bu seçilen depremlerin ölçeklendirilmesinin TBDY 2018'e uygun olacak şekilde nasıl hesaplandığı ve hesaplamalara ait sonuçlar açıklanmıştır. Üçüncü alt başlıkta, elde edilen ölçeklendirilmiş deprem ivme verilerinin zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizde kullanılması için deprem yükleri olarak analiz programına tanımlanması anlatılmıştır. Dördüncü başlıkta yönetmelikte bulunan hasar durumları ve bu hasar durumlarına ait kesit hasar sınırları hakkında bilgi verilip, mevcut yapıda bulunan taşıyıcı elemanlar için bu hasar durumlarına ait hasar sınırlarının hesaplanması anlatılmıştır. Beşinci başlıkta analiz sonuçları verilmiştir. Elde edilen veriler ışığında kesitlerde meydana gelebileceği öngörülen yer değiştirmeler ve iç kuvvetler, hasar sınırları ve iç kuvvet kapasiteleri ile kıyaslamalar yapılarak elemanların kesit hasar bölgeleri belirlenmiştir. Son başlıkta ise elemanların hasar bölgeleri bilgilerinden yararlanılarak yapının deprem performans değerlendirilmesi TBDY 2018'e göre belirlenmiştir.
Beşinci ve son bölümde ise elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmede bina performans hedefi ile analizler sonucunda elde edilen mevcut binanın performans düzeyi kıyaslanmıştır. Bu kıyaslama sonucuna göre yapının güçlendirme gerekliliği hakkında yorum yapılmıştır. 
Doğrusal olmayan analiz için seçilip ölçeklendirilen deprem ivme kayıtlarına ait elde edilen davranış spektrumları ekler bölümünde paylaşılmıştır.

Abstract:
High-magnitude earthquakes have occurred in our country in the past and recently. The main reason for this is that our country is located on many fault lines. There are 3 major fault lines in Turkey, namely the North Anatolian Fault Line, the East Anatolian Fault Line and the West Anatolian Fault Line.
Due to the excess of these fault lines, earthquake safety is very important in the buildings constructed in our country. In order to survive with the least loss of life and property in possible earthquakes, correct calculations and these calculations should be applied in an appropriate way.
Since the calculations must be in certain standards, codes are created by the countries. These codes may differ according to the ground conditions and seismicity of the relevant country. Many different codes have been put into effect in our country from past to present. These codes have survived to the present day by developing or changing from time to time as a result of developing technology, new calculation methods and developments in new material types. Turkish Building Earthquake Code, which was prepared until 2018 and entered into force in 2019, is currently used in Turkey.
In addition to the new buildings to be built, the existing buildings that have been built in the past should be in accordance with the earthquake codes that are changing and developing day by day, emerging in the light of technology and scientific studies. For this reason, earthquake performance analysis of these structures can be made in order to check the compliance of existing structures with the current earthquake codes. As a result of the analyzes made in the light of the material and carrier system information taken from the existing structure, it can be determined that the structure is suitable for use or requires reinforcement. There are methods specified in the TBEC 2018 for determining earthquake performance. Building performance can be determined by linear and non-linear methods. However, nowadays, instead of linear calculation, non-linear calculation based on deformation, which is closer to reality, is preferred. 
In this thesis, the earthquake performance of an existing prefabricated reinforced concrete structure was determined by non-linear time history analysis. In the application of nonlinear time history analysis, the principles found in TBEC 2018 were followed. With the results obtained, comments were made on the necessity of strengthening in line with the performance targets in TBEC 2018.
The study consists of a total of five main parts. These sections are; information about the nonlinear behavior of building systems, determination of the characteristics of the existing structure, determination of the performance of the existing structure and conclusion sections.
In the introduction part of the thesis, general information and information about the subject and purpose of the thesis are given.
In the second part, the nonlinear behavior of the structures is examined. This section has been analyzed under four headings. First, general information was given as an introduction to non-linear calculation methods. Then, in the second title, the reasons for the nonlinearity of the building systems are explained. In the third chapter, nonlinear behavior models are introduced and the plastic hinge theorem is explained. In the last chapter, information was given about nonlinear calculation methods that take nonlinear behavior into account, and the method used in this thesis study was stated.
In the third chapter, information was given about the structure analyzed within the scope of the thesis. This information was made under two headings. In the first title, the structural system of the building, the dimensions of the structural elements and reinforcement information are given. The mechanical properties of the concrete and steel materials used are calculated according to the sample results taken from the existing building and explained in detail. In addition, the vertical loading condition to which the structure is exposed and the ground class of the ground on which the structure is located are determined and explained according to the Turkish Building Earthquake Code 2018. In the second title, the general features of the existing building such as latitude, longitude and floor height are conveyed and its classification according to Turkey Building Earthquake Code 2018 is explained with the help of these features. According to this classification, the performance targets of the existing building have been determined.
The fourth chapter is devoted to determining the performance of the existing structure. It has been examined under six headings. In the first title, three-dimensional modeling of the structure in the SAP2000 structural analysis program is explained. During this modeling, it is explained in detail how the mechanical properties of the materials determined in the building, the vertical loading condition that the structure is exposed to, the effective section stiffnesses predicted during the earthquake and the plastic hinge properties to be assigned to the elements are defined in the program. In the second sub-title, the selection of earthquakes used for nonlinear time history analysis and how the scaling of these selected earthquakes is calculated in accordance with TBEC 2018 and the results of the calculations are explained. In the third sub-title, it is explained that the scale earthquake acceleration data obtained are defined as earthquake loads to the analysis program for use in nonlinear time history analysis. In the fourth chapter, information is given about the damage cases in the code and the sectional damage limits of these damage cases, and the calculation of the damage limits for these damage cases for the load-bearing elements in the existing structure is explained. In the fifth chapter, the results of the analysis are given. In the light of the data obtained, the displacements and internal forces predicted to occur in the sections were compared with the damage limits and internal force capacities and the section damage areas of the elements were determined. In the last title, the earthquake performance evaluation of the structure by using the damage zones of the elements is determined according to TBEC 2018.
In the fifth and last section, the obtained results are evaluated. In this evaluation, the building performance target and the performance level of the existing building obtained as a result of the analyzes were compared. According to this comparison result, a comment was made on the necessity of strengthening the structure.
The response spectra of the earthquake acceleration records selected and scaled for nonlinear analysis are shared in the appendices.