Gömülü bir istasyon yapısının sismik analizi
Seismic analysis of a buried station structure
Yazar: SAYGIN ERCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT TONAROĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Artan nüfus ve artan medeniyet olanaklarına talep, yeraltında da yapılar inşa edilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Bu bağlamda yoğun nüfuslu yerleşim bölgelerinde ulaştırma yapıları, depo alanları, park alanları, sağlık yapıları ve enerji tesisleri inşa edilmiştir. Yeraltı yapılarının tasarımında yerüstü yapılarından farklı olarak, gömülü olduğu jeolojik ortamdan gelen etkilerin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Bu etkiler kaya ortamlarda ve zemin ortamlarda farklılık arz etmekle birlikte; deprem etkisinde gömülü yapılar üzerinde ilave kuvvetler oluşturmaktadır. Depremde yeraltı yapılarına etkiyen bu ilave etkilerin tasarımda dikkate alınması için geliştirilen bir takım analitik yaklaşımlar olmakla birlikte günümüzde zemin veya kaya/yapı etkileşiminin dikkate alındığı sayısal analiz yaklaşımları ön plana çıkmıştır. Bu tezde zemin/yapı etkileşimi dikkate alınarak gömülü yapıların deprem etkisinde davranışının sayısal analizlerle incelenmesi ve pratikte kullanımı yaygınlaşan eşdeğer statik (statik gibi) analiz yaklaşımının geçerliliğinin sorgulanması amaçlanmıştır. Tez kapsamında, İstanbul Anadolu Yakası'nda tamamen gömülü olarak inşa edilen bir metro istasyonu yapısının deprem etkisinde davranışı incelenmiştir. Bu kapsamda yapılan çalışmalarda dinamik ve eşdeğer statik (pseudo statik) analiz yaklaşımları kullanılmış ve sonlu elemanlar yöntemi ile iki boyutlu gerilme şekil değiştirme analizleri yapılmıştır. Doğrusal olmayan zemin davranışı ile birlikte zemin yapı etkileşiminin göz önüne alındığı bu iki boyutlu sayısal analizler Plaxis 2D yazılımı ile gerçekleştirilirken, eşdeğer statik analiz yaklaşımında dikkate alınan serbest saha yanal yer değiştirme profilleri bir boyutlu olarak DeepSoil 6.1 yazılımı ile hesaplanmıştır. Bir ve iki boyutlu dinamik analizlerinde sahaya özgü belirlenmiş üç farklı deprem kaydı kullanılmıştır. Zaman tanım alanında gerçekleştirilen iki boyutlu dinamik gerilme şekil değiştirme analizlerinden elde olunan bulgular yeraltı yapılarının deprem etkisinde davranışında deprem kaydı özelliklerinin etkisinin önemli olduğunu göstermiştir. Dinamik ve eşdeğer statik deprem analizlerinden yeraltı yapısı için elde edilen şekil değiştirme, yanal yer değiştirme ve kesit tesirleri sonuçlarının birbirlerine kabul edilebilir mertebelerde yakın olduğu ancak eşdeğer statik analizlerin kullanımında malzeme güvenlik sayıları ve yük faktörlerinin seçiminde dikkatli olunması gerektiği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Increasing population and an ever-growing demand for civilized living conditions have led to the need to build structures underground. In this context, transportation structures, storage areas, parking areas, health structures, and energy facilities are constructed in densely populated residential areas. Unlike surface structures, impacts of the buried geological environment should be considered in designing underground structures. In spite of these effects being different in rock and ground environments, earthquakes create additional forces on buried structures. There are several analytical approaches developed to consider these additional impacts from earthquakes in design, however numerical analysis approaches that allow for soil or rock/structure interaction are more prevalent.
In this thesis, it is aimed to investigate the behavior of buried structures under earthquake effects by using numerical analysis and to investigate the validity of equivalent static analysis approach, which, nowadays, is widely used in practice. Within the scope of the thesis, the behavior of a subway station which was built entirely below ground on the Asian side of Istanbul was investigated. Two-dimensional dynamic and equivalent static (pseudo-static) stress-strain analyses are carried out with the finite element method. While these two dimensional numerical analyses were conducted with Plaxis 2D considering non-linear soil behavior and soil structure interaction, the free field lateral displacement profiles considered in the equivalent static analysis approach were calculated one-dimensionally with DeepSoil 6.1. Three different site-specific spatial earthquake recordings were used for one- and two-dimensional dynamic analyses.
The results from two-dimensional dynamic stress-strain analyses in time-domain indicate the effect of earthquake recording characteristics on the behavior of underground structures under seismic activity. It is concluded that the results of the deformation, lateral displacement and force/moment resultants obtained from the dynamic and equivalent static earthquake analyses for the underground structure are within an acceptable range of each other. However, it is crucial to properly select the material safety factors and load factors for equivalent static analyses.