Yığma duvar ve temellerde doğrusal olmayan modelleme
Non-lineer modeling of masonry walls and foundations
Yazar: ALİ OSMAN KURUŞCU
Danışman: DOÇ. DR. BİLGE DORAN ; PROF. DR. H. ORHUN KÖKSAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında amaç, yığma duvar ve temellerinde zemin-üstyapı etkileşimini de içine alan 3-boyutlu yapısal analizler gerçekleştirmektir. Bunun için; tarihi yapılarda çeşitli temel ve temel altı zemin düzenlemeleri incelenmiş, zemin ve yapı malzemelerine ait tasarım parametreleri belirlenerek yapıların sonlu eleman analizleri yapılmıştır.Yapı elemanlarının geometrik boyutları ile ilgili veri edinme zorluğu, büyük en-kesitli yapı elemanlarının dışarıdan görünmeyen iç bölümlerinin belirsizliği, yapı elemanlarının yapım sürecinin ve sırasının tam olarak bilinmemesi ve aynı eleman kesiti içinde bile farklı malzemelerin kullanılabilmesi gibi nedenlerle yapı malzemelerinin özelliklerinin belirlenmesindeki güçlükler, malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesindeki eksiklikler, yapım tekniğinden ve doğal malzeme kullanımından kaynaklanan veri çeşitliliği, yapıdaki mevcut hasarın neden olduğu genel stabilitenin ve dayanım sürekliliğinin tam olarak saptanamaması, çağdaş yapı malzemelerinin kullanılması, güncel yapısal analizlerin karmaşıklığı gibi problemler nedeniyle literatürdeki mevcut yapısal çözümleme ve analizler pek çok varsayıma dayanmaktadır. Bütün bu olumsuzluklara karşın yığma konusundaki çalışmalarda, yığma yapı ve elemanların doğrusal elastik modelleme ağırlıklı olmak üzere çok sayıda 3-boyutlu (3B) ya da düzlemsel çözümlemeleri bulunmaktadır. Ancak, bu analiz sonuçlarının geçerliliği ileri düzey malzeme modellerinin gerektirdiği parametreler bakımından tartışmaya açıktır.Bu çalışma kapsamında, Drucker-Prager kırılma kriterinin ihtiyaç duyduğu malzeme parametreleri için bağıntılar geliştirilmiş ve duvar davranışının modellenmesinde kullanılmıştır. Aynı parametreler duvara başlangıçta uygulanan hidrostatik basınca bağımlı hale getirilerek daha detaylı analizler de gerçekleştirilmiştir. Söz konusu modeller kullanılarak altı farklı çalışmadan ellibir (51) duvarın detaylı çözümlemeleri yapılarak deneysel davranışları başarıyla tahmin edilmiştir. Makro-modelleme yaklaşımı ile duvarlarda doğrusal olmayan malzeme davranışını temel alan stabilite sorunları da araştırılmıştır. İkinci adımda yığma yapılarda temel zeminine ait geometri ve malzeme bilgileri irdelenmiştir. Bu bilgiler sonucunda, daha önceden çözümlenen duvarların farklı mesnetlenme durumları ile dikkate alınarak temel-duvar etkileşimi incelenmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to accomplish 3-dimensional structural analyses of masonry walls and their foundations considering the soil-superstructure interaction. For this purpose, various historic buildings foundation walls and organizations on the soil under the foundations were examined and after the assessment of the design parameters for the ground and building materials, several finite element analyses were successively conducted.However, numerical models and analysis in literature are based on too many assumptions due to the difficulty in obtaining data for geometric dimensions of structural elements, uncertainty in the inner core of the thick cross sectioned building elements that are invisible from the outside, difficulties in determining the properties of building materials due to the unknown construction period and sequence of construction process and use of different materials even within the same cross-section, deficiencies in the determination of mechanical properties of the construction materials, the variety of construction techniques and the use of natural materials, difficulties in assessment of the stability and resistance caused by the current damage in the structure, the use of modern building materials and complexity of modern structural analysis. Despite all these negative issues, there is a large number of 3-dimensional (3D) or planar models, mostly on linear elastic analysis, of masonry building and elements in the literature. However, the validity of the results of these analyses is open to debate in terms of parameters that advanced material models require.In the scope of this work, the parameters of Drucker-Prager failure criterion were calibrated and new relations are recommended for the macro-modeling approach of the wall behavior. Comprehensive constitutive models based on the modified and stress dependent forms of the same parameters were also proposed making the parameters related with the hydrostatic pressure values. Using the proposed approach, fifty-one (51) walls from six different studies were analyzed in detail and their test behavior was successfully estimated. Non-linear stability problems based on material behavior were also investigated through macro-modeling approach. In the second step, the geometry and material information of the foundation soil of masonry structures are discussed. As a result of this information, previously resolved cases of walls with different supports were investigated taking into account the foundation-wall interaction.