Kuvvetli yer hareketlerine maruz kalan tek katlı betonarme bir yapının sismik tepkisi

Abstract

Bu çalışmada, kuvvetli yer hareketlerinin farklı parametreleri de göz önünde bulundurularak tek katlı betonarme bir yapının deprem sırasındaki davranışı incelenmiştir. Bu amaçla, 15. Dünya Deprem Kongresi (15WCEE) kapsamında düzenlenen uluslararası kör tahmin yarışmasında, tam ölçekli sarsma tablası deneyleri gerçekleştirilen, tek katlı, tek açıklıklı, üç boyutlu, antimetirk betonarme bir yapının ödül alan sayısal modeli kullanılmıştır. Bu sayısal modelin başarılı adledilmesinin sebebi, sarsma tablası deneyleri gerçekleştirilmeden önce yapılan dinamik analizlerle, yapının tepe yer değiştirmelerinin her iki yatay yönde de gerçeğe oldukça yakın bir şekilde ortaya konmasıdır. Analitik model için yapılan kabullerin ve özellikle de donatı sıyrılmasından kaynaklanan deformasyonların tanımlandığı doğrusal-elastik dönel yayların, hem yapı periyodunun hem de yer değiştirmelerin gerçeğe yakın bir şekilde elde edilmesindeki rolü büyüktür.Çalışmanın ilk bölümünde, yukarıda bahsedilen doğrusal elastik dönel yayların, yer değiştirme taleplerini ne ölçüde etkilediğini ortaya koymak amacıyla deney yapısına ait iki farklı sayısal model sunulmuştur. Bu sayısal modeller oluşturulurken, dışmerkezliklerden kaynaklanacak belirsizlikleri analiz sonuçlarına dahil etmemek amacıyla, deney yapısı simetrik kabul edilmiştir. Bu sayısal modellerden birincisi, donatı sıyrılmasından kaynaklanan deformasyonların göz önüne alındığı ve yer değiştirme değerlerini başarılı bir şekilde yakalayarak bahsedilen yarışmada ödül alan model, ikincisi ise donatı sıyrılmasından kaynaklanan deformasyonların göz ardı edildiği modeldir.Çalışmanın ikinci bölümünde, sentetik ivme kayıtları ve oluşturulan sayısal modeller kullanılarak kuvvetli yer hareketi parametrelerinin etkileri araştırılmıştır. Göz önüne alınan kuvvetli yer hareketi parametreleri, depremin moment büyüklüğü, faya olan uzaklık, ve ivme kaydındaki döngü sayısıdır. Bu amaçla, moment büyüklüğü 6.0 ile 7.5 , faya olan uzaklıkları 3 km ile 18 km ve döngü sayısı 1 ile 4 arasında değişen 54 farklı sentetik ivme kaydı kullanılmıştır. Sayısal modellerin doğrusal olmayan dinamik analizleri sentetik ivme kayıtlarının etkisinde, sayısal modellerin yatay yöndeki her bir asal ekseninde ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir.Çalışmanın üçüncü bölümünde, deprem yer hareketi yönünün, yapısal davranışa etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, yakın saha özelliği taşıyan ve moment büyüklüğü 6.5'den büyük olan 30 çift yer hareketi ivme kaydı seçilmiştir. Seçilen ivme kayıtlarının birbirine dik yatay bileşenleri Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik' de (2007) tanımlanan üç farklı performans seviyesine göre (50 yılda aşılma olasılığı %50, %10 ve %2) ölçeklendirilmiştir. Daha sonra, yer hareketi yönünün etkisini yansıtabilmek için, ölçeklendirilmiş ivme bileşenleri 0°'den başlayarak 180°'ye kadar 10° aralıklarla döndürülmüştür. Sayısal modellerin doğrusal olmayan dinamik analizleri ölçeklendirilmiş ve döndürülmüş ivme bileşenlerinin etkisinde, her iki yatay yönde eş zamanlı olarak gerçekleştirilmiştir.Çalışmada gerçekleştirilen dinamik analizler sonucunda, her iki sayısal modele ait maksimum göreli kat ötelemesi ve taban kesme kuvveti talepleri incelendiğinde; (i) donatı sıyrılmalarından kaynaklanan deformasyonların ihmal edildiği sayısal model ile göreli kat ötelemesi taleplerinin gerçek değerinden düşük hesaplandığı (ii) depremin artan büyüklüğüne bağlı olarak göreli kat ötelemesi taleplerinin arttığı, ancak faya olan uzaklığın ve döngü sayısının artması ile göreli kat ötelemesi taleplerinin azaldığı ve (iii) maksimum sismik taleplerin yer hareketi yönüne göre değiştiği sonuçlarına ulaşılmıştır.

In this study, seismic response of a single-story reinforced concrete structure is investigated through different parameters of strong ground motions. Hence, the analytical model of a test structure, awarded the second place in the blind prediction contest that was held in the 15th World Conference on Earthquake Engineering, is used. The structure is a full scale, single-story, single bay, three-dimensional, unsymmetric reinforced concrete structure, tested on the shake table. The roof displacement demands of the test structure were accurately predicted through nonlinear dynamic analyses for both horizontal directions before the shake table tests were performed. The assumptions made for the analytical model and especially the linear elastic springs simulating the deformations due to reinforcement slip played an important role in successfully predicting the natural period of the structure and displacement demands.In the first part of the study, the test structure is assumed symmetric in order to neglect the indeterminacies that may occur due to eccentricity and then two different analytical models of the structure are established in order to demonstrate how linear elastic springs affect the displacement demands during the nonlinear dynamic analyses. In the first analytical model, the deformations due to reinforcement slip is taken into consideration whereas in the second model, these deformations are neglected.In the second part of the study, the effect of strong ground motion parameters on seismic demands are investigated through syntethic ground motion records. These parameters are moment magnitude, closest distance to fault and number of cycles. Hence, the magnitude values between 6.0 and 7.5, closest distance to fault between 3 km and 18 km, number of cycles between 1 and 4 are considered. The nonlinear dynamic analyses of the analytical models are performed using synthetic ground motions.In the third part of the study, the influence of ground motion orientation on seismic behavior of structures is investigated. For this purpose, 30 pairs of near-field records with moment magnitude larger than 6.5 are used. The selected ground motion records are scaled considering the three differnet performance levels of earthquakes (50 yılda aşılma olasılığı %50, %10 ve %2) defined in the Turkish Earthquake Code. Then, the scaled ground motions are rotated with increments of 10 degrees, starting from 0 degree to 180 degree. The nonlinear dynamic analyses of the analytical models are performed with scaled and rotates ground motions, in both horizontal directions, simultaneously.The following results are obtained at the end of the nonlinear dynamic analyses: (i) The analytical model in which the deformations due to reinforcement slip is ignored, underestimate the displacement demands; (ii) The relative inter-story dirft demands increase with increasing magnitude, but decrese with increasing distance to closest fault and number of cycles; (iii) the seismic demands vary with the orientation of ground motion.