Long-term dynamic response of hagia sophia in Istanbul to earthquakes and atmospheric conditions

Abstract

Son yıllarda, küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliklerinin etkilerinin artması ilebirlikte, atmosfer koşullarının yapılar üzerindeki etkileri önem kazanmıştır. Bu tezde,değişen atmosferik koşulların ve depremlerin sanat tarihinin en önemli eserlerinden biri olanve UNESCO dünya kültür mirası listesinde bulunan Ayasofya'nın modal parametreleriüzerindeki etkileri incelenmiştir.İlk olarak, Ayasofya'nın sıcaklık, rüzgâr hızı, nem ve yağış miktarı gibi atmosferikfaktörlere bağlı frekans değişimi gözlemlenmiştir. İvme kayıtları yarım saatlik segmentlerebölünmüş ve bu segmentlerin kısa zamanlı Fourier dönüşümü metodu yardımıyla, Fourierbüyüklük spektrumları elde edilmiştir. Bu spektrumlardan elde edilen frekans değerleribirleştirilerek, bir yıllık frekans değişimi elde edilmiştir. Daha sonra bu frekans değişimi tektek atmosferik faktörler ile kıyaslanmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir.İkinci olarak ise, Ayasofya'nın farklı depremler etkisi altındaki dinamik davranışıincelenmiştir. Yapının modal parametreleri ve mod şekilleri her deprem için belirlenmiştir.Daha sonra, her deprem için yapının frekansındaki düşme miktarı incelenmiş ve bu düşüşündepremin ivmesi ve süresi ile ilişkisi irdelenmiştir.

The effects of atmospheric factors on structural behavior have gained moreimportance due to climate change as result of global warming in recent years. In this thesis,the effects of ground motions and atmospheric variations on the modal parameters of HagiaSophia in Istanbul, which is one of the most prominent structures created in the history andis in the UNESCO world heritage list, are examined.Firstly, the frequency variation of Hagia Sophia due to atmospheric conditions suchas temperature, wind speed, humidity and precipitation has been assessed. For this purpose,acceleration records are divided into half-hour segments and the Fourier amplitude spectraof each segment are calculated using short-time Fourier transform. In this way, an annualfrequency variation of the structure is achieved by combination of frequency values obtainedfrom these spectra. Afterwards, the frequency variation of Hagia Sophia is compared withthe variation of atmospheric conditions and the results are assessed individually.Secondly, the dynamic behavior of the Hagia Sophia during different earthquakes isanalyzed. The modal parameters and mode shapes of the structure are determined. Thedecrease associated with the first two modal frequencies of the structure during eachearthquake is calculated. Finally, the effect of maximum acceleration and duration of strongground motion on modal frequencies of the structure is investigated.