Dynamic response characteristics of the Fatih Mosque in Istanbul estimated from earthquake data

Abstract

Yapı sağlığı izleme, yapıların zamana bağlı değişen dinamik özelliklerini tanımlamakve mevcut hasarları tespit etmek amacı ile yapıların kesintisiz olarak izlendiği bir sistemdir.Yapı sağlığı izleme tarihi yapıların korunması, onarılması ve güçlendirilmesiiçin gerekli çalışmalarda kullanılacak olan modal özelliklerini belirlemek için kullanılanyaygın bir metottur. Tarihi yapıların korunması modern hayatın külltürel yaşamındaoldukça önemlidir. Bu kültürel mirasların korunması için, tarihi yapıların yapı sistemiözellikleri ve mevcut hasarlarının belirlenmesi önemlidir. Fatih Camii ve Külliyesi 1463ile 1470 yılları arasında Fatih şehri fethettikten kısa bir süre sonra inşa edilmiş olupİstanbul'daki en önemli eserlerden biridir. Bu çalışmada, Fatih Camisinde kaydedilmişdört yıllık deprem verisi işlenmiştir. Fatih Camii izleme sistemi 13 adet ivmeölçer ve4 adet tilt-metreden oluşmaktadır. Her ivmeölçer 3 kanallı olup 2013 yılında 100 Hz,2013'ten sonra ise 200 Hz ile değiştirilmiş olup bugün de halen aynı frekansta faaliyetgöstermekledir. Dört yıllık dönem boyunca, camii Richter ölçüsünde büyüklükleri 2,1ile 6,5 arasında değişen 160'dan fazla deprem deneyimlemiştir. Fakat bu deprem verisinebazı kısıtlamalar uygulanmış (düşük sinyal-gürültü oranı, bütün cihazlar tarafındankayıtlanmamış, mesafe ve büyüklük değerleri vs.) ve böylece hepsi analizlerde kullanılmamıştır. Bununla beraber, veri tabanı büyüklük, mesafe ve azimuta bağlı fonksiyonlarolarak gruplandırılmıştır. Elde edilmiş veri tabanı frekans alanı ve mod şekilleritekniklerini Matlab'de geliştirilen kodlar kullanılarak analiz edilmiştir. Zemin-yapı etkileşimi ve rijit yapı titreşimlerinin yapının dinamik davranışına etkisi incelenmiştir. Sonolarak, yapıdaki mevcut hasarlar dalga ulaşım hızı ve zamanı araştırarak incelenmiştir.

Structural Health Monitoring (SHM) enables continuous recording of the dynamic response of a structure and analysis of its time-varying dynamic characteristicsfor condition and ultimately damage assessment. SHM is increasingly used for theestimation of dynamic behavioral characteristics of historical structures, which is vitalfor conservation, repair and strengthening. For the preservation of the architecturalheritage, a crucial element in our present-day culture, the historical constructions needto be identied both in terms of their structural system and present damages. TheFatih Mosque in Istanbul is part of a larger complex. The rst mosque was built soonafter the conquest of Constantinople between the years 1463 and 1470. After 1766earthquake the rst mosque collapsed. The present mosque built in 1771 and is oneof the most signicant monuments in the city. In this study, the four-year monitoringdata (2013-2016) recorded by the Fatih Mosque Structural Health Monitoring Systemis analyzed. The vibration monitoring system in the Fatih Mosque consists of thirteenthree-component accelerometers and four two-component tilt-meters.During the fouryear period, the mosque experienced more than 160 earthquakes whose magnitudesvaried between 2.1 and 6.5 in the Richter scale. A database of recordings suitablefor further analysis is created by applying selection criteria for number of recordingstations, signal to noise ratio, epicentral distance and earthquake magnitude. Thedata is uniformly processed using computer codes developed in MATLAB. Time domainand frequency domain characteristics of structural response are studied with thehelp of recorded earthquakes in the structure. Additionally presence of soil-structureinteraction and rocking; and variations in wave travel times are investigated.