Simulation of a collapsed reinforced concrete school building after 2011 Van earthquakes

Abstract

Ülkemizde bulunan yapıların birçoğu, tektonik koşullar sebebiyle ana depremlere ve artçışoklara maruz kalmaktadırlar. Çoklu depremler, plaka gerilmelerinin tümünün ilk yer hareketi sırasında serbest kalamamasının sonucu olarak ortaya çıkar. Betonarme sistemler, tekrarlı yükler sebebiyle ağır hasarlar alabilmektedirler. Özellikle bina türü sistemler, depremlerden sonra aldıkları hasar derecesine göre yeniden kullanılabilirler.Betonarme yapılarda ardıl depremlerin etkilerini belirlemek için genellikle linner olmayan analiz yöntemleri kullanılmaktadır. Tekrarlı yüklere maruz kalan betonarme binalarda oluşan hasarın ana sebeplerinden biri malzemedeki rijitlik ve dayanım kaybıdır. Ana depremden sonra ağır hasar almayan bir çok betonarme bina, daha küçük etkiye sahip olan artçı şoklardan sonra göçme mekanizmasına erişebilmektedir. Yapısal elemanların analiz aşamalarında, uygun deprem senaryosu ile birlikte, rijitlik ve dayanım azalımlarının dikkare alınmasının en gerçekçi yaklaşımı sağladığı birçok nümerik çalışmanın, deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmasıyla kanıtlanmıştır.Geçmişte yaşanan tecrübeler, tekrarlı yükler altında yapılarn tasarlandıkları dayanım ve rijitlik ile mukavemet sağlayamayabildiklerini göstermiştir. Buna rağmen yapısal elemanlara ait tasarımlar esnasında yapılan malzeme kabulleri, geleneksel olarak kabul edilen modeller kullanılarak yapılmakta, dinamik etki sırasında oluşan rijitlik ve dayanım kayıpları göz önüne alınmamaktadır. Bu çalışma, betonarme bir sistemin davranışının incelenmesinde malzeme davranışındaki bozulma etkilerini dikkate almaktadır. Bu davranış, ZeusNL isimli sonlu eleman programı yardımıyla simüle edilmiştir.Bu kapsamda, 23 Ekim ve 11 Kasım, 2011'de Van'da meydana gelen depremler sonrasında ağır hasar gören bir okul binası incelenmiştir. Söz konusu bina, deprem sonrasında yerinde yapılan araştırma verilerine göre modellenerek zaman-tanım alanında lineer olmayan analizler ile malzeme davranışının çoklu deprem altındaki etkisi incelenmiştir. Bu doğrultuda 23 Ekim ve 11 Kasım, 2011 Van Depremleri'nde yer hareketi kaydı alan istasyonların, depremin merkezüssü ve incelenen yapının konumuna olan mesafesine göre değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmede, depremler esnasında işlevde olan en yakın istasyonun depremin merkezüssüne olan uzaklığından dolayı simüle edilen yer hareketleri kullanılmıştır.

Many structures are exposed to mainshocks and aftershocks in terms of tectonic conditions in our country. Multiple earthquakes occur as a result of the fact that all plate stresses cannot be released at the time of the first rupture. Reinforced concrete systems can have severe damage due to repeated loads. In particular, building type structures can be used according to their damage level after an earthquake. Nonlinear analysis methods are broadly accepted to determine secondary earthquake behavior of reinforced concrete structures. One of the main reason for the damage on the reinforced concrete buildings exposed to repeated excitations is the loss of strength and stiffness in the material. A number of reinforced concrete buildings which were not heavily damaged after the main earthquake can access the mechanism of collapse after aftershocks. In previous studies, it has been proven that the consideration of the strength and stiffness degradation under repetitive loads provides the most realistic approach.Structural designs are being done based on a single earthquake scenario according to the current specifications. However, past experiences show that structures cannot resist the secondary earthquakes with their designed strength and rigidity. In this study, effects of multiple excitations are taken into account to define reinforced concrete structural behavior. This behavior is simulated using with the finite element program named ZeusNL which considers the degradation effects of materials.In this context, a school building which was heavily damaged after the October 23 and November 11, 2011 Van earthquakes was examined. The building was modeled according to the in-site researches and nonlinear time-history anayses are conducted.