Tarihi yığma taş bir deney yapısında doğrusal olmayan artımsal hesap yöntemi önerisi

Abstract

Yığma yapıların deprem kuvvetleri altındaki davranışı, günümüzdeki ilerlemiş analizyöntemleri ve bilgi birikimine rağmen, halen birçok bilinmezlik içeren bir konuolmaya devam etmektedir. Bu bilinmezliklere ayrıca tarihi yığma yapılardaki ilavezorluklar eklendiğinde, tarihi yığma yapıların deprem davranışını tespit etmekoldukça zorlaşmaktadır. Özellikle aktif olarak kullanılan tarihi yığma yapılar aynızamanda kamusal alanlar olduklarından, buraları kullanan insanların can güvenliğide önem kazanmaktadır.Tarihi yapılar dönemlerine ve coğrafi bölgelerine göre oldukça fazla farklılıklargöstermektedirler. Bu durumda bir grup tarihi yığma yapı için geliştirilen veuygulanan kuralların, başka yapılar ve yapı grupları için uygulanması pek mümkünolmamaktadır. Yine de bazı genel geçer kuralların bir yapı türünden diğerinetransferi, kısıtlı olsa da, mümkündür. Ülkemiz ise tarihi yığma yapı stoku anlamındaçok zengin olmasına rağmen, bu yapıların deprem davranışı alanındaki deneyselçalışmalar ve aynı zamanda bu yapılara özel olarak geliştirilmiş analitik çözümler,yok denecek kadar azdır.Tarihi yığma yapılarda öncelikle yapısal elemanların ve malzemelerin tespiti önemlirol oynamakla birlikte, elde edilecek bu verilerin bilgisayar modellerindekullanılması birtakım zorluklar içermektedir. Yığma malzemenin davranışınınanizotropik olması, malzemenin kendisinin dayanım ve elastisite modülü gibi temelparametrelerinin aynı yapı içerisinde bile büyük farklar göstermesi, depremyüklerinin gelişigüzel ve çevrimsel hareketler olması ve bu tip hareketlerin nümerikolarak tespitinin zorluğu, tarihi yığma yapılarda deprem güvenliğinin tespiti içinyapılan çalışmalardaki başlıca zorluklardandır.Bu teze konu olan tarihi yığma yapı grubu, daha önce hakkında pek az araştırmabulunan, Osmanlı döneminin büyük kamusal yapılarının ana inşaat yöntemi olanküfeki kesme taş birimlerin harçsız olarak ve kenet-zıvanalar kullanılarakbirleştirilmesi yöntemi ile inşa edilen yapılardır. Bu inşaa yaklaşımı, İstanbul'unbugünkü karakterini veren selatin camileri de olmak üzere büyük orandaki klasikOsmanlı yapısında kullanılan yöntemdir. Bu yöntemde, mermere nazaran damarsızolan ve üç yöndeki dayanımı nispeten benzer olan küfeki taşı kullanılmaktadır. Buxxtaşlar, yatayda U şeklindeki kenetler ile düşeyde ise metal zıvanalar ile birbirlerinebağlanmaktadırlar. Korozyon ve taş içerisinde genişlemeye mani olmak için buelemanlar eritilmiş kurşun ile kaplanmaktadır. Harç, bu yapıda sadece dolgumalzeme olarak kullanılmakta olup, özellikle yatay deprem yüklerine dayanımdarolü oldukça azdır.Bu tezde, doğrusal olmayan yığma analizindeki en büyük zorluklardan biri olanyakınsama problemini iyileştirmeye yönelik olarak, her adımda doğrusal analizyapan ve çeşitliyaklaşıklıklar içeren bir yöntem önerilmiş ve büyük ölçekli bir deneyile de kalibre edilmiştir. Bu tezde, klasik dönem Osmanlı mimarisinin özgüneserlerinden biri olan Edirnekapı Mihrimah Sultan Camii'nin taşıyıcı çerçevesindenbiri alınarak gerçekleştirilen 1/5 ölçekli deney verileri kullanılmıştır. Bu deneyde testedilen yapı bir kez de bu tezde tarif edilen modelleme ve analiz yaklaşımıkullanılarak analiz edilmiştir. Deneyden elde edilen çevrimsel global yük-deplasmansonuçları, bu tezde tarif edilen yaklaşım ile nümerik olarak, monotonik yükleme için,edilmiştir. Analizler sonucunda, deney ile analitik bulgular arasında yüksek derecedeuyum söz konusudur.

Despite the elevated knowledge and complicated analysis tools in hand, the theme ofseismic response of masonry still remains as a topic that needs further developments.Additionally to the inherent difficulties of estimating the seismic response ofmasonry accurately, there are additional issues to be addressed whenhistoricalmasonry is concerned. The life safety and public safety are of primeconcerns in historicalmasonry buildings often populated by people.There is a very large variety in material types and in workmanship characteristics,depending on geography as well as on the period of construction of historicalbuildings. All these variations are not feasible to be involved in numerical computermodels. Additionally, set of rules and approaches established for a certain group ofstructures cannot be applied to other types of historical masonry. Despite thesedifficulties, however, some general rules can still be derived for historical masonry.ThoughTurkey is very rich in terms of historical building heritage, there are handfulof research on the seismic response of type of buildings found in the building stock.The definition of structural and material properties of a historical masonry building isthe very first step for defining the seismic safety of such buildings. However, thereare several issues that cause difficulties in reaching accurate conclusions in terms ofthe seismic safety. The anisotropic response of masonry, often unfeasibly largevariations in basic structural characteristics of the material, such as the strength andstiffness, the randomness and cyclic nature of seismic loads, render seismicassessment of historical masonry rather difficult.The type of structures examined in this thesis wasbuilt by using the commonconstruction method of the classical Ottoman period, where dry cut stone units areconnected to each other by using vertical (zıvana) and horizontal (kenet) elements.The metal elements are then covered by using melted led. The horizontal elementsare U-shaped and the ends are embedded into consecutive stone units. The type stonematerial used in construction iskufeki, a variation of limestone, which has a non-layered texture allowing to provide similar response in all orthogonal directions. Themortar is used as filling material in this texture, playing an insignificant role in theseismic response of the system. This construction approach constitutes most of thehistorically important structures not only in Istanbul but also in a wider area ofTurkey, Balkans and vicinity.A step-wise nonlinear analysis method has been proposed in this thesis. The methodis a rather approximate approach aiming to improve the inherent convergenceproblem of nonlinear analyses on masonry. The method proposed here is calibratedagainst a large-scale open-air cyclic test. The test specimen is a 1/5 scale specimenextracted from a real classical Ottoman mosque (EdirnekapıMihrimah Sultan) andwas tested under cyclic lad reversals representing seismic actions. The test specimenhas been modeled by using the method presented here in this thesis, and themonotonic envelope of the overall base shear vs top displacement plots are obtained.There is a high degree on agreement between the experimental and the analyticalfindings.