Finite element modeling of historical masonry structures; case study: Urla Kamanlı Mosque

Abstract

Tarihi yapılar binlerce yıllık kültürel birikimimizden günümüze kalan en değerli hazinelerdir. Onlar bizim kimliğimizi ve uygarliğimizi gelecek nesillere taşırlar. Tarihi yapıları korumak ve onları geleceğe taşımak bizim kaçınılmaz görevimizdir. Restorasyon ve güçlendirmeden once tarihi yapı etraflıca analiz edilmelidir. Yapının problemleri iyi tanımlanmalıdır; yapının özgün durumu göz önüne alınarak, araştırma metodları planlanmalı ve uygulanmalıdır. Araştırma metodları genelde şunlardan oluşur; tarihi araştırma, röleve, malzeme ve yapısal testler, zemin analizi, uzun dönem gözlemler ve yapı analizi. Bugün, sonlu elemanlar metodu, tarihi yapı analizinde en çok kullanılan metoddur. Bu tezde tarihi yığma yapıların sonlu elemanla metodu ile modellenmesi araştırılmıştır. Örnek çalışma olarak Urla Kamanlı Cami üzerinde çalışılmıştır. Tarihçe araştırması, röleve, uzun dönem gözlemler, malzeme testleri yapılmıştır. Bölgenin depremselliği ve yerel zemin koşulları incelenmiştir. Toplanan verilerle, yapının sonlu elemanlar analizi, LUSAS adlı ticari bir program ile gerçekleştirilmiştir. Yapı öz yükü altında güvenlidir fakat kasnak kubbe birleşimi ve kasnak ve 2. seviye pencerelerde yüksek gerilmeler elde edilmiştir. Sismik analiz tepki spektrumu yolu ile yapılmıştır. Hatıl boşlukları ve kasnak kubbe birleşimleri sismik yük altında tehlikededir. Oturma ve öz yük altında doğrusal analiz sonuçlan yapıda mevcut bulunan çatlakların nedenlerine ışık tutmuştur. Doğrusal olmayan oturma ve öz yük analizi LUSAS programının Concrete (Beton) malzeme modeli ile yapılmıştır. Yapıda var olan çatlaklar 1. asal gerilme konturları ile uyuşmaktadır. LUSAS programının Concrete (Beton) malzeme modeli yığma yapıları modellemek için uygun bulunmuştur.

Historical structures are our cultural values that left behind by the thousands of year's cultural accumulation. They pass our identity and civilization to the next generations. Conservation of historical structures and carrying them to the future are our inevitable duty. Before restoration and strengthening, historical structures must be analyzed thoroughly. The problems of the structure should be well identified; taking into account the special conditions of the structure, assessmental applications should be planned and applied. The assessment procedure generally consists of history investigation, measurement survey, material and structural tests, foundation survey, long term observations and structural analyses. Today, finite element analyses is the most common method of structural analyses of historical masonries. In this thesis finite element (FE) modeling of historical masonry structures was investigated. The study has been conducted on a case study, Urla Kamanh Mosque. History investigation, measurement survey, long term observations, material tests have been conducted. The seismicity of the region and local soil conditions were investigated. By using the data collected, FE analyses of the structure was performed by use of LUSAS, a commercial FE software. The structure is safe under its self weight while high tensional stresses occur at the drum-dome connections and at the second level windows and drum windows. The seismic analyses were conducted by use of response spectrum. The empty lintel places and the drum-dome connections are vulnerable under seismic loads. Linear elastic settlement analyses with self weight enlightens the reason of the existing cracks of the structure. Nonlinear settlement analysis with self weight was conducted by use of concrete material model of LUSAS. The existing cracks' pattern of the structure was approximately simulated by the 1st principal stress contours. The concrete material model of LUSAS is suitable for analysis of masonry structures. IV