Seismic performance assessment of historical buildings

Abstract

Zaman içinde yıpranmış yapı malzemeleri, yapısal ve mevcut yerel malzeme özellikleri hakkında yetersiz bilgiye sahip olma, tarihi yığma binaların performans değerlendirmesini her zaman zorlu bir görev yapmıştır. Yığma malzemelerin kendi doğasından kaynaklı karmaşıklık ve belirsizlikleri azaltmak amacıyla, Ortamsal Titreşim Testleri uygulanmış ve mevcut malzeme test sonuçları malzeme özelliklerini tanımlanma da kullanılmıştır. Tüm yapının 3 boyutlu sonlu elemanlar modeli, ilk mevcut malzeme özellikleri ile kurulmuştur. Takiben, sonlu elemanlar modeli, teorik ve deneysel model davranışı arasındaki farkı minimize etmek için ortamsal titreşim testlerinden elde edilen yapının asıl dinamik karakterlerine göre güncellenmiştir. Güncellemeden sonra, doğrusal tepki spektrumu analizi yapılarak yığma yapının sınır durumlarına karşılık gelen ötelenme oranları cinsinden sismik talep elde edilmiştir. Aynı zamanda, elde edilen gerilme dağılımı, literatürde tarif edildiği gibi olası kesme mafsallarının yerlerini doğrulama imkânı sağlamıştır. Ayrıca, yapının ön cephe duvarı 2 boyutlu eşdeğer çerçeve ile modellenmiştir. Analizlerde, eşdeğer çerçeve modeliyle modellenmiş olan dış cephe duvarının düzlem içi davranışı hesaba katılmıştır. Bir seri simülasyonlar, zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizler sayesinde yapılmış ve artımsal dinamik itme eğrileri (taban kesme kuvveti- üst kat ötelenmesi cinsinden) oluşturulmuştur. Sonuç olarak, yapının hasar görebilirlik değerlendirilmesi için, sismik kırılganlık eğrisi türetilmiştir.

Aged construction materials and insufficient knowledge regarding the existing properties of territorial materials and the structural features make performance assessment of historical masonry buildings a challenging task. In an attempt to reduce the connatural complexity of masonry and uncertainties, ambient vibration tests (AVT) were implemented, and the available material test results were used in the definition of material properties. A 3D Finite Element Model (FEM) of the entire building was generated with initial material properties. Afterwards, the FEM was updated based on the global dynamic characteristics of the building extracted from AVT so as to minimize the difference between theoretical and experimental modal behaviour. Following this, by conducting linear response spectrum analysis using FE analysis, the seismic demand was obtained in terms of drift ratio, which corresponds to limit states of masonry. Also, the distribution of stresses enabled verifying the possible shear hinge locations as described in the literature. In addition, the front façade of the building was modelled with 2D Equivalent Frame (EF). In-plane behaviour of the façade was considered and modelled as EFM in analyses. Series of simulations was performed using a set of Non-linear Time History analyses and incremental dynamic pushover curves (based on base shear vs top displacement) were generated. Consequently, the seismic fragility curve was derived to perform vulnerability assessment. The study aims at contributing to the seismic performance assessment of a historic brick masonry building constructed in Istanbul by means of FE and EF Modelling approaches.