LEE- Deprem Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 8
-
ÖgeTesting and modeling of seismically retrofitted RC columns with high axial load and shear demand(Graduate School, 2025-07-18)here are many substandard building stock built in many parts of the world. Consequently, these buildings and structures face many catastrophic problems in seismically active regions such as Turkey, Greece, parts of Italy, etc.. The amount of these buildings plays a direct role in the amount of life loss following a devastating earthquake. Turkey is an active seismic country in which many substandard structures were built over the course of time. In previous years, many people were killed by occurrence of even some moderate (in rural areas) to major earthquakes. Had buildings constructed properly according to the authorized regulations and design codes, they would not have been collapsed. One of the most important deficiencies of such substandard buildings is lower concrete compressive strength than considered in the original design, causing the columns to be subjected to high axial loads approximately close to their axial load capacity. Poor curing conditions, high water-to-cement ratio, using inappropriate aggregate class, concrete segregation, poor vibration, etc. are some of the major reasons for poor quality and low compressive strength concrete. The second important issue is the light transverse reinforcement resulting in poor ductility due to poor confinement of concrete, and high shear demand leading to shear failure. Such columns with low concrete quality as well as largely spaced stirrups will be vulnerable in terms of axial failure and partial or full structural collapse. These undesired brittle failure modes would be amplified and worsened when columns bear high axial loads with respect to their axial load capacity and possess relatively high shear demand, simultaneously. The other issues are the utilization of plain reinforcements with improper detailing such as 90 degree-hook, insufficient lap splices, and deficiency of many seismic details which are mandatory nowadays in seismic design codes. As a result of the abovementioned poor concrete quality and improper reinforcement detailing, ductility of such deficient structures is not sufficient, and they are not able to satisfy the specified rotational or displacement limits predefined by design codes for related target performance levels. Thus, displacement demand is not being satisfied and the lateral load capacity of the structure decreases suddenly during a possible ground motion. Retrofitting, when properly implemented, is one of the promised methods to improve the seismic behavior of deficient structures. One of the most well-known methods to retrofit substandard RC buildings is wrapping columns with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) for ductility improvement. Many researchers investigated the efficiency of this material in behavior of structural elements. While CFRP is widely recognized for its effectiveness in retrofitting RC members, there are certain drawbacks associated with its utilization. One key limitation is its susceptibility to high temperatures and fire. CFRP materials can degrade and lose their strength when exposed to elevated temperatures. Additionally, the adhesion between CFRP and concrete interface can be affected by factors such as moisture and long-term environmental exposure, leading to a reduced effectiveness over time. Furthermore, the cost of CFRP materials and the specialized installation techniques required can be relatively high (when compared to conventional jacketing methods), potentially posing financial challenges for retrofit projects. Finally, the aesthetic impact of CFRP application on the appearance of structures might not always align with the original architectural design, making it necessary to carefully consider the visual aspects of retrofitting. Also, damage evaluation and assessment of members would not be convenient after the occurrence of an earthquake by investigation of the crack propagation and crack width. Nowadays, a new retrofitting method, namely fiber-reinforced cementitious mortar (FRCM) jacketing, is being implemented by the scientific community. In retrofitting with FRP jackets, epoxy resin (organic resins) is used as the matrix to bind and impregnate fabrics. However, in retrofitting with FRCM, mortar (inorganic matrix) is used as the binder. Then, any mesh types or grids like carbon, glass, etc are buried inside the matrix. In this thesis, a novel retrofitting technique is proposed to dispose of the abovementioned drawbacks. Specifically designed substandard reinforced concrete (RC) columns were retrofitted by means of a novel composite material glass fiber reinforced mortar (GFRM) with and without basalt mesh. In the framework of this thesis, there were in total 8 RC specimens; four of them had a cross-sectional aspect ratio of 1.0 (square), where the other four used a cross-sectional aspect ratio of 2.0 (rectangular). Each group consisted of one substandard specimen, one 1975-Turkish-SeismicDesign-Code-compliant specimen, one GFRM retrofitted of substandard specimen, and one basalt-buried-GFRM retrofitted of substandard specimen. All columns were tested under constant axial load and reversed cyclic lateral displacement excursions. Crack propagation, failure mode, strain profiles of longitudinal bars, lateral loaddisplacement hysteretic curves, lateral load-displacement backbone envelope curves, energy dissipation capacity, ductility, stiffness, residual displacement, etc. were evaluated in the experimental program. Afterward, according to the observed behavior and captured experimental data, a numerical model developed in OpenSees is proposed. The proposed model successfully reproduced the load-displacement hysteretic curves of all specimens considering the buckling of the longitudinal rebars, extra rotation through moment rotation spring as a result of the longitudinal rebar slip due to strain penetration effects in the column-foundation interface. Also, for most of the specimens the stress-strain behavior in local level was in agreement with the experimental data. After verification of the proposed numerical model with the experimental data, a thorough parametric study is conducted to contain a vast majority of substandard buildings' properties. In this parametric work, different concrete compressive strengths, volumetric transverse reinforcement ratios, longitudinal reinforcement area to gross cross-section ratios, and axial load levels representing old/aged and new buildings are considered. In conclusion, retrofitting substandard reinforced concrete columns with novel GFRM composite material stands as a comprehensive strategy. It elevates structural performance, bolsters seismic resilience, and improves displacement ductility and energy dissipation capability. Also, in comparison to CFRP its cost-efficiency, and convenient applicability are crystal clear.
-
ÖgeExperimental study of substandard RC frames enhanced with tube-in-tube buckling-restrained braces(Graduate School, 2025-06-18)This thesis offers an advanced and comprehensive evaluation of the seismic retrofitting of substandard reinforced concrete (RC) frames using an innovative tube-in-tube buckling-restrained brace (TnT BRB) system. The research addresses a pervasive global problem: the critical seismic vulnerability of existing RC building stock constructed before the enforcement of modern design standards, particularly in regions such as Türkiye. These buildings are typified by insufficient ductility, poor reinforcement detailing, and limited lateral stiffness, leading to their disproportionate collapse and loss during strong earthquakes. The study begins by framing seismic retrofitting as a sustainable alternative to demolition, noting its benefits in reducing material consumption, construction waste, and embodied carbon. The research reviews the current spectrum of retrofitting options, noting that while column jacketing, shear walls, and fiber-reinforced polymers (FRPs) offer some improvements, they suffer from practical limitations including weight, construction complexity, and floor space loss. Buckling-restrained braces (BRBs) have emerged as an optimal solution due to their stable, symmetrical hysteretic behavior and consistent energy dissipation. Yet, traditional BRBs, especially mortar-filled types, present challenges in terms of mass, constructability, and post-earthquake inspection. Recent engineering advances have produced all-steel, tube-in-tube variants, which promise greater ductility, ease of replacement, and fabrication efficiency, but whose performance in deficient RC frames has not been robustly verified prior to this work. This survey sets the stage for the present work, which positions the TnT BRB as a solution engineered to overcome the disadvantages of mass, buckling risk, and replacement difficulty that beset earlier systems. The TnT BRB system is engineered with an internal load-bearing tube and an outer buckling-restrainer tube, separated by a carefully calibrated gap. The configuration includes a ring-shaped stopper and robust end plate and gusset connections, all optimized to enable rapid replacement and ensure the brace's performance in both tension and compression. Laboratory cyclic tests of the TnT BRB itself demonstrated fully symmetrical and ductile behavior, with maximum ductility reaching 10 and cumulative ductility of about 250, while keeping the compression overstrength close to 10%. This indicates minimal unbalanced force transfer to the host frame and highlights the potential for stable energy dissipation without sacrificing stiffness or strength. The study's primary significance lies in its empirical assessment of the TnT BRB for retrofitting substandard RC frames. A sophisticated experimental program was implemented using the 3 m × 3 m two-degree-of-freedom shake table at Allianz Teknik in Istanbul. Systematic shake-table experiments on two one-third-scale, one-story, one-bay frame specimens: a "bare reference frame" and an identical "frame retrofitted with a TnT BRB"were conducted. These frames are deliberately constructed using low-strength concrete of 9 MPa and minimal reinforcement to authentically represent the deficiencies found in the Turkish building stock from the 1980s. The test design employed strict similitude principles, including the use of 6 tons of additional roof mass to correctly simulate inertial effects and gravitational loading as observed in real structures. Fourteen steel blocks ,each 430 kg, are welded together and anchored to the slab to replicate prototype mass and inertia, ensuring the dynamic similitude required for valid seismic scaling. The TnT BRB itself is built as a dual-segment outer steel tube encasing a 42 × 1.5 mm inner tube, separated by a small annular gap and restrained by a mid-span stopper, with end connections detailed for field realism and minimized end rotation. Instrumentation is extensive and precise. High-frequency linear variable differential transformers (LVDTs) and accelerometers, together with twelve strategically placed strain gauges, allow for real-time monitoring of displacement, acceleration, and strain histories at critical locations, particularly the beam–column joints and brace elements. The test protocol begins with system identification using white noise and free vibration, then subjects both frames to a scaled version of the 2023 Kahramanmaraş earthquake record, selected for its contemporary relevance and spectral compatibility with the latest Turkish code requirements. In the first phase, both frames are loaded to 0.35g; subsequently, the TnT BRB-retrofitted frame is tested under the full 1g record to explore its ultimate capacity. In the control frame, the first sign of damage appeared at only 35% of the scaled ground motion, with progressive shear cracking at the beam–column joints, severe lateral displacement (maximum story drift of 5.5%), and rapid degradation of both strength and stiffness. The Park–Ang damage index for the bare frame reached 0.89, firmly in the near-collapse range. These outcomes align closely with the widespread field damage observed during the 2023 Kahramanmaraş earthquake, illustrated by the photographic evidence included in the study. The field data underscore that brittle joint failures, inadequate reinforcement anchorage, the use of substandard concrete, and poor construction practice were the predominant triggers of catastrophic loss. By contrast, the TnT BRB-retrofitted frame exhibited dramatic improvements in seismic performance. Under the same shaking, no significant damage was observed, with lateral displacements held below 2 mm and the structure remaining essentially elastic. When subjected to the full, unscaled ground motion (PGA ≈ 1g), the retrofitted frame showed peak lateral displacement of only 19.86 mm (story drift ≈ 0.02 rad), and the Park–Ang damage index rises modestly to 0.34, well below life safety limits, still without substantial concrete or reinforcement damage. The brace itself displayed minimal ductility demand (axial deformation under 5 mm and ductility below 3), remaining far from its ultimate capacity. The measured base shear increased significantly, reflecting enhanced lateral resistance, while the reduction in story drift and residual displacement was particularly notable. Detailed post-test inspection confirmed that the beam–column joints and critical gusset connections of the retrofitted frame remained virtually undamaged, even after the most severe loading. Analytical modeling using SeismoStruct V2025 provides a rigorous parallel to the laboratory programme. Fiber-based finite element models of all specimens are calibrated using measured material properties and validated against experimental data for natural periods, displacement histories, and top displacement, achieving discrepancies generally under 5%. A third (purely numerical) model employing a conventional X-type BRB enables direct comparison of energy dissipation and deformation patterns between retrofitting strategies. The models confirm that while the X-type BRB imparts greater initial stiffness, it produces less energy dissipation and is prone to earlier pinching and strength degradation. The TnT BRB, by contrast, sustains larger deformation cycles, maintains force symmetry, and provides superior ductility and resilience. The study goes beyond laboratory and analytical validations to integrate broad field reconnaissance from the 2023 Kahramanmaraş earthquake, presenting collapse and heavy damage rates by province, construction type, and period, and using extensive visual documentation to correlate the laboratory findings with actual building failures. The analysis reveals that improvements in Turkish seismic codes and construction practice since 2000 have reduced, but not eliminated, collapse rates, with older RC frames and those lacking joint confinement remaining highly vulnerable. The study concludes by synthesizing experimental and field evidence to recommend the widespread adoption of TnT BRB retrofitting for deficient RC frames. The results show that the TnT BRB can transform a frame from collapse-prone to resilient, with order-of-magnitude reductions in drift and damage even under very severe ground motions. The findings advocate for explicit inclusion of advanced, lightweight, and replaceable bracing systems in seismic retrofit codes, along with rigorous attention to joint detailing, construction quality, and field inspection.
-
ÖgeExperimental & numerical study on out-of-plane response of retrofitted infill walls(Graduate School, 2022-10-12)In this research experimental out-of-plane (OOP) response of the retrofitted and un-retrofitted masonry infill walls with various materials and models have been investigated. Furthermore, the experimental data have been analyzed with the Finite Element program (ATENA). In addition, the analytical out-of-plane response of the various dimension of the un-retrofitted infill walls studied under quasi-static loads. After a few studies realized that Lateral Hollow Clay Bricks (LHCB) are the most useable materials for separator inside structures and surrender of buildings in Turkey and other regions in the Middle East.
-
ÖgeStrategies for seismic risk mitigation by considering economic criteria on a regional basis(Graduate School, 2024-02-21)Türkiye'de 1960'lı yıllara kadar %30'un altında olan kentsel nüfus oranı, bu dönemden itibaren yaşanan göçlerle başlamış, bu artış 70'li yıllarla birlikte doruğa ulaşmıştır. Kentlerde bu süreçte artan barınma talebine karşılık verecek miktarda konut bulunmaması hızlı ve kontrolsüz bir yapılaşmayı beraberinde getirmiş, birçok konut türü bina mühendislik hizmeti almadan ve yapıldıkları dönemde yürürlükte olan deprem ve tasarım yönetmeliklerine uyulmadan üretilmiştir. Dahası, yönetmeliklere göre tasarlanan binalar çoğu zaman tasarım projelerine ve dikkate alınan malzeme standartlarına uyulmadan, kötü işçilikle üretilmiştir. Aktif bir deprem kuşağında yer alan ülkemizde geçmişten beri yerleşim birimleri depremler sebebiyle önemli kayıplar yaşamış olsa da 1999 yılında Marmara Bölgesi'nde gerçekleşen Kocaeli ve Düzce depremlerinin ağır sonuçlarıyla karşılaşılana kadar ülkede deprem farkındalığı yeterince oluşmamış, 2001 yılında Yapı Denetim Kanunu yürürlüğe girene kadar bir denetim mekanizması işlememiştir. Bu dönem sonrasında ise denetim mekanizmasının kurulması, 1999 depremlerinin sağladığı bilinçlenme, malzeme teknolojisindeki gelişmeler, deprem mühendisliği alanındaki bilgi birikiminin ilerlemesi gibi sebeplerle inşa edilen binaların deprem güvenliklerinde gözle görülür bir artış gerçekleşmiştir. Ancak İstanbul'da mevcut bulunan binaların %68'i 2000 yılı öncesinde inşa edilmiştir. Bu binaların büyük bir çoğunluğu; 1972 Deprem Bölgeleri Haritasında ikinci derece deprem bölgesine ait taleple tasarlandığı ve bahsedilen eksikliklere sahip olduklarından, günümüzde yürürlükte olan 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği veya 2019 Riskli Bina Tespit Esaslarına göre incelenmeleri sonucunda Riskli ya da Göçme Bölgesinde çıkmaları olasıdır. Ancak bilinmektedir ki günümüzde yeterli deprem güvenliğini sağlayamadığı düşünülse de eski yönetmeliklere uygun yapılan binalar, geçmiş depremlerde can güvenliğini sağlamayı başarabilmiştir. Bunun yanında, İstanbul gibi büyük kentlerde bulunan yüz binlerce 2000 yılı öncesi inşa edilmiş binayı mevcut yönetmeliklere göre detaylı mühendislik incelemesine tabi tutmak zaman ve ekonomi kriterlerine göre verimli gözükmemektedir. Gelecekte İstanbul'u etkilemesi olası bir depremde can ve mal kayıplarının en aza indirilmesi ve risk azaltma çalışmalarında kaynakların en verimli şekilde değerlendirilebilmesi için söz konusu görece yüksek riskli bina stokunun yapısal olarak hızlı, mekanik ve tutarlılığı yüksek bir yöntemle incelenmesi ve incelenen binaların sınıflandırılarak bir triyaj sistemine tabi tutulması gerekmektedir. İstanbul Deprem Master Planı (2003) bu doğrultuda kademeli bir değerlendirme yaklaşımı tanımlamış; bahse konu bina stokunun tamamına yakını hakkında alınacak kararın, binaların içerisinden taşıyıcı sistem bilgilerinin toplandığı ve mekanik hesaplamalar yapılan ikinci kademe değerlendirme aşamasında alınması gerektiği, kritik öneme sahip olan ya da performans olarak gri bölgede kalan binalarda ancak daha ayrıntılı bir inceleme çalışması yapılmasının uygun olacağı belirtilmiştir. Bu ihtiyaçlar doğrultusunda İstanbul genelinde gerçekleştirilecek yaygın bina inceleme çalışmalarında kullanılmak üzere, 5 adet ikinci kademe, 3 adet ise birinci kademe sokak taraması yöntemi pilot bir çalışmayla incelenmiştir. Seçilen yöntemlerin tutarlılığı, ayrıntılı olarak yürürlükteki deprem yönetmeliklerine göre incelenmiş binaların sonuçlarıyla karşılaştırılarak tespit edilmiş, bu çalışmalar tezin 2. bölümünde derlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda hız, tutarlılık ve ekonomiklik bakımından en verimli yöntem olarak, yönetmelik tabanlı değerlendirme yaklaşımına sahip olan PERA2019 yöntemi seçilmiştir. Yapılan analizler sonucunda 615,000 1-10 katlı betonarme binanın 2'şer mühendisten oluşan 100 ekiple seçilen yönteme göre incelenmesinin 4.4 yıl süreceği ve bu çalışmanın Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine göre bu binaların incelenmesi maliyetinin %3'üne mal olacağı görülmüştür. Çalışmanın aynı ekip miktarıyla Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine uygun bir şekilde tamamlanabilmesi için yaklaşık 147 yıllık bir zaman zarfı gerekmektedir. Tezin 3. bölümünde PERA2019 yöntemi, yöntemin artımsal yaklaşımı ve önerilen 5 risk sınıflı derecelendirme sisteminin güvenilirliği deprem hasarlı binalar ve artımsal dinamik analiz sonuçlarıyla karşılaştırılarak belirlenmiştir. Çalışmalar göstermiştir ki yöntem ağır hasarlı ve yıkık binaların tamamını yüksek veya çok yüksek riskli olarak değerlendirmeyi başarmış, hasarsız ve hafif hasarlı binalardaki riski ise genel olarak daha düşük seviyede göstermiştir. Ayrıca artımsal dinamik analizler göstermiştir ki yöntemin bulduğu deprem güvenliği oranı değerleri ve risk sınıfları büyük çoğunlukla ayrıntılı yöntemin sonuçlarıyla uyumlu bulunmuştur. Bunun yanında, bu bölümde incelenen binalar içerisinde 1975 yönetmeliğine göre tasarlanmış olanların, projelerine uygun olarak inşa edilmiş olmaları halinde mevcut durumlarına oranla ortalama 2 kattan fazla deprem güvenliği sağlamış olacağı sonucuna varılmıştır. Bu bilgiler ışığında PERA2019 yöntemi ve belirlenen risk sınıflandırma yaklaşımı İstanbul'un 37 ilçesinde yaklaşık 25000 binaya uygulanmıştır. Uygulanan binalar üzerinden yapılan çıkarımlar 4. bölümde özetlenmiş, saha çalışmaları sonucunda ise binaların tamamına yakınının günümüz yönetmeliklerinin deprem taleplerini karşılayamadığı görülmüştür. Bu bölümde yapılan çalışmalarla, mevcut binaların sınıflandırılması ve risklerinin azaltılmasında, yeni bina tasarımı için talep edilen deprem seviyesi olan Tasarım Depreminin kullanılmasından ziyade, 7.5 büyüklüğündeki Senaryo Depreminin parametrelerinin kullanılması, yaklaşan depreme hazırlık çalışmalarında çok daha etkili bir yaklaşım olarak ön plana çıkmış; Tasarım Depremine göre incelemelerde binaların yaklaşık %80'inin yüksek veya çok yüksek riskli olması nedeniyle problemin çözümsüz bir noktaya geldiği anlaşılmıştır. Ayrıca yapım yıllarına göre binaların durumları incelendiğinde, 1999-2000 yıllarına kadar bina stokunun deprem güvenliği ve yapısal parametrelerinde gözle görülür bir iyileşme tespit edilememiştir. Gerçekleştirilen çalışmalarda yapılan çıkarımlar, incelenen binaların kapsamıyla sınırlı olacağından, bina stokunun geneli hakkında bir görüş elde ederek, risk azaltma stratejilerinin gerçeğe daha yakın şekilde üretilebilmesi adına risk dağılımı ve ekonomik kayıp tahmini çalışmaları, saha çalışmalarından elde edilen veriler ışığında gerçekleştirilmiştir. İlçelerden gelen verilerle her ilçeye has kırılganlık eğrileri, farklı kat sayısına sahip binalar için üretilmiştir. Bu eğriler yardımıyla yaklaşık 580,000 bina üzerinde risk tahmini yapılmıştır. Çalışma sonucunda gelen risk dağılımları, saha çalışmalarıyla paralel olmakla birlikte, Senaryo Depremine göre stokun %19'u çok yüksek riskli, %22'si ise yüksek riskli çıkarken; Tasarım Depremine göre çok yüksek riskli binaların oranı %40, yüksek riskli binaların oranı ise %31 olarak tespit edilmiştir. Tezin son bölümünde fayda/maliyet analizleri tamamlanmıştır. Analizler ışığında yalnızca yıkıp yapma yönteminin maddi olarak kayıp azaltmada yeterince etkili olmadığı belirlenmiştir. Çalışmalar göstermiştir ki optimum sayıdaki binaya kadar binaların riskini azaltmak, deprem öncesi müdahale ve deprem sonrası zarar maliyetlerinin toplamını azaltırken, bu miktardan fazla binaya müdahale ediyor olmak (yıkıp yeniden yapma veya güçlendirme) toplam maliyeti artırmaktadır. Bu husus, yüksek ve çok yüksek riskli bulunan binaların risk azaltma çalışmalarında ilk müdahale edilmesi gerekenler olarak ele alınması, orta ve düşük riskli olarak tespit edilmiş binaların ise çok sonra müdahale edilecek binalar olarak öncelik dışı nitelendirilmesi gerektiğini göstermektedir. Ayrıca, yeniden yapım ile güçlendirme seçeneği arasında maliyet/fayda analizi açısından ciddi getiri farkı tespit edilmiştir. Hem risk azaltma çalışmalarının aciliyeti, hem de problemin boyutları düşünüldüğünde; yüksek veya çok yüksek riskli olup güçlendirilmesi verimli çıkan bütün binaların güçlendirilip, verimli bir şekilde güçlendirilemeyen binaların yeniden yapıldığı hibrit bir stratejide, mevcut durumda 7.5 büyüklüğündeki Senaryo Depreminin gerçekleşmesiyle oluşacak zarara kıyasla %72 seviyesine kadar maliyet azalışı sağlanabilmektedir. Aynı miktarda binanın yeniden yapıldığı senaryo ise ancak %49'luk bir maliyet azalışı yaratacaktır ve bu müdahale stratejisinin uygulama süresinin hibrit stratejiye göre çok daha uzun olacağı tespit edilmiştir. Bu doktora tezi kapsamında yapılan çalışmalar ile yakın gelecekte büyük bir depreme maruz kalma tehlikesi altında bulunan şehirlerde konut stokunun riskinin, tutarlılıktan taviz vermeden en hızlı bir şekilde tespiti için bir yöntemin önerilmesi yapılmış; yasal mevzuattaki bu eksiklik için bir çözüm önerisi yapılmıştır. Ardından günümüzde 2019 Riskli Bina Tespit Esasları ve 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinin barındırmadığı, mevzuatın şartlarını sağlamayan mevcut binaların risk seviyelerine göre önceliklendirilmesi önerilmiş, önerilen artımsal sıralama ve sınıflandırma yöntemlerinin güvenilirliği incelenmiştir. Üretilen çıktılar üzerinden incelemesi yapılan yaklaşık 23,000 binanın verisinden yola çıkarak gerçekleştirilen risk dağılımı ve fayda/maliyet tahminleri ise önerilen önceliklendirme yaklaşımına uyularak yapılacak risk azaltma çalışmalarının en verimli stratejiyi yansıttığını göstermektedir. 6 Şubat 2023 depremleri sonrasında görülmüştür ki bu tezin önerdiği şekilde deprem öncesinde yapılacak müdahaleler, afet kayıplarının önlenmesi açısından kritik öneme sahiptir.
-
ÖgeDesign of a new laminar soil container and its numerical verification for SSI and liquefaction tests(Graduate School, 2024-07-10)This dissertation presents the design, development, and evaluation of an Enhanced Transparent Impermeable Laminar (ETILam) soil container for laboratory soil tests. The research addresses the challenges in replicating prototype responses under static and dynamic conditions, which are crucial for geotechnical engineering applications. By conducting a comprehensive review of existing soil test setups and various types of laminar soil containers, the study aims to enhance the design and functionality of soil containers, particularly for dynamic tests using shaking tables and centrifuges. The research begins by identifying the key aspects and essential characteristics of laboratory test setups. It emphasizes the importance of soil container boundary conditions on test performance. Different types of soil containers and their specifications are examined, concluding that laminar soil containers are the most effective for replicating prototype conditions in laboratory settings. The study then explores the limitations that need to be considered during the design of a laminar soil container, leading to the development of an initial design concept. To ensure the effectiveness of the design, potential materials for the laminar soil container were tested in the laboratory. Characteristic parameters of these materials were evaluated for use in numerical modeling. Plexiglas and Sikaflex Pro3 flexible sealant paste were selected for the container construction. The performance of the lamina frame under maximum stresses induced during dynamic loadings was verified using structural software, and the locations of lateral support points were determined. A new method was developed for preparing the required soil sample with the proper relative density. This method evaluates the relative density of the soil based on the diameter of the sieve opening and the height of raining, leading to the design of a new sand pluviation mechanism. Through numerical modeling, the effect of boundary type and expansion on the soil sample was studied. Different sinusoidal motions were applied to the model, and the proper motion was selected for numerical evaluations of the laminar soil container design. Based on a review of available containers and their movement mechanisms, various numerical models were developed and their performances compared with free-field test responses. An enhanced movement mechanism was developed to provide a response more closely resembling free-field conditions. This mechanism employs roller bearings and a flexible sealant moving mechanism between the laminas. The study also examined the effect of the lateral support system on the behavior of the laminar soil container. It was found that vertical support, in addition to lateral support, provides a better response for the laminar soil container. The expected performance of the laminar soil container during laboratory tests was studied using generated models. The soil-structure interaction performance was evaluated, and the effect of a Single Degree of Freedom (SDOF) system on soil performance was assessed. The design process, through numerical modeling, resulted in the manufacturing of the ETILam soil container. Its performance was evaluated through tests on an empty container on a shaking table and with soil samples during multiple tests. For studying the soil-structure interaction (SSI) effect, a test setup representing a pile-supported SDOF system was designed and manufactured. A series of laboratory tests were performed on this system, and some of the results were presented. The performance of the empty ETILam soil container was compared with numerical model results, revealing that the numerical results closely resemble the laboratory test results. However, the results obtained from the laboratory tests on the soil sample inside the container indicated that increasing the input motion frequency and acceleration led to discrepancies between the numerical model and laboratory results, necessitating more detailed analytical studies on the soil models in the software. In conclusion, this dissertation demonstrates the development and validation of the ETILam soil container. The study highlights the effectiveness of combining roller bearings and flexible sealant for laminar movement, the importance of proper boundary support, and the need for detailed numerical and laboratory analysis to accurately replicate real-site conditions for soil-structure interaction and liquefaction tests. The ETILam soil container represents a significant advancement in geotechnical engineering laboratory testing, providing a more accurate and reliable method for studying soil behavior under dynamic conditions.