Demir kenet ve zıvana içeren tarihi taş duvarların yapısal modellenmesi ve düzlem içi davranışlarının incelenmesi

Abstract

Bugünün Türkiye coğrafyası, tarih boyunca birçok büyük uygarlığın doğuşuna, gelişimine ve etkileşimine sahne olmuş, bu medeniyetlerden geriye kalan zengin mimari ve kültürel miras sayesinde dünya kültür mirasının en önemli alanlarından biri hâline gelmiştir. Anadolu toprakları, Hititlerden Urartululara, Romalılardan Bizanslılara, Selçuklulardan Osmanlılara kadar çok sayıda medeniyetin izlerini barındırmaktadır. Bu medeniyetler, kendi dönemlerinin mimari anlayışını yansıtan camiler, kiliseler, köprüler, kervansaraylar, hamamlar ve çeşmeler gibi çok sayıda yığma/kârgir yapı inşa etmişlerdir. Bu eserler yalnızca estetik değer taşımamakta, aynı zamanda kullanılan yapı tekniği ve mühendislik açısından da dönemin koşullarını belgelemektedir. Zamanla bu tarihi ve anıtsal yapıların birçoğu depremler, iklim koşulları (yağış, rüzgar, sıcaklık değişimleri), atmosferik kirleticiler, tuz etkileri, fiziksel aşınmalar, kimyasal tepkimeler ve insan kaynaklı müdahaleler (vandalizm, hatalı restorasyon vb.) nedeniyle çeşitli düzeylerde hasar görmüştür. Bu hasarlar çoğu zaman çatlaklar, malzeme kayıpları, yüzey bozulmaları ya da demir elemanlarda korozyon şeklinde kendini göstermektedir. Bu tür yapılar yalnızca birer yapı malzemesi yığını değil, aynı zamanda geçmişin bilgi, kültür ve yaşam tarzını bugüne taşıyan hafıza alanlarıdır. Bu nedenle, bu yapıların yapısal bütünlüğünün korunması ve gelecek nesillere aktarılması bir zorunluluk olarak ortaya çıkmaktadır. Tarihi yapılarda kullanılan temel inşaat tekniklerinden biri olan kuru derzli taş duvar sistemi, bağlayıcı harç kullanılmadan taş blokların üst üste dizilmesiyle oluşturulur. Bu tür duvar sistemlerinde yapısal bütünlüğü arttırmak amacıyla metal bağlantı elemanları (kenet ve pim/zıvana) kullanılmıştır. Taşları yatay düzlemde bir arada tutmak amacıyla kenetlerden, düşeyde ise taş blokların ayrılmasını önlemek için pimlerden yararlanılmıştır. Bu elemanların duvar davranışı üzerindeki etkileri oldukça karmaşık olup günümüzde hem deneysel hem de sayısal yöntemlerle anlaşılmaya çalışılmaktadır. Ancak, literatürde bu konuda yapılan çalışmalar sınırlı sayıdadır ve mevcut çalışmalar genellikle sınırlı parametreler üzerinden yürütülmektedir. Bu çalışma kapsamında, demir kenet ve pimlerin, kuru derzli taş duvarların yapısal davranışı üzerindeki etkilerini araştıran kapsamlı bir sayısal analiz sunulmuştur. Çalışmada, taş bloklar arasında herhangi bir harç kullanılmayan ve yalnızca kenet ve/ya da pim gibi bağlantı elemanlarıyla bir arada tutulan taş duvar modelleri oluşturulmuş ve analiz edilmiştir. Bu kapsamda dört ana grup altında toplam on iki farklı duvar modeli geliştirilmiştir: (1) yalnızca kuru derzli taş duvar, (2) yalnızca kenet içeren taş duvar, (3) yalnızca pim içeren taş duvarlar, (4) hem kenet hem de pim içeren taş duvarlar. Sayısal analizlerde, farklı eksenel yük (gerilme) seviyeleri altında her modelin doğrusal olmayan statik itme (push-over) analizleri gerçekleştirilmiştir. Kullanılan malzeme modelleri arasında, taş ve beton gibi yarı gevrek malzemelerin davranışını temsil eden Concrete Damage Plasticity (CDP) modeli ile demir bağlantı elemanlar için gerçek gerilme-şekildeğiştirme ilişkilerini yansıtan elastoplastik modeller yer almaktadır. Taş-taş, taş-kenet ve taş-pim arayüzleri için temas modelleri detaylandırılmış, sonlu eleman ağı kalitesi, sınır koşulları ve temas etkileşimleri modellenmiştir. Analiz sonuçları, farklı kenet ve pim konfigürasyonlarının taşıyıcı sistem davranışına olan etkilerini ortaya koymuş, kapasite eğrileri aracılığıyla her modelin süneklik, rijitlik kapasitesi değerlendirilmiştir. Elde edilen performans seviyeleri, ulusal TYDRYK, uluslararası FEMA ve ASCE yapı yönetmelikleri doğrultusunda yorumlanmıştır. Modellemeler duvarlar üzerindeki hasar gelişimini ve bağlantı elemanlarının yük aktarım mekanizmaları hakkında önemli bulgular sağlamıştır. Tez altı ana bölümden oluşmaktadır: Birinci Bölüm'de konunun önemi, motivasyon ve çalışmanın kapsamı verilmiştir. Modelleme teknikleri, göçme mekanizmaları ve literatür özetine İkinci Bölüm'de yer verilmiştir. Üçüncü Bölüm on iki modelin tanıtımına ayrılmıştır. Beton, taş gibi yarı gevrek malzemelerin davranışını temsil etmek adına geliştirilen Concrete Damage Plasticity (CDP) malzeme modeli ve demir elemanlar için gerçek gerilme-şekildeğiştirme malzeme modeli, taş-taş, taş-kenet ve taş-pim elemanlarının temas noktalarına tanımlanan arayüz modelleri ve modellerdeki sonlu elemanlar ağı, hakkında bilgi ve formülasyonlar verilmiştir. Analiz prosedürleri, ulusal ve uluslararası yönetmelikler ve performans seviyelerinden Dördüncü Bölüm'de bahsedilmiştir. Beşinci Bölüm ise analizler sonucunda kapasite eğrilerine, ulusal ve uluslararası yönetmeliklerdeki performans seviyeleri için verilen hasar mekanizmalarına, duvarların sünekliklerine ve rijitliklerine ayrılmıştır. Çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar Altıncı Bölüm'de özetlenmiş ve gelecekteki olası çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.