Deprem İvme Kayıtlarındaki Gürültünün Yapısal Davranışa Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Deprem mühendisliği alanında deprem ivme izlerinin değerlendirilmesi oldukça büyük önem taşımaktadır. Bilgisayar teknolojinin gelişmesine koşut olarak gelişen hesaplama teknikleri, gerek yeni tasarlanacak yapılar için, gerekse mevcut yapıların sismik performanslarının değerlendirilmesi sürecinde zaman tanım alanında yapılacak olan yapısal çözümlemelerin önünü açmış; hatta mevcut deprem yönetmelikleri ve kimi standartlarda dinamik analiz yöntemleri alternatif çözüm teknikleri olarak yer almıştır. Zaman tanım alanında gerçekleştirilecek olan analizlerde bilindiği üzere ya gerçek deprem ivme kayıtları, ya da benzeştirilmiş veya yapay yer hareketleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, gerçek deprem kayıtlarından elde edilen davranış spektrumlarının, 2007 tarihli Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY, 2007) de belirtilen tasarım spektrumları ile uyuşmaması ve yapay yer hareketlerinden elde edilen davranış spektrumlarının tasarım spektrumlarına uygun olması nedeniyle yapay yer hareketleri üretilmiştir. Bu çalışmanın amacı, yapı sistemlerinin zaman tanım alanında doğrusal ya da doğrusal olmayan çözümlemelerinde kullanılan gerçek ivme kayıtlarının barındırdıkları gürültünün, yapısal davranış üzerinde ne denli etkin olduğunun ve yapısal istemleri hangi düzeyde etkilediğinin incelenmesidir. Çalışmanın ilk aşamasında, DBYBHY (2007) esaslarınca tanımlanan birinci derece deprem bölgesi ve üç zemin sınıfı için tanımlanan tasarım spektrumları ile uyumlu olarak TARCTHS bilgisayar programı ile 3 adet yapay kuvvetli yer hareketi üretilmiştir. Üretilen yapay yer hareketlerinin gürültülerden arındırılması ve fiziksel açıdan anlamlı olması amacıyla filtreleme ve zaman ekseni düzeltmeleri uygulanmıştır. Diğer yandan gerçek depremler esnasında alınan ivme kayıtlarının barındırdıkları gürültü düzeyinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu amaçla, T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Deprem Dairesi Başkanlığı Kuvvetli Yer Hareketi veri tabanındaki deprem kayıtları incelenmiş ve 6 adet farklı Sinyal/Gürültü oranı (S/G) seçilmiştir. Belirtilen farklı gürültü düzeyleri (signal-to-noise ratio), üretilen yapay yer hareketlerine, MATLAB bilgisayar programında geliştirilen bir algoritma yardımıyla eklenerek, gürültü içeriği bilinen yeni ivme izleri elde edilmiştir. Gürültü barındıran yer hareketlerinin yıkıcı nitelikleri hareketlere ait mühendislik şiddetleri belirlenmek suretiyle, Türkiye de yaşanmış büyük depremlerde kaydedilen yer hareketleri ile karşılaştırılmıştır. Çalışmanın son aşamasında farklı sayıda kata, yapısal rijitliğe ve süneklik düzeyine sahip betonarme yapı sistemlerini temsil etmesi bakımından 0.05 s den, 5 s ye kadar değişen, 40 farklı periyot değeri için eşdeğer Tek Serbestlik Dereceli (TSD) sistemler, gerek tasarım spektrumuna uyumlu üretilen yapay yer hareketi; gerekse farklı düzeyde gürültünün eklenmesiyle elde edilen ivme izleri etkisinde BISPEC (Hachem, 2010) bilgisayar programı yardımıyla dinamik analize tabi tutulmuş ve yapısal karşılıklar belirlenmiştir. TSD sistemin çözümlemesinin ardından tek katlı ve iki açıklıklı örnek bir betonarme çerçeve sistem belirlenmiş ve belirlenen bu sistemin gürültü barındıran yer hareketleri ile gürültüsüz yapay yer hareketi etkisi altında zaman tanım alanında doğrusal olmayan çözümlemesi DRAIN 2D-X (Prakash, 1993) gerçekleştirilmiştir. Böylece yer hareketlerindeki gürültü içeriğinin örnek yapının davranışına etkisi incelenmiştir. İncelemenin sonunda gürültü düzeyinin yapısal istemleri ne ölçüde etkilediği karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

Within the scope of earthquake engineering, evaluations of earthquake time histories have an important role especially for tectonically active countries. Calculation methods improving with computer technologies pioneered both newly designing structures and time history analysis for determination of the seismic performance of existing structures; even, dynamic analysis methods took part as alternative techniques in available seismic codes and different standards. As it is known, either real earthquake acceleration records, artificial or simulared ground motions are being used in time history analysis. In this thesis, artificial ground motions were generated because of the incompability of the response spectra obtained from real earthquake records and design spectra described in 2007 Turkish Seismic Code. Response spectra obtained from artificial ground motions are fitted with design spectra. The aim of this study is to determine the effect of noise in the real acceleration records that are being used for the linear and nonlinear time history analsis of structures. In the first part of the this study, 3 artificial ground motions compatible with design spectra for three different earthquake zones (Z1, Z2, Z3) and soil classes in 2007 Turkish Seismic Code were generated with TARSCTHS software. So as to remove noise effect from ground motions, baseline corrections were applied to these artifical ground motions. On the otherhand, the 6 different noise levels (Signal to Noise Ratio-SNR) of the real earthquake acceleration records obtained from strong motion database of Republic of Turkey Prime Ministry Disaster and Emergency Management Presidency Earthquake Department were determined. These noise levels were added to artificial ground motions with algorithm developed by MATLAB. By defining engineering intensities, destructive status of noise content in ground motions were compared with real accelograms recorded during huge earthquakes in Turkey. In the last part of this study, to represent structural systems of different stories, rigidity, and ductility, 40 single degree of freedom systems with different periods from 0.05 s to 5 s were analyzed by BISPEC program under the effect of 723 artificial ground motions. After that, in this study, to a reinforced concrete (RC) frame system with two spans and one storey was modeled and accomplished nonlinear time history analysis under the artificial ground motions. At the end of the study, the effect of noise level to structures was presented comparatively.