Yapısal sünekliğin yer hareketi kayıtlarının seçimine ve ölçeklendirilmesine etkisi

Abstract

Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler, deprem ve yapı mühendisliğinde, özellikle de depreme göre performans değerlendirmesinde ve yapısal sistemlerin tasarımında giderek yaygınlaşmaktadır. Depreme göre performans değerlendirmelerinde ve tasarımlarda, dinamik analizler için hedef tepki spektrumuna uyumlu deprem yer hareketi kayıtların seçilmesini ve ölçeklendirilmesini gerektirir. Dolayısıyla yer hareketi kayıtlarının seçilmesi, yapının deprem davranışının ve yükünün doğru olarak hesaplanabilmesi önem taşımaktadır. Bu nedenle deprem yer hareketi kayıtlarının gerçeğe yakın ölçeklendirilmesi gerekmektedir. Başta Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'e (TBDY-2018) ve diğer yönetmeliklere göre deprem yer hareketleri, deprem yer hareketinin büyüklüğü, faya uzaklığı, zeminin kayma dalgası hızı (VS,30) ve fay tipleri dikkate alınarak seçilmektedir ve spektrum uyumlarına göre ölçeklendirilmektedir. Yapıların depreme göre performans değerlendirmelerinde ve tasarımlarda dinamik analiz için kullanılan zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizlerde yönetmeliklerde yer alan yer hareketi kayıt seçim ve ölçeklendirme yöntemleri genellikle tartışma konusu olmaktadır. Yer hareketi kayıt seçim ve ölçeklendirme yöntemlerinde analizlerde kullanılacak yer hareketi kayıt sayısı ve tasarım (hedef) spektrumuna uyumu için yer hareketi kayıtlarının seçimi ve ölçeklendirmesi her yönetmeliklerde farklılık göstermektedir. Bu sebeple yönetmeliklerde yer hareketi kayıt seçim yöntemlerinde yeni yöntem arayışına girilmektedir. Yer hareketi kayıt seçiminde, tasarım (hedef) spektrumu ile seçilen yer hareketi kayıtlarının uyumu için iki farklı yaklaşım bu tez kapsamında karşılaştırılmaktadır ve değerlendirilmektedir. Bunlar, tasarım (hedef) ve seçilen yer hareketi kayıtların spektrumların uyumu için noktasal ve bölgesel benzerliği esas alan yer hareketi kayıt seçim ve ölçeklendirme yaklaşımlarıdır. İki farklı yer hareketi kayıt seçim ve ölçeklendirme yaklaşımlarını, iki farklı periyot noktasın da karşılaştırılmıştır. Yığma yapılar için kullanılan kısa periyot olarak 0.5s ve esnek yapılar için kullanılan uzun periyot olarak 1.5s dikkate alınarak iki farklı yaklaşım için yer hareketi kayıt seçimi yapılmıştır. Yer hareketi kayıt seçiminde bu tez kapsamında ele alınan noktasal ve bölgesel benzerlik yaklaşımları sırasıyla Koşullu Ortalama Spektrum (CMS) yöntemi ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği-2018 (TBDY-2018) yer hareketi kayıt seçim yöntemleridir. Bu iki farklı yaklaşıma göre iki farklı periyot değeri dikkate alınarak yer hareketi kayıt seçimleri yapılmıştır. Her kayıt seçimleri için iki veri tabanı programından yararlanılmıştır. Bu iki programda yer hareketi kayıtlarını PEER NGA veri tabanından almaktadır. İki farklı yaklaşıma göre indirilen yer hareketi kayıtlarının dört farklı ölçek aralığında setler oluşturularak süneklik oranları ve Tek Serbestlik Dereceli sistemlerde (TSD) maksimum kat ötelemelerinin ortalama ve medyan değerleri karşılaştırılmıştır. Ölçek aralıkları 0.60-1.40, 0.80-1.20, 0.90-1.10, 0.95-1.05 seçilerek yer hareketi kayıt setleri oluşturulmuştur. Ölçek aralıklarını 1'e yakın tutarak seçilmiştir. Yer hareketi kayıtlarını gerçeğe yakın olması seçilmesine özen gösterilmiştir. Ölçek katsayısını minimuma indirerek enerji büyütmesini minimuma indirmeyi hedeflenmiştir. Yer hareketi kayıt seçim yöntemlerinden noktasal benzerliği esas alarak tek bir periyot değeri ile yer hareketi kayıt seçimi yapılan Koşullu Ortalama Spektrum (CMS) yönteminin kullanımı yaygınlaşmaktadır. Koşullu Ortalama Spektrum yöntemi, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY-2018) ve diğer yönetmeliklerde olduğu gibi deprem yer hareketinin büyüklüğü, faya uzaklığı, zeminin kayma dalgası hızı (VS,30) ve fay tipleri dikkate alınarak seçilmektedir ve ölçeklendirilmektedir. Ek olarak tek bir periyot değerine göre yer hareketi kayıt seçimi ve ölçeklendirilmesi yapılmaktadır. Depreme göre performans değerlendirmelerinde ve tasarımlarda Koşullu Ortalama Spekrtum (CMS) yönteminin kullanımı hakkında birçok çalışmalar yapılmaktadır. Bu yaklaşıma göre yer hareketi kayıt seçimi bir MATLAB algoritmasından indirilmektedir. MATLAB algoritmasında noktasal değerler girilerek yer hareketi kayıt seçimi yapılmaktadır. MATLAB algoritmasının arka planında PEER NGA veri tabanından kayıtlar seçilmektedir. Yer hareketi kayıt seçiminde bölgesel benzerliği esas alan Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği-2018'e göre (TBDY-2018) yapının hakim (hedef) periyodunun 0.2 ve 1.5 katlarındaki periyot aralığında tasarım spekturumu ve seçilen yer hareketi kayıtların bileşke spektrumunun uyumlu olması gerekmektedir. Seçilen yer hareketi kayıtlarının bileşke spekturumu, tasarım (hedef) spektrumdan daha yüksek olmalıdır. Yer hareketi kayıtları PEER NGA veri tabanında indirilmektedir. TBDY-2018'e göre yer hareketi kayıt seçimi PEER NGA veri tabanında aralık değerler girilerek yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında, taşıyıcı sistemlerin yapısal sünekliğin yer hareketi kayıtlarının seçimine etkisi değerlendirilmektedir. Klasik yapı dinamiğindeki süneklik oranı denklemindeki parametreleri yer hareketi kayıtlarının hedef sünekliğe göre hesaplanarak yer hareketi kayıtlarını süneklik oranı hesaplanmaktadır. Yer hareketi kayıtları elastik ve inelastik hesap yapabilen bir MATLAB algoritmasına tanımlanarak süneklik oranındaki parametreler hesaplanmıştır. Yer hareketi kayıt seçiminde yapılan spektrum hesaplamalarında kullanılan noktasal ve bölgesel benzerliği esas alan Koşullu Ortalama Spektrum (CMS) ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği-2018 (TBDY-2018) kayıt seçim yöntemleri uygulamalarında yapısal sünekliğin etkisi değerlendirilmektedir. İki farklı yaklaşım ile seçilen yer hareketi kayıt setleri için belirlenen tepki spektrumlarının ortalamasının noktasal veya bölgesel olarak hedef spektrumla uyumunun verimliliği, çeşitli yapısal süneklik durumları için incelenmiştir. Bu tez kapsamında yer hareketi kayıtları az, orta ve yüksek süneklik düzeyi olmak üzere üç farklı süneklik düzeyinde değerlendirilmiştir. Az süneklik düzeyi olarak 1.5, orta süneklik düzeyi olarak 4 ve yüksek süneklik düzeyi olarak 8 değerleri dikkate alınmıştır. İki yaklaşım ile oluşturulan yer hareketi kayıtlarını süneklik değerlerinin ortalaması ve medyan değerleri istatistiksek olarak dağılımları değerlendirilmiştir. Yer hareketi kayıt setlerinin ortalama ve medyan süneklik oranı sonuçları seçilen hedef sünekliğe göre karşılaştırarak değerlendirilmiştir. Tek serbestlik dereceli sistemlerde (TSD) en büyük kat ötelenmesi, Koşullu Ortalama Spektrum (CMS) ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY-2018) dikkate alınarak seçilen ve ölçeklenen yer hareketi kayıt setlerinin ortalama ve medyan değerleri ile karşılaştırılmıştır. TSD sistemlerde maksimum kat ötelemesine bakıldığı için yer hareketi kayıtlarının iki farklı yaklaşıma göre seçilen üç farklı hedef süneklik düzeyindeki (1.50, 4 ve 8) ve iki periyot (kısa ve uzun) değerlerindeki tepe deplasman değeri (Sd) dikkate alınmıştır. İki yaklaşıma göre seçilen yer hareketi kayıtların ortalama ve medyan değerleri istatiksel olarak dağılımları değerlendirilmiştir. Koşullu Ortalama Spektrum (CMS) yöntemi ile Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY-2018) ile uyumlu yer hareketi kayıt setlerinde yer alan ivme kayıtları kullanılarak hesaplanan "süneklik oranlarının" ortalama ve medyan değerleri belirlenerek "hedef süneklikler" ile karşılaştırılmıştır. Süneklik oranları bakımından iki yaklaşım 0.5s ve 1.5s periyotlar için karşılaştırıldığında, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 in daha başarılı olduğu sonucuna varılmıştır. Süneklik oranı dağılımlarına bakıldığında, süneklik oranı büyüdükçe kayıt setlerinin verdiği süneklik oranı sonuçlarının hedeften uzaklaştığı görülmüştür. 0.5s periyot durumu için, iki yaklaşıma göre seçilen yer hareketi kayıt setlerinin tek serbestlik dereceli sistemlerde oluşturduğu en büyük kat ötelenmelerine bakıldığında; Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'in daha büyük sonuçlar verdiği görülmüştür. 1.5s periyot durumunda ise Koşullu Ortalama Spektrum yönteminin daha büyük sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. İki farklı yaklaşımla kısa ve uzun periyotlar için oluşturulan setlerdeki kayıt sayılarının Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 kullanıldığında daha fazla olduğu görülmüştür. Yer hareketi kayıt seçiminde, aynı hedef spektrumla uyumlu olacak şekilde iki farklı yaklaşımla belirlenen yer hareketi kayıt setleri kullanılarak hesaplanan süneklik oranları ile tek serbestlik dereceli sistemlerde (TSD) oluşan en büyük kat ötelenmelerinin ortalama ve medyan değerleri dikkate alınarak yapılan değerlendirmede kısa ve uzun periyotlar için Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'e yer hareketi kayıt seçimi ve ölçeklendirme yöntemi daha verimli bir yaklaşım olduğu sonucuna varılmıştır.