Deprem etkisindeki yeraltı yapılarının zaman tanım alanında doğrusal ve doğrusal olmayan çözümlemesi

Abstract

Teknolojinin her anlamda giderek gelişmekte olduğu çağımızda, inşaat alanındaki faaliyetler de buna bağlı olarak gelişmekte ve yenilenmektedir. Yeraltı yapı uygulamaları da eskiye oranla oldukça artmış ve kullanım alanları giderek genişlemiştir. Özellikle ulaşım alanında sıkça kullanılmaya başlanan yeraltı tünelleri, tasarım ve analizleri hakkında birçok soruyu da beraberinde getirmiştir. Yeraltı yapılarının tasarımının üst yapı tasarımından ayrıldığı en önemli nokta, yapının tamamen veya tamamına yakınının zemine gömülü olması ve deprem esnasında zemin şekil değiştirmelerine doğrudan maruz kalmasıdır. Bu nedenle, yeraltı yapısı sismik tasarım aşamasında içinde bulunduğu zeminden bağımsız düşünülemez ve yapı kendi özelliklerinin yanısıra bulunduğu bölgenin zemin özelliklerine göre de tasarlanır. Çalışma toplam on bir bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışma hakkında genel bir tanıtım yapılmıştır. İkinci bölümde yeraltı yapıları, kullanım alanları ve türleri hakkında kısa bir genel bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde tasarım öncesi yapının bulunacağı zeminin hangi özelliklerinin ve hangi parametrelerin incelenmesi gerektiği anlatılmış, depremlerin oluşum şekilleri, levha hareketleri ve depremin büyüklük ve şiddet kavramlarının tanımları ve ölçümleri hakkında bilgi verilmiştir. Dördüncü bölümde depremlerin oluşturduğu dalga hareketleri ve bu dalgaların özellikleri anlatılmış, depremin yeraltı yapılarına verdiği zararlar ve bu zararları etkileyen faktörler açıklanmış, aynı zamanda serbest alan zemin şekil değişimleri, zemin hasarları ve türleri gibi konular incelenmiştir. Beş ve altıncı bölümlerde yeraltı yapılarının tasarım yöntemleri ve bu yapıların deprem hareketlerine karşı gösterdiği davranışlar anlatılmıştır. Ayrıca altıncı bölümde yakın tarihte meydana gelen depremlerin yeraltı yapılarında oluşturduğu hasarlar gösterilmiştir. Yedinci bölümde ise yeraltı yapılarının deprem doğrultusuna bağlı olarak maruz kaldığı deformasyonlar ve çözümleri hakkında genel bir bilgi verilmiştir. Sekizinci bölümde tasarımda kullanılan statik ve dinamik yükler hakkında kısa bir özet sunulmuştur. Çalışmanın dokuz ve onuncu bölümleri farklı kesite sahip iki ayrı tünel modelinin SAP2000 programında modellenmesini ve analizler sonucu uygunluğunun belirlenmesini kapsamaktadır. Dokuzuncu bölümde analizleri yapılacak kesit tipleri tanıtılmış, zemin tabakası ve tünel kesitinin malzeme özellikleri, modelin sınır koşulları açıklanmış ve zaman tanım alanında farklı parametrelerin sırayla değiştirilerek doğrusal ve doğrusal olmayan analizleri yapılıp sonuçlar karşılaştırılmış ve incelenmiştir. Dokuzuncu bölüm sonunda kullanılacak modellerin son haline karar verilmiştir. Onuncu bölümde deprem tehlikesi ve deprem düzeyleri hakkında genel bir bilgi verilip modellerde kullanılacak tasarım depreminin düzeyine karar verilmiştir. D3 deprem düzeyine göre modellerin tekrar zaman tanım alanında doğrusal ve doğrusal olmayan analizleri yapılıp uygunluğu incelenmiş ve tasarımı tamamlanmıştır. Son bölüm olan on birinci bölümde sonuçlar ortaya koyulmuştur.

Construction activities is improving depending on the technological developments in the every field of our age. Underground construction applications has increased considerably compared to the past and its application fields are rapidly expanding. Especially increasing usage of the underground tunnels in the field of transport has brought many questions about their design and analysis. The most important difference between the designs of underground and aboveground structures is as follows: above ground structures are completely or mostly buried into ground and it expose to the shifts of the ground occurred during the earthquake. Therefore, the seismic design of underground structures can not be considered independent from the ground and the structure is designed according to its own features as well as the ground structures in which it was build. This study consists of totally eleven sections. The first section presents an overview of the study. In the second section a short brief is given about underground structures, its type and usage areas. In the third section, it was explain that which features and which parameters need to be analyzed before the design. In addition, information was given about formation shapes of the earthquake, plate tectonics and earthquake magnitude and severity definitions of concepts and metrics. In the fourth chapter of the wave movement generated by earthquakes its features was explained. The damages in underground structures by the earthquakes and the factors affecting this damages as well as free-field ground changes in shape, floor damage and types of topics were explained. In the fifth and sixth sections, the design methods of underground structures and the behaviour of these structures against seismic movements were described. In addition, the damages in the underground structures which caused by the earthquakes occurred in recent history were shown. In the seventh part of the underground structure is exposed to due to the earthquake direction and solutions, general information about the deformations are given. In the eighth section, a brief summary is presented about static and dynamic loads used in the design. Ninth and tenth sections consists of the modelling of different cross-sections of two separate tunnel model by using SAP2000 program and the determination of its usability/suitability . The ninth chapter will be analyzed cross section types have been introduced, the ground layer and the tunnel cross-section of the material properties of the model boundary conditions described and in the time domain of the different parameters were alternated linear and nonlinear analysis made and the results were compared and examined. At the end of the ninth chapter the appropriate model was decided. In the tenth chapter, seismic hazard and earthquake-level were briefly explained, also it was decided to the level of the projection earthquake which will be used in testing the applicability of the model . In the tenth part, on the model according to the level of earthquake recurrence of D3 in the time domain linear and nonlinear analysis examined the suitability and its design was completed. In eleventh chapter, which is the last one, the results were revealed.