Dinamik Yapı Zemin Etkileşiminin Dalga Yayılımı Etkisi Altında Sonlu Eleman-sınır Eleman Yöntemi İle Modellenmesi

Abstract

Bu çalışmanın kapsamında, dinamik yapı-zemin etkileşiminin deprem dalgaları etkisi altında incelenmesi için Sonlu Eleman ve Sınır Eleman Yöntemleri kullanılarak üç boyutlu sayısal bir yöntem geliştirilmiştir. Yapı-zemin sistemlerinin deprem dalgaları etkisi altındaki dinamik cevabı, frekans tanım alanında elde edilmiştir. Deprem dalgası hareketi, yarı-sonsuz elastik ortamda yayılan elastik dalga denklemleri kullanılarak elde edilmiştir. Deprem dalgalarının sebep olduğu dinamik kuvvet, zemini temsil eden frekansa bağlı empedans matrisi kullanılarak ifade edilmiştir. Empedans matrisinin hesaplanması için üç boyutlu elastik yarı sonsuz ortamın yüzeyine etkiyen tekil harmonik kuvvet için tanımlanan Green fonksiyonlarından faydalanılmıştır. Bu çalışmada, yapı-zemin etkileşimi problemini incelemek için Altsistem Tekniği kullanılmıştır. Altsistem Tekniği ile farklı yöntemler ile modellenen yapı ve zemin ortamı, süreklilik denklemleri ve dinamik denge denklemleri kullanılarak yapı-zemin arakesitinde eşleştirilmiştir. Geliştirilen sayısal yöntem ile çok katlı bir yapının dinamik analizi gerçekleştirilmiştir. Yapının sayısal analizi sonucunda elde edilen yerdeğiştirme cevap eğrileri kullanılarak çok katlı binalar için göreli kat ötelemesine bağlı bir hasar belirleme tekniği önerilmiştir.

Within the scope of this study, a three dimensional coupled Finite Element-Boundary Element (FE-BE) methodology is developed to analyze the dynamic soil structure interaction under the effects of the traveling seismic waves. The dynamic response of the soil-structure systems subjected to traveling seismic waves is obtained in the frequency domain. The seismic wave motion is evaluated using the elastic wave propagation in the semi-infinite elastic half-space. The excitation force induced by the seismic wave motion has been determined using the frequency-dependent impedance matrix of the elastic half-space representing the underlying soil medium. The impedance matrix is evaluated using the Green’s functions that are defined for a unit harmonic force acting on a specific point of the semi-infinite half-space surface. In the seismic analysis of the system, the substructure method is employed to deal with the dynamic interaction problem. This method is based on substructuring the system as the structure and the unbound soil. Finally, through the use of the displacement response curves of a multistory building which is obtained by the dynamic analysis employing the developed numerical procedure, a drift-based damage identification technique is proposed.