Tabakalı Zeminlerdeki Kazıklı Temellerin Deprem Etkisindeki Doğrusal Olmayan Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, üst yapı-kazıklı temel-zemin sisteminin sonlu eleman kullanılarak modellenmesi, farklı katmanlardan oluşan zemin profillerinde deprem etkisindeki kazıkların davranışının belirlenmesi ve klasik çözümlerin bu davranışı tanımlamada basit yaklaşımlar olduğunun gösterilmesi amaçlanmaktadır. Üst yapı-kazıklı temel-zemin sisteminin, sismik yükler altındaki davranışı, çoğunlukla sistem parçalara ayrılarak ve her bir parçanın ayrı ayrı incelenmesi şeklinde gerçekleştirilmektedir. Sistemin bu şekilde parçalara ayrılması, doğrusal olmayan bir problemde önemli basitleştirmeler yapıldığı, başka ifade ile kaba yaklaşımlarda kalındığı anlamındadır. Problemin bütün olarak alınamaması, başta hesaplama tekniği olmak üzere, verilerin belirlenmesinde farklı mühendislik disiplinlerine ait bilgi gereksinmesi, ortak çalışma alışkanlığının yaygın olmayışı vb sorunlardan kaynaklanmaktadır. Bu genel düşünceler içerisinde, üst yapı-kazıklı temel-zemin sisteminin doğrusal olmayan malzeme özellikleriyle incelenmesi önemli bir bütün olarak görülmektedir. Bu amaçla, zemin ortamının sonlu elemanlarla tanımlanması, modelleme ve çözüm tekniği açısından bizlere önemli olanaklar sunmaktadır. Bu çalışmayla, elasto-plastik malzeme davranışı ile büyük deformasyon etkilerinin dikkate alındığı ve zaman alanlı üç boyutlu bir dinamik sonlu eleman yöntemi kullanılarak üst yapı-kazıklı temel-zemin sistemi modellenmiştir. Sismik yükler altında üst yapı-kazıklı temel-zemin etkileşiminin incelendiği bu çalışmada, değişik zemin ve yapı koşullarını temsil eden iki model (Model-A ve Model-B) üzerinde, uç ve sürtünme kazıklarının kullanıldığı iki farklı durum için, maksimum yer ivmesi 0.1 g, 0.2 g ve 0.3 g olan üç deprem kaydı kullanılarak analizler yapılmıştır. Bulunan sayısal değerlerden, çözüm sonuçlarını yansıtan grafik ve tablolar oluşturulmuştur. Sonuç olarak, statik yükler altında, kazık boyunca donatı yerleştirme gerekli olmadığı halde, belli yönetmelikler uyarınca kazıkların donatılı olarak imal edilmesi hususu, bu tez çalışmasında yapılan analizlerden de görüldüğü üzere deprem etkisi altında önem taşımaktadır. Bu etki uç kazıklarında çok daha önemli olup, uygulamada özen gösterilmesi gerekmektedir.

In this study, it is aimed to model superstructure-piled foundation-soil system by using finite elements, to determine the behaviour of piles located into layered soil deposits under earthquake loading and to show that usual solution methods are being simple approaches on defining the behaviour. The behaviour of superstructure-piled foundation-soil system under seismic loads is usually carried out by dividing system into parts and examining in a form each of the parts separately. In a nonlinear problem, dividing the system into parts means that it is too much simplified. Main sources of the simplification are assumed to be solution technique as being first, necessity of information from various engineering disciplines, and inexistence of working jointly as habit. Investigation of superstructure-piled foundation-soil system with nonlinear material properties within these general ideas is considered as an important content. For this purpose, defining soil medium with finite elements presents very important advantageous in view of modelling and analysis technique. With this study, superstructure-piled foundation-soil system has been modelled considering large deformation effects with elasto-plastic material behaviour by using 3-D dynamic finite element method in time domain. In this study investigating superstructure-piled foundation-soil interaction under seismic loads, analysis has been carried out by using earthquake records with 0.1g, 0.2g, 0.3g of maximum ground acceleration values for two different cases using skin and end-bearing piles within the models (model-A and Model-B) representing different soil and structure conditions. Numerical results obtained from the analysis are presented in form of graphs and tables. As a result, although there is no need to reinforce a pile under static loading conditions, as shown in the analysis performed in this study reinforcement of piles according to certain codes has great importance under earthquake loading conditions. This effect has more importance in the case of end-bearing piles and care should be taken in practise.