Ova-tepe topoğrafyasındaki sismik büyütme etkilerinin nümerik metotlarla analizi

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı, farklı amaçlar için kullanılan mühendislik yapılarının dinamik deprem davranışlarını önemli oranda değiştiren zemin büyütmesi kavramının irdelenmesidir. Depremlerin açığa çıkardığı kuvvetli yer hareketleri üzerindeki yerel zemin koşullarının etkisini araştırmak amacıyla literatürde yaygın kullanıma sahip olan tepe ve ovadan oluşan bir model seçilmiştir. Jeolojik özellikleri birbirinden farklı olan zemin katmanlarını içeren bu geometri kullanılarak 1 boyutlu (1-D) ve 2 boyutlu (2-D) dalga yayılım modelleri geliştirilmiştir. Lineer elastik zemin davranışını esas alan sayısal yaklaşımlardan 1-D nümerik model üzerinde yapılan dinamik analizlerle anakaya derinliğinden alüvyonel zemin yüzeyine doğru çevrim işlemi uygulanmıştır. Buna ilaveten derin jeolojik katmanlardan oluşan ova-tepe modelindeki dalga yayılım probleminin ve yüzey topoğrafyasının daha gerçekçi olarak tanımlanabilmesi amacıyla geliştirilen 2-D sonlu eleman modeli literatüre bağlı kalibre edilmiştir. Sismik salınımlara bağlı sayısal modelden elde edilen sonuçların tutarlılığı ve doğruluk düzeyi açısından kayıt istasyonlarının konumlandığı zemin ortamının dinamik özelliklerinin mühendislik anakayası olarak kabul edilebilineceği düşünülmüştür. Bu nedenle geliştirilen 1-D ve 2-D dalga yayılım modellerinde analiz edilen sismolojik verilerin alındığı kayıt istasyonlarının anakaya mostrası niteliğindeki bölgelerde olmasına özen gösterilmiştir. Tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen sayısal çözümlemelerle, farklı frekans içeriklerine sahip gerçek deprem kayıtlarına bağlı ova-tepe topoğrafyasındaki jeolojik zemin koşullarının hem serbest zemin yüzeyi hem de üstyapılarda oluşturduğu büyütme etkileri titreşim davranışına bağlı değerlendirilmiştir. Bu çerçevede, analiz sonuçlarından elde edilen verilere dayanarak, ivme-zaman, spektrum eğrileri ve yer değiştirme grafikleri ile büyütme etkileri detaylı bir şekilde sunulmuştur.

The aim of this thesis is to examine the concept of soil amplification, which significantly alters the dynamic seismic behavior of engineering structures used for different purposes. A model consisting of ridge and valley, commonly used in the literature, has been chosen to investigate the influence of local soil conditions on strong ground motions induced by earthquakes. Utilizing this geometry incorporating soil layers with distinct geological features, one-dimensional (1-D) and two-dimensional (2-D) wave propagation models have been developed to study the seismic wave patterns. The process of converting from bedrock depth to the alluvial soil surface has been implemented through dynamic analyses conducted on a 1-D numerical model, employing numerical approaches based on linear elastic soil behavior. Additionally, a 2-D finite element model, calibrated in accordance with the literature, has been developed to provide a more realistic representation of the wave propagation problem and surface topography in the valley-ridge model consisting of deep geological layers. The consistency and accuracy of the results obtained from the numerical model based on seismic oscillations have led to the consideration of the dynamic properties of the soil environment where recording stations are located as an engineering bedrock. For this reason, care was taken to ensure that the recording stations from which the seismological data analyzed in the 1-D and 2-D wave propagation models were located in the bedrock outcrop regions. Within the scope of the thesis study, the amplification effects of the geological soil conditions in the valley-ridge topography based on real earthquake records with different frequency contents on both the free ground surface and superstructures were evaluated based on the vibration behavior. In this context, amplification effects have been presented in detail using acceleration-time, spectrum curves, and displacement graphs based on the data obtained from the analysis results.