Sarsma tablası için geliştirilmiş ölçekli yapı-zemin modeli üzerinde sayısal ve deneysel incelemeler

Bu çalışmanın amacı, yapı-zemin etkileşimi (YZE) problemi için tam ölçekli saha koşullarını hasas bir şekilde temsil eden küçük kapasiteli sarsma tablası deneyleri için uygun bir ölçeklendirme katsayısı belirlemektir. Ele alınan ölçeklendirme yaklaşımı, gerçek sistemle sadece geometrik benzerlik değil aynı zamanda kinematik ve dinamik benzerliği de içermektedir. Farklı deprem haraketleri altında orta yükseklikteki binaların dinamik davranışına yapı-zemin etkileşiminin etkilerini gösterebilmek için hem gerçek hem de ölçekli deney modeli doğrudan düzlem şekil değiştirme koşulları altında sonlu eleman yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Bu çalışmada kullanılan Chi-Chi (1999), Loma-Prieta (1989) ve Kocaeli (1999) deprem ivme kayıtları yapı-zemin sisteminin ana kaya seviyesinde uygulanmıştır. Gerçek sistem ve ölçekli yapı-zemin ortak modeli sayısal olarak orijinal ve ölçeklendirilmiş deprem kayıtları altında aşağıda belirtilen üç farklı durumlar için incelenmiştir: a) zemine rijit sabitlenmiş yapı modeli, b) doğrusal elastik zemin davranışı kabulü altında yapı-zemin modeli, c) zeminin plastik deformasyonlarını Mohr-Coulomb akma kriteri altında dikkate alan yapı-zemin modeli. Yapı-zemin dinamik etkileşim problemini gerçekçi bir biçimde analiz etmek için geliştirilen matematik simülasyonda, yük kaynağından uzak bölgelere iletilen dalgaları model sınırlarında serbest bırakmak ve yayılan enerjiyi bu kesim noktalarında tüketmek için viskoz sönümleyici sınırlar kullanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında sarsma tablası deneylerinde kullanılacak model için belirlenen ölçeklendirilme faktörü =45'in gerçek saha koşullarını temsil edebilme kapasitesi, zemine rijit bağlı ve yapı-zemin etkileşimli analizlerden elde edilen sayısal sonuçların karşılaştırılmasıyla değerlendirildi. Ölçeklendirilmiş geoteknik model, alüminyum çerçeveler ve kauçuk tabakalardan tasarlanan laminer zemin sarsma kutusu ile arazi koşullarında alınan örselenmemiş zemin numunesinden oluşmaktadır. Daha sonraki aşamada, yapı-zemin ortak sistemin ölçeklendirilmiş sayısal modeline ait elde edilen sonuçlar, sarsma tablasındanda test edilen modelin deney sonuçlarıyla karşılaştırılarak doğrulanmış ve geçerliliği onaylanmıştır. Ayrıca, bu çalışma kapsamında kinematik etkileşimi, serbest yüzey titreşimine ve yerel zemin koşullarının deprem yer haraketine etkisi sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Elde edilen sayısal ve laboratuvar deney sonuçlarına göre, küçük ölçekli sarsma tablası deneylerinde kullanılan yapı-zemin modeli için dikkatlice seçilmiş büyük geometrik ölçek katsayılarıyla istenilen doğruluk düzeyinde tam ölçekli yapı-zemin sisteminin davranışının yansıtılabilecğe sonucu çıkartılabilir. Yerel zemin özellikleri yapıların deprem davrnısını ve serbest zemin hareketine zemine rijit bağlı yapılara ve ana kaya hareketine göre önemli dercede büyülterek değiştirdiği açıkça gözlemlenmiştir.