Doğrusal olmayan zemin ortamında rijit şerit temeller için dinamik empedans fonksiyonları

Abstract

Bu çalışmada, Adapazarı bölgesi için üstyapının deprem etkisindeki dinamik davranışına yerel zemin koşullarının katkısını daha iyi tanımlayabilmek amacıyla temel-zemin arakesitindeki frekansa bağlı dinamik empedans fonksiyonlarının zemin ortamının doğrusal olmayan davranışı altında geliştirilmesi incelenmiştir. Yarısonsuz zemin ortamına oturan şerit temel plağına ait dinamik empedans fonksiyonlarının elde edilmesi için iki boyutlu düzlem şekil değiştirme problemi olarak kurulan temel-zemin ortak sisteminin çözümü, zaman tanım alanında sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Bu çözüm yönteminde sayısal modelin doğruluğunu ve zaman tanım alanında sonlu elemanlar yöntemi ile yapılacak dinamik analizlerde uygunluğunu sağlamak için yapı-zemin etkileşim probleminde dalga yayılımına ve problemin çözümüne etki eden tüm parametreler araştırılmıştır. Yüzeysel şerit temel plağı için, düşey ve yatay doğrultularda yer hareketinin etkin frekans içeriği dikkate alınarak, orta noktasından uygulanan harmonik karakterdeki yük altında zemin ortamının doğrusal ve doğrusal olmayan mekanik özelliklerine ait yük-yerdeğiştirme ilişkileri elde edilmiştir. Sınır değerler için tüketilen enerjiler hesaplanarak doğrusal olmayan davranış göstergeleri elde edilmiş böylece nonlineer zemin davranışı altında dinamik rijitlikler frekansa bağlı olarak ortaya konulmuştur. Geliştirilen yöntemin etkinliğini ve zeminin şekil değiştirebilme özelliğinin üstyapının dinamik davranışına katkısını gösterebilmek amacıyla sayısal bir uygulamaya yer verilmiştir. Seçilen köprü ayağı örneğinin dinamik parametreleri, rijit zemin, lineer elastik zemin ve nonlineer zemin davranışları için farklı frekans içeriklerine sahip gerçek deprem kayıtları kullanılarak incelenmiştir.

In this study, in order to define better the effect of the local soil conditions on the dynamic behavior of the superstructure under the effect of an earthquake, improvement of the frequency dependent impedance functions at the interface of foundation-soil under nonlinear ground behavior is investigated for Adapazarı region. The solution of the foundation-soil system, which is modeled as a two-dimensional plane-strain problem to obtain the dynamic impedance functions belonging to strip foundation standing on a semi-infinite soil medium is found by using finite element method in time domain. In this solution technique, to satisfy the correctness of the numerical model and the compatibility of the dynamic analysis, which will be carried out with finite element method in the time domain, all the parameters effecting the wave propagation and the effects on the problem solution for the soil-structure interactions are investigated. For the surface strip foundation, by considering for the fundamental frequency component of the earthquake in both vertical and horizontal directions, loaddisplacement relations belonging to linear and nonlinear mechanical properties of the soil medium are obtained by employing a harmonic load applied at the midpoint. Nonlinearity indicators are obtained by calculating the dissipated energies at the limit displacements and frequency dependent dynamic rigidities under nonlinear ground behavior. To demonstrate the effectiveness of the developed technique and the contribution of the deformability of the soil on the dynamic behavior of the superstructure, a numerical application is included. The dynamic parameters of an exemplary selected bridge are investigated for the rigid, linear elastic and nonlinear soil behaviors using the real earthquake records having different frequency contents.