Azaltılmış kayma modülüne göre temel titreşimlerinin empedans analizi

Abstract

Yapı-zemin ortak sisteminin dinamik analizinde yapısal davranışı doğrudan etkileyecek olan en önemli yönetici parametreler, zemin ortamının sonsuzluğunda kaybolan enerjiyi temsil eden radyasyon sönümü ve deprem yer hareketinin çevrimsel yükler altında zeminde oluşturacağı birim kayma şekil değiştirmesine karşı gelen azaltılmış dinamik kayma modülüdür. Söz konusu geoteknik parametreler yapının mesnetlendiği zemin ortamının rijitliğini doğrudan etkileyeceği için doğru tanımlanarak analitik çözümlere katılması gerekmektedir. Bu çalışmada, yerel zemin koşullarının üst yapının dinamik davranışına olan etkisi, temel-zemin arakesitinde tanımlanan ve yapı-zemin etkileşim probleminin altsistem yönteminde kullanılan empedans fonksiyonları (dinamik rijitlik parametreleri) yardımıyla incelenmiştir. Bu yöntemde zeminin ötelenme ve dönme titreşimine karşı gelen şekil değiştirme rijitlikleri, temel plağının boyutlarına, ortamın mekanik özellikleriyle birlikte malzeme ve radyasyon sönümüne bağlı ifade edilen temel-zemin etkileşim yüzeyinde tek bir noktada toplanmış yay rijitlik parametrelerine göre ele alınmaktadır. Bu kapsamda sayısal analizler için temel ortamının zemin özellikleri deprem yönetmeliğinde tanımlanan zemin sınıfları gözetilerek belirlenmiş ve seçilen iki farklı rijit yapı örneği üzerinden parametrik araştırmalar temelin geometrisi ve gömülme derinliği de dikkate alınarak yürütülmüştür. Dinamik yük kaynağının frekans içeriğine ve zayıf zeminin mekanik özelliklerine bağlı temel plağı titreşim hareketinin yapısal davranış üzerindeki etkileri, seçilmiş yönetici parametrelerle ilişkilendirerek gösterebilmek için empedans fonksiyonlarına dayalı bir çözüm algoritması MATLAB programlama dilinde geliştirilmiştir. Sayısal çözümlere titreşim frekansının etkisiyle birlikte zeminin birim kayma şekil değiştirmesine bağlı temel ortamının rijitlik kaybının etkisi de dahil edilmiştir. Yapı-zemin etkileşiminin analizi için geliştirilen bu çözüm algoritması aktif deprem bölgelerinde zayıf zemin koşullarında inşa edilecek önemli mühendislik yapılarının deprem güvenliğinin sağlanması açısından yapı mühendislerine yol gösterici olacaktır.

The most important governer parameters that will directly affect the structural behavior in the dynamic analysis of the structure-soil coupled system are radiation damping, which represents the energy lost in the infinite soil environment and the reduced dynamic shear modulus corresponding to the variation of the shear deformation that will occur in the soil under cyclic loads of earthquake ground motion. Since the geotechnical parameters directly affect the rigidity of the ground on which the building is supported, it is necessary to consider in the analytical solutions by defining them correctly. In this study, the effect of local soil conditions on the dynamic behavior of the superstructure was investigated by the impedance functions (dynamic stiffness parameters) defined in the foundation-soil interface and used in the substructure method of the soil-structure interaction problem. In this method, the deformation stiffness of the foundation medium corresponding to the rotational and lateral vibrations was evaluated according to the spring stiffness parameters concentrated at a single point on the foundation-soil interaction surface, which are expressed depending on the dimensions of the foundation plate and the mechanical properties of the soil medium including the material and radiation damping. In this context, the geotechnical properties of the foundation medium for numerical analyses were determined by taking into consideration the soil classes defined in the earthquake regulations and parametric investigations on two different type of rigid structures chosen. The geometry of the foundation and the depth of the embedment were carried out by taking into account. A solution algorithm based on impedance functions for soil-structure interaction analysis was developed in the MATLAB programming language in order to indicate the effect of frequency contents of the dynamic load source and the mechanical parameters of the weak soil on foundation motion as well as the structural behavior. Furthermore, the stiffness loss of the foundation medium due to effect of the increasing shear strain under dynamic loads was included in these numerical analyses. This solution algorithm developed for the analysis of structure-soil interaction problem will guide for the structural engineers in order to ensure earthquake safety of important engineering structures to be built under weak soil conditions in active earthquake zone.