Investigation of Soil-Structure Interaction for Design of Reinforced Concrete Structures under Earthquake Load

Abstract

One of the most common natural disasters in our country is earthquakes with strong ground motion. Earthquake damages structures with the impact of ground shaking. Prediction of earthquake magnitude in advance is a great importance in the civil engineering discipline to minimize possible damages during the earthquake. Therefore, understanding of structural behavior correctly is as important as the estimation of the possible earthquake magnitude. For this reason, structures should be modeled accurately and realistically. Reinforced concrete structures are usually designed using commercial software defined either as rigid or with elastic springs at the base. In this study, considering the earthquake recording of 1999 Kocaeli, a 12-storey reinforced concrete structure was analyzed with rigid foundation assumption, Winkler and Modified Vlasov models. An interface was coded in MATLAB to exchange data between SAP2000 and MATLAB. Thanks to the interface, SAP2000 has gained the ability of performing analyses with modified Vlasov model. In this way, periods, base shear forces, column axial forces, column bending moments and lateral displacements of the structures were compared for each subsoil model. At the end of the study, it is observed that the effect of subsoil on the structural behavior is an indispensable design factor for the reinforced concrete structures.

Keywords

• Soil-Structure Interaction,Earthquake,Modified Vlasov Model,Design of Reinforced Concrete Structures,SAP2000,OAPI

Deprem Yükü Etkisindeki Betonarme Yapıların Tasarımında Yapı-Zemin Etkileşiminin İncelenmesi

Abstract

Ülkemizde en çok rastlanan doğal afetlerden biri kuvvetli yer hareketi olan depremlerdir. Deprem yer sarsıntısının etkisi ile yapılara hasarlar verir. Deprem kuvvetini önceden tahmin ederek oluşacak hasarları en aza indirmek inşaat mühendisliği disiplini için büyük önem arz etmektedir. Yapı davranışını doğru anlamak depremi önceden tahmin etmek kadar önemlidir. Bu yüzden yapılar daha doğru ve daha gerçekçi modellenmelidir. Betonarme yapıların tasarımı genellikle yapı tabanda rijit kabul edilerek ya da zeminin elastik yaylar ile tanımlandığı ticari programlar kullanılarak yapılmaktadır. Bu çalışmada, 1999 Kocaeli deprem kaydı dikkate alınarak 12 katlı betonarme bir yapı örneği, rijit temel varsayımı, Winkler ve Geliştirilmiş Vlasov modelleri ile analiz edilmiştir. MATLAB’te yazılan bir ara yüz ile SAP2000 ve MATLAB programlarının eş zamanlı veri alışverişi sağlanmış ve bu sayede SAP2000 programının bünyesinde var olmayan Geliştirilmiş Vlasov Modeli entegre edilerek analizler gerçekleştirilebilmiştir. Analizlerden elde edilen yapı doğal titreşim periyodu, toplam taban kesme kuvveti, kolon eksenel kuvvetleri, her iki doğrultudaki eğilme momentleri ve kat ötelenmeleri farklı zemin modelleri için karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonunda zemin etkisinin betonarme yapıların taşıyıcı sistem tasarımında göz ardı edilemeyecek kadar önemli bir faktör olduğu görülmüştür.

Keywords

• Yapı Zemin Etkileşimi,Deprem,Geliştirilmiş Vlasov Modeli,Betonarme Yapı Tasarımı,SAP2000,OAPI

References

1. Avcıoğlu O., Orakdöğen E., (2015), Vlasov zeminine oturan yapıların zaman tanım alanında analizi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilim Dergisi, 21 (3), 103-108.
2. Bowles E. J., (1982), Foundation analysis and design, McGraw-Hill Book Company, Newyork.
3. Erdik M., (1989), Yüksek yapıların deprem tasarımında yapı-zemin etkileşimi ile ilgili esaslar, Çok Katlı Yapılar Sempozyumu, İzmir, Türkiye., ss.335-360.
4. Hamarat M. A., (2012), İki parametreli zemin üzerine oturan yapı sistemlerinin dinamik analizi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
5. Ionescu A., Calbureanu M., Negru M., (2013), Boussinesq method in seismic analysis of a building structure using ANSYS program, WSEAS International Conference, Vouliagmeni, Athens, Greece., ss.198-201.
6. Kılıçer S., (2016), Yapı-zemin etkileşiminin betonarme yapıların tasarımına etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye.
7. Kılıçer S., Özgan K., Daloğlu A. T., (2014), Radye temellerin vlasov yöntemiyle modellenmesi, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği 2.Özel Konulu Sempozyumu: Teori ve Uygulamada Zemin-Yapı Etkileşimi, Antalya, Türkiye., ss.151-156.
8. Livaoğlu R., Doğangün A., (2003), Farklı taşıyıcı sisteme sahip ayaklı depoların zemin sınıflarına göre dinamik davranışlarının irdelenmesi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7 (3), 70-77.

9. Özgan K., (2007), Geliştirilmiş vlasov modelini kullanarak elastik zemine oturan kalın plakların sonlu elemanlar yöntemiyle analizi ve etkin zemin derinliğinin belirlenmesi, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye.
10. Özgan K., Kılıçer S., Daloğlu A. T., Karakaş A. İ., (2016), Yapı zemin etkileşiminin betonarme yapıların tasarımına etkisi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 18 (53), 139-152.
11. URL-1, (2017), Deprem bölgelerinde yapılacak binalar hakkında yönetmelik, Resmi Gazete Tarihi: 06.03.2007, Resmi Gazete Sayısı: 26454, http://www.mevzuat.gov.tr/Metin.Aspx?MevzuatKod=7.5.11162&sourceXmlSearch=&MevzuatIliski=0, [Erişim 10 Eylül 2017].