Determination of Dynamic Characteristics of Tower Type Structures: The Case of Kırklareli Hızırbey Mosque Minaret

Year 2020, Volume: 23 Issue: 1, 19 - 26, 01.03.2020

İsmail Kılıç , Kanat Burak Bozdoğan , Süleyman Aydın Saadet Gökçe Gök , Safiye Gündoğan

https://doi.org/10.2339/politeknik.481857

Cited By: 1

Abstract

Seismic behavior of the structures is determined by using various dynamic parameters. The parameters are obtained depending on the existing structural characteristics of the structures, material properties, boundary conditions and damage condition. Modal analysis is a method used in civil engineering to solve complex structural dynamic problems. Minaret structures, because they are long and thin masonry structures, are sensitive to seismic effects. Due to its slenderness effect, significant damage to the structures occurs in severe earthquakes. In this study, linear dynamic analysis of the minaret of Hızırbey Mosque, which was built in 1383 at Kırklareli, was performed. The mosque is a restored structure, by using structural restoration report of the mosque, the dimensions of the minaret were determined. Studies on the stone-based construction material used on the walls of the structure, were carried out and material properties were determined. Due to the historical value of the mosque, nondestructive testing methods were used and modulus of elasticity of the material was obtained. The dynamic analysis of the minaret was performed in SAP2000 software by using mode superposition method in Turkish Earthquake Codes (TEC 2007 and TEC 2018). Furthermore, the minaret was modelled with prismatic frame elements and obtained results were compared to the results of shell element modeling. Within the scope of this study, an approach based on the Rayleigh method was proposed for the analytical evaluation of the fundamental period of the minaret. At the end of the study, it is seen that the force and displacement obtained according to the TEC 2018 is greater than TEC 2007. In addition, it was observed that modeling with frame elements gave close values to modeling with shell element. The fundamental period of the minaret with the Rayleigh method proposed in the study was found very close to the result obtained by the finite element method.

Keywords

Hızırbey Mosque minaret, dynamic analysis, tower-type structure, kufeki limestone

Kule Tipi Yapıların Dinamik Davranışının Belirlenmesi: Kırklareli Hızırbey Camii Minaresi

Abstract

Yapıların deprem davranışları çeşitli dinamik parametreler kullanılarak belirlenmektedir. Bu parametreler yapının mevcut yapısal özelliklerine, malzeme özelliklerine, sınır şartlarına ve hasar durumuna bağlı olarak elde edilmektedir. Karmaşık yapısal dinamik problemleri çözmek için modal analiz inşaat mühendisliğinde kullanılan bir yöntemdir. Minare yapıları, uzun ve ince yığma yapılar olduğu için yanal yüklere karşı hassas yapılardır. Narinlik etkisi nedeniyle, şiddetli depremlerde bu yapılarda önemli hasarlar meydana gelmektedir. Sunulan çalışmada, Kırklareli ili Merkez ilçesinde yer alan ve 1383 yılında inşa edilmiş olan Hızırbey Camii minaresinin lineer dinamik analizi gerçekleştirilmiştir. Önceki dönemde restorasyon süreci geçiren Hızırbey Camii’nin, restorasyon raporundan yararlanılarak minare boyutları elde edilmiştir. Yapının duvarlarında kullanılan taş malzemeye yönelik çalışmalar kapsamında malzeme özellikleri belirlenmiştir. Söz konusu yapının tarihi değeri nedeniyle tahribatsız deney yöntemlerinden faydalanılarak malzeme elastisite modülü tayin edilmiştir. Minarenin dinamik analizi, mod birleştirme yöntemi ile 2007 ve 2018 Deprem Yönetmeliklerine (DBYBHY 2007 ve TBDY 2018) göre SAP2000 yazılımı kullanılarak yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Minare yapısı prizmatik çubuk elemanlarla ve kabuk elemanlarla modellenmiş olup modellemelerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Minarenin temel periyodunun analitik olarak bulunması için ise Rayleigh yöntemini esas alan bir yaklaşımda çalışma kapsamında önerilmiştir. Çalışmanın sonunda TBDY 2018 yönetmeliğine göre elde edilen kuvvet ve yer değiştirmelerin DBYBHY 2007 yönetmeliğine oranla daha büyük değerlere sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca çubuk eleman kabulüyle yapılan modellemenin kabuk elemanla modellemeye yakın değerler verdiği gözlenmiştir. Çalışmada önerilen Rayleigh yöntemi ile bulunan minarenin hakim periyodu, sonlu elemanlar yöntemi ile elde edilen sonuca çok yakın olarak elde edilmiştir.

Keywords

Hızırbey Camii minaresi, dinamik analiz, kule yapısı, küfeki taşı

References

• [1] El-Attar, A. G., Saleh, A. M., Zaghw, A. H., “Conservation of a slender historical Mamluk-style minaret by passive control techniques”, Structural Control and Health Monitoring, 12: 157–177, (2005). [2] Angotti, F., Aprile, L., Orlando, M., Ortolani B., Vignoli, A., “Nonlinear Analysis and Strengthening Design of an Italian Masonry Monumental Building”, Structural Analysis of Historical Constructions, 1143–1150, (2006). [3] Apostolska, R.P., Necevska-Cvetanovska, G.S., Sendova, V.I., “Methodology for Rehabilitation and Seismic Strengthening of St. Clement’s Church, St. Panteleymon -Plaoshnik – Ohrid”. World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, (2008).[4] Bani-Hani, K.A., Zibdeh, H.S., Hamdaoui, K., “Health monitoring of a historical monument in Jordan based on ambient vibration test”, Smart Structures and Systems, 4(2), 195–208, (2008).[5] Mortezaei, A., Kheyroddin, A., Ronagh, H.R., “Finite element analysis and seismic rehabilitation of a 1000-year-old heritage listed tall masonry mosque”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 21(5), 334–353, (2012).[6] Shariq, M., Haseeb, S., Arif, M., “Analysis of Existing Masonry Heritage Building Subjected to Earthquake Loading”, Procedia Engineering, 173, 1833–1840, (2017).[7] Hejazi, M., Moayedian, S.M., Daei, M., “Structural Analysis of Persian Historical Brick Masonry Minarets”, Journal of Ferdowsi Civil Engineering, 27(1), (2016).[8] Pineda, P., Robador, M.D., Gil-Mart M.A., “Seismic damage propagation prediction in ancient masonry structures: An application in the non-linear range via numerical models”, Open Construction and Building Technology Journal, 5(SPEC. ISSUE 1): 71–79, (2011).[9] Abdel-Motaal, M.A., “Effect of piles on the seismic response of mosques minarets”, Ain Shams Engineering Journal, 5(1), 29–40, (2014).[10] Mirtaheri, M., Abbasi, A., Salari, N., “A seismic behavior and rehabilitation of the historic masonry minaret by experimental and numerical methods”, Asian Journal of Civil Engineering, 18(5), 807–822, (2017).[11] Serhatoğlu, C., Livaoğlu, R., Bağbancı, B., “Dynamic Identification of Monumental and Historical Minaret of the Sehadet”, 6th International Operational Modal Analysis Conference, Gijón - Spain, (2015).[12] Livaoğlu, R., Baştürk, M. H., Doğangün, A. , Serhatoğlu, C., “Effect of geometric properties on dynamic behavior of historic masonry minaret”, KSCE Journal of Civil Engineering, 20: 2392–2402, (2016).[13] Hacıefendioğlu, K., Demir, G., Alpaslan, E., “Determination of Modal Parameters of Historical Masonry Minarets by using Operational Modal Analysis”, Proceedings of the World Congress on Civil, Structural, and Environmental Engineering (CSEE’16), Prague, Czech Republic, (2016).[14] Ural, A., Celik, T., “Dynamic Analyses and Seismic Behavior of Masonry Minarets with single Balcony”, Aksaray University Journal of Science and Engineering, 2(1), 13–27, (2018).[15] Haciefendioǧlu, K., Alpaslan, E., Demir, G., Dinç, B. , Birinci, F., “Experimental modal investigation of scaled minaret embedded in different soil types”, Gradjevinar, 70, (2018).[16] Erdil, B., Tapan, M., Akkaya, İ. , Korkut, F., “Effects of structural parameters on seismic behaviour of historical masonry minaret”, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62: 148–161, (2018).[17] Akan, A.E., Özen, Ö., “Bursa Yeşil Türbe’nin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Deprem Analizi”, Deprem Sempozyumu, Kocaeli, 758–762, (2005).[18] Fahjan, Y.M., Keypour, H., “Effects of Dome System on the Seismic Behaviour of Ottomans Historical Structures”, Structural Analysis of Historical Constructions, 1617–1624, (2006).[19] Beyen, K., “17 Ağustos 1999 Kocaeli Depreminde Hasar Alan Fatih Camiinin Dinamik Karakteristiklerinin Tanımlanması”, Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-20 Ekim, İstanbul, 49–60, (2007).[20] Dogangun, A., Acar, R., Sezen, H. , Livaoglu, R., “Investigation of dynamic response of masonry minaret structures”, Bulletin of Earthquake Engineering, 6:505–517, (2008).[21] Celep, Z., İncecik, M., Pakdamar, F., “Structural and earthquake response analysis of the Muradiye Mosque”, International Conference of Cuma Mosque Plovdiv, Plovdiv, 7 June, (2008).[22] Akan, A.E., “Tarihi Ahşap Sütunlu Camilerin Sonlu Elemanlar Analizi ile Taşıyıcı Sistem Performansının Belirlenmesi”, SDU International Technologic Science, 2(1), 41–54, (2010).[23] Turk, A.M., Cosgun, C., “Seismic Behaviour and Retrofit of Historic Masonry Minaret”, Građevinar, 64, 39–45, (2012).[24] Aras, F., Krstevska, L., Altay, G. , Tashkov, L., “Experimental and numerical modal analyses of a historical masonry palace”, Construction and Building Materials, 25: 81–91, (2011).[25] Sezen, H., Dogangun, A., “Seismic Performance of Historical and Monumental Structures”, Earthquake Engineering: 181–202, (2012).[26] Dogangun, A., Sezen, H., “Seismic vulnerability and preservation of historical masonry monumental structures”, Earthquake and Structures, 3(1): 83–95, (2012).[27] Turk, A.M., “Seismic response analysis of masonry minaret and possible strengthening by fiber reinforced cementitious matrix (FRCM) materials”, Advances in Materials Science and Engineering, (2013).[28] Sudret, B., Mai, C., Konakli, K., “Assessment of the lognormality assumption of seismic fragility curves using non-parametric representations”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 41: 19–39, (2012).[29] Çarhoglu, A.I., Zabin, P., Korkmaz, K.A., “Kars Kümbet Camisinin Deprem Davranışının İncelenmesi”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2(1): 189–196, (2014).[30] Şeker, B. Ş., Çakır, F., Doğangün, A. , Durmuş, A., “Investıgatıon of Structural Behaviour of Historical Erzurum Lala Pasha Mosque using Finite Element Method”, Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 21: 82–87, (2015).[31] Türkeli, E., Livaoğlu, R., Doğangün, A., “Dynamic response of traditional and buttressed reinforced concrete minarets”, Engineering Failure Analysis, 49: 31–48, (2015).[32] Gülü, H., Murat Karabekmez, “Gaziantep Kurtuluş camisinin deprem davranışının incelenmesi”, Dicle Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 7(3):455–470, (2016).[33] Kocaman, İ., Kazaz, İ., Okuyucu, D., “Tarihi Erzurum Yakutiye Medresesi’nin Yapısal Davranışının İncelenmesi”, Dokuz Eylül Üniversitesi-Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 20(58): 36–51, (2018).[34]Kırklareli Kültür Varlıkları Envanteri, 18.10.2018 tarihinde http://www.kirklarelienvanteri.gov.tr/anitlar.php?id=311 adresinden erişildi.[35] Edirne Vakıflar Bölge Müdürlüğü, “Kırklareli Hızırbey Cami Rölöve-Restitüsyon-Restorasyon Raporu”, (2007).[36]DBYBHY, “Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2007).[37] A.Ş., L.B.Ç.S. ve T., "200901721 Ruhsat Nolu Kalker Ocağı Proje Tanıtım Dosyası", (2013).[38] Koca, M.Y., Arslan, A.T., Tarhan, F., "Zigana Tüneli–Gürgenağaç (Trabzon) Arasında Yer Alan Kaya Birimlerinin Mühendislik Jeolojisi Açısından Değerlendirilmesi" DE Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 7(2): 57–73, (2005).[39] TS 11137, "Kireçtaşı Yapı ve Kaplama Taşı olarak Kullanılan", TSE, Ankara, (1993).[40] Teymen, A., Kılıç, A., Türkmenoğlu, Z.F., "Kalsiyum Karbonatlı Kayaçların Standart Özelliklerinin İncelenmesi", Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi, 259–270, (2011).[41] Dal, M., Gültekin, A.H., Eyüboğlu, R., "Marmara Bölgesi Geleneksel Yapılarında Kullanılan Bakırköy Küfekisi ve Pınarhisar Kalkerlerinin Jeolojik ve Fizikomekanik Özelliklerinin Karşılaştırılması" Süleyman Demirel Üniversitesi 15. Yıl Mühendislik Mimarlık Sempozyumu, (2007).[42] Arıoğlu, N., Arıoğlu, E., "Mimar Sinan’ın Seçtiği Taş: Küfeki ve Çekme Dayanmı", 14. Türkiye İnşaat Mühendisliği Teknik Kongresi, İzmir, 1021–1034, (1997).[43] Kocaman, İ., Okuyucu, D., Kazaz, İ., "Tarihi Yığma Yapıların Dinamik Davranışlarının Hesabında Gerekli Malzeme Özelliklerinin Tayini : Lala Paşa Cami Örneği", Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu, 113–122, (2017).[44] Ural, A., "Tarihi Kemer Köprülerin Sonlu Eleman Metoduyla Analizi", Deprem Sempozyumu, 408–413, (2005).[45] SAP2000, "Evaluation Version", Computers and Structures, (2018).