Geri Dön

Assessment of spectral matching approaches considering near-fault ground motions in nonlinear time history analysis

Spektrum eşleme yöntemlerinin doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizinde yakın-saha deprem kayıtları ile değerlendirilmesi

  1. Tez No: 1010928
  2. Yazar: DİLARA ORHAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. YASİN FAHJAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Deprem Mühendisliği, Civil Engineering, Earthquake Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Yakın-saha deprem kayıtları, güçlü doğrultu etkileri, belirgin hız darbeleri ve enerjinin sınırlı zaman aralıklarında yoğunlaşması gibi ayırt edici özellikler nedeniyle, deprem mühendisliği uygulamalarında özel bir öneme sahiptir. Bu tür kayıtlar, özellikle yapının hâkim periyodunun hız darbesi periyoduna yakın olduğu durumlarda, uzak-saha depremlerine kıyasla daha yüksek ve farklı karakterde yer değiştirme ve süneklik taleplerine neden olabilmektedir. Son yıllarda meydana gelen yıkıcı depremler, yakın-saha etkilerinin yapısal davranışı belirleyici olabildiğini ve modern deprem yönetmeliklerine göre tasarlanmış yapılarda dahi beklenmeyen hasarların ortaya çıkabildiğini açıkça göstermiştir. Bu nedenle, doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerinde kullanılan yakın-saha deprem kayıtlarının gerçekçi biçimde temsil edilmesi, güvenilir sismik değerlendirmeler açısından kritik bir konu olarak öne çıkmaktadır. Uygulamada, doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerinde kullanılacak deprem kayıtlarının seçimi ve hedef tasarım spektrumlarıyla uyumlu hale getirilmesi yaygın olarak başvurulan bir yaklaşımdır. Bu amaçla sıklıkla kullanılan spektrum eşleme yöntemleri, seçilen kayıtların hedef spektrumla uyumunu artırmak ve analiz sonuçlarındaki saçılımı azaltmak açısından önemli avantajlar sunmaktadır. Bununla birlikte, spektrum eşleme işlemi sırasında uygulanan frekans bağımlı değişiklikler, özellikle yakın-saha deprem kayıtlarında fiziksel olarak anlamlı bazı dalga özelliklerinin değişmesine yol açabilmektedir. Hız darbesi biçiminin bozulması, enerjinin farklı periyot aralıklarına kayması ve yönlülük etkilerinin zayıflaması gibi durumlar, yakın-saha koşullarında yapılan doğrusal olmayan analizlerin güvenilirliğini doğrudan etkileyebilmektedir. Bu bağlamda, spektral uyumun sağlanması ile fiziksel gerçekçiliğin korunması arasında hassas bir denge bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında, yakın-saha deprem kayıtları için spektrum eşleme yöntemlerinin doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerindeki etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Bu amaçla seçilen bir yakın-saha deprem kaydı kümesi üzerinde hem tek-yönlü hem de iki-yönlü spektrum eşleme yaklaşımları uygulanmıştır. Analizler, temel davranış eğilimlerinin daha açık biçimde ortaya konabilmesi amacıyla tek serbestlik dereceli sistemler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Spektrum eşleme işlemlerinin etkileri; tepki spektrumları, ivme ve hız zaman tanım alanı kayıtları, dalgacık tabanlı zaman–frekans analizleri ve doğrusal olmayan yapısal tepki büyüklükleri üzerinden birlikte değerlendirilmiştir. Bu çalışmada tek serbestlik dereceli sistemlerin tercih edilmesinin temel nedeni, spektrum eşleme işlemlerinin yapısal tepki üzerindeki etkilerinin daha yalın ve izlenebilir biçimde ortaya konulabilmesidir. Çok serbestlik dereceli sistemlerde gözlenen karmaşık modal etkileşimler, spektrum eşleme kaynaklı etkilerin yorumlanmasını zorlaştırabilmektedir. Bu nedenle, çalışmada kullanılan SDOF sistemler aracılığıyla, spektral uyumun sağlanması sürecinde ortaya çıkan değişimlerin doğrudan yapısal talep üzerindeki yansımaları daha açık biçimde incelenebilmiştir. Bu yaklaşım, elde edilen bulguların genellenebilirliğini sınırlamakla birlikte, temel davranış eğilimlerinin anlaşılması açısından önemli bir avantaj sağlamaktadır. Elde edilen bulgular, spektrum eşlemenin hedef tepki spektrumları ile uyumu belirgin biçimde iyileştirdiğini, ancak bu iyileşmenin bazı durumlarda yakın-saha deprem kayıtlarının karakteristik özelliklerinde değişimlerle birlikte gerçekleştiğini göstermektedir. Özellikle belirli periyot aralıklarında uygulanan sıkı spektral uyum koşullarının, hız darbesi özelliklerinin kısmen bozulmasına ve enerjinin zaman–frekans düzleminde yeniden dağılmasına yol açtığı gözlemlenmiştir. Bu durum, spektrum eşleme performansının yalnızca spektral ölçütlere dayalı olarak değerlendirilmesinin, hız darbesi baskın yakın-saha kayıtları için yeterli olmayabileceğini ortaya koymaktadır. Analiz sonuçları incelendiğinde, spektrum eşleme işlemleri sonrasında elde edilen yapısal tepki büyüklüklerinin yalnızca büyüklük açısından değil, zaman içindeki gelişim biçimi açısından da farklılaştığı görülmektedir. Özellikle yakın-saha deprem kayıtlarında hız darbesinin yapısal tepkiyi tetiklediği zaman aralığı, spektrum eşleme sonrasında yer değiştirme taleplerinin dağılımını belirgin biçimde etkileyebilmektedir. Bu durum, eşdeğer spektral taleplere sahip iki kaydın, zaman tanım alanında oldukça farklı yapısal davranışlar üretebileceğini göstermektedir. Dolayısıyla, doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerinde elde edilen sonuçların yorumlanmasında, yalnızca maksimum tepki değerlerinin değil, bu değerlerin hangi dalga özellikleri tarafından ve hangi zaman aralıklarında üretildiğinin de dikkate alınması gerekmektedir. Tek-yönlü ve iki-yönlü spektrum eşleme yaklaşımlarının karşılaştırılması sonucunda, bu yöntemlerin performanslarının kullanılan kaydın özelliklerine bağlı olarak değiştiği görülmüştür. İki-yönlü spektrum eşleme yaklaşımı, yatay bileşenler arasında daha dengeli bir spektral uyum sağlamakta ve birçok durumda zaman tanım alanında daha düzenli davranışlar üretmektedir. Buna karşın, hız darbesinin oldukça baskın olduğu bazı kayıtlarda, iki-yönlü spektrum eşleme dahi fiziksel olarak anlamlı yakın-saha özelliklerinin tamamen korunmasını sağlayamamıştır. Bu bulgu, spektral uyum ile fiziksel gerçekçilik arasında temel bir ikilem bulunduğunu göstermektedir. Çalışmanın sonuçları, yakın-saha koşullarında gerçekleştirilen doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerinde yalnızca hedef spektruma uyumun yeterli bir değerlendirme ölçütü olmadığını ortaya koymaktadır. Spektrum eşleme yöntemlerinin uygulanması durumunda, hız darbesi bütünlüğü, enerji yoğunlaşması ve yönlülük gibi yakın-saha özelliklerinin de ayrıca dikkate alınması gerekmektedir. Bu kapsamda, zaman tanım alanı ve zaman–frekans alanı incelemelerinin spektral ölçütlerle birlikte değerlendirilmesi, daha fiziksel olarak tutarlı analiz sonuçlarının elde edilmesine katkı sağlamaktadır. Bu bulgular, mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılan spektral uyum temelli değerlendirme yaklaşımlarının, özellikle yakın-saha koşullarında dikkatle ele alınması gerektiğini ortaya koymaktadır. Uygulamada, hedef spektrumla uyumun sağlanması çoğu zaman yeterli bir ön koşul olarak kabul edilmekte; zaman tanım alanı özellikleri ise ikincil düzeyde değerlendirilmektedir. Ancak bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar, yakın-saha deprem kayıtlarının ayırt edici dalga özelliklerinin göz ardı edilmesi durumunda, doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerinden elde edilen yapısal taleplerin fiziksel anlamını yitirebileceğini göstermektedir. Bu nedenle, spektrum eşleme uygulamalarının mühendislik pratiğinde kullanımı sırasında, spektral ölçütlerin yanı sıra zaman tanım alanı ve zaman–frekans alanı göstergelerinin birlikte değerlendirilmesi önem kazanmaktadır. Elde edilen bulgular, mevcut deprem yönetmeliklerinin yakın-saha deprem kayıtları ve spektrum eşleme uygulamalarına yaklaşımlarının, doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizleri bağlamında dikkatle ele alınması gerektiğini göstermektedir. Özellikle ASCE standartlarında, yakın-saha yer hareketlerinin ayırt edici özelliklerinin korunmasına yönelik daha temkinli bir yaklaşım benimsenmiş ve spektrum eşleme uygulamalarına sınırlamalar getirilmiştir. Bu yaklaşımın temel gerekçesi, hız darbesi ve yönlülük gibi yakın-saha karakteristiklerinin spektral uyum sağlanırken bozulma riski taşımasıdır. Bu çalışma kapsamında elde edilen analiz sonuçları, söz konusu temkinli yaklaşımın mühendislik açısından anlamlı bir dayanağı olduğunu ortaya koymaktadır. Buna karşılık TBDY-2018'de, yakın-saha deprem kayıtları mesafe temelli olarak tanımlanmakla birlikte, bu kayıtların doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerinde nasıl seçilmesi, yönlendirilmesi veya spektrum eşleme işlemlerine tabi tutulması gerektiğine ilişkin açık ve yönlendirici bir çerçeve sunulmamaktadır. Bu durum, uygulamada hedef spektrumla uyumlu ancak fiziksel olarak tutarlılığı tartışmalı deprem kayıtlarının kullanılabilmesine olanak tanıyabilmektedir. Bu çalışmanın bulguları, spektrum eşleme yöntemlerinin yakın-saha koşullarında tamamen dışlanmasının gerekli olmadığını; ancak yöntemin uygulanma biçimi ve elde edilen kayıtların değerlendirilme kriterleri konusunda daha açık rehberliğe ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir. Bu bağlamda, çalışmanın sonuçları, özellikle TBDY-2018 kapsamında gerçekleştirilen doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizlerinde, spektrum eşleme uygulamalarının daha bilinçli ve kontrollü biçimde ele alınmasına yönelik bir ihtiyaç bulunduğunu göstermektedir. Spektral uyum gerekliliklerinin, yakın-saha deprem kayıtlarının fiziksel özelliklerini koruyacak tamamlayıcı değerlendirme ölçütleriyle birlikte ele alınması hem analiz sonuçlarının güvenilirliğini artıracak hem de mühendislik uygulamalarında daha tutarlı kararlar alınmasına katkı sağlayacaktır. Bu çalışma, mevcut yönetmelik hükümlerinin geliştirilmesine yönelik doğrudan bir öneri sunmaktan ziyade, yakın-saha koşullarında spektrum eşleme uygulamalarının sınırlarını ve dikkat edilmesi gereken hususları analitik bulgular ışığında ortaya koyarak, gelecekte yapılabilecek düzenlemeler için bilimsel bir zemin oluşturmayı amaçlamaktadır.

Özet (Çeviri)

This thesis investigates the applicability of spectrum matching approaches for near-fault ground motions in nonlinear time-history analysis. Near-fault earthquake records exhibit distinctive characteristics such as strong directivity effects, pronounced velocity pulses, and highly directional energy content. These features may govern structural response and lead to seismic demands that differ significantly from those associated with far-field ground motions. As nonlinear time-history analysis is increasingly adopted in performance-based seismic design, the selection and modification of ground motion records capable of realistically representing near-fault effects has become a critical issue in engineering practice. Spectrum matching is widely used to improve the compatibility of selected ground motion records with code-based or site-specific target spectra and to reduce record-to-record variability in nonlinear analyses. Despite its practical advantages, the application of spectrum matching to near-fault ground motions remains controversial, as the frequency-dependent modifications required to enforce spectral compatibility may alter physically meaningful wave characteristics. In particular, changes in velocity pulse shape, energy concentration, and directional properties may affect the reliability of nonlinear time-history analysis results when near-fault effects dominate structural response. Within this context, this study focuses on evaluating whether commonly used spectrum matching approaches can achieve spectral compatibility while maintaining the essential characteristics of near-fault ground motions. To address this objective, a selected set of near-fault ground motion records is analyzed using both uni-directional and bi-directional spectrum matching approaches. The analyses are conducted within a nonlinear time-history analysis framework using single-degree-of-freedom systems, which allow fundamental response characteristics to be examined in a controlled and interpretable manner. The effects of spectrum matching are evaluated through response spectrum comparisons, time-history analyses of acceleration and velocity records, wavelet-based time–frequency assessment, and the examination of nonlinear response quantities such as deformation and ductility demand. This multi-level evaluation enables the influence of spectrum matching to be assessed not only in terms of spectral agreement, but also with respect to time-domain behavior and resulting structural response. The results demonstrate that spectrum matching is effective in improving agreement with target response spectra; however, this improvement may be accompanied by notable modifications in near-fault ground motion characteristics. The analyses show that strict enforcement of spectral compatibility can lead to partial distortion of velocity pulse features and redistribution of energy content, particularly within specific period ranges that are critical for near-fault response. These effects highlight the limitations of evaluating spectrum matching performance solely based on spectral criteria, especially for pulse-dominated ground motions. A comparative assessment of uni-directional and bi-directional spectrum matching approaches indicates that their performance differs depending on the characteristics of the original records. Bi-directional spectrum matching generally provides improved spectral agreement across both horizontal components and leads to more balanced modifications in the time domain. In many cases, this coordinated treatment results in smoother time-history behavior and reduced artificial oscillations when compared to the uni-directional approach. However, the results also indicate that bi-directional spectrum matching does not fully eliminate distortions in records dominated by strong velocity pulses. For such cases, both matching approaches may compromise certain near-fault features when strict spectral compatibility is enforced, suggesting an inherent trade-off between spectral agreement and physical realism. The findings further demonstrate that reliance on spectral compatibility alone may be insufficient for reliable nonlinear time-history analysis under near-fault conditions. While spectrum matching can improve consistency with target spectra, additional evaluation of time-domain characteristics and near-fault-specific features is necessary to ensure physically meaningful representation of seismic demand. In this regard, the study emphasizes the importance of considering velocity pulse integrity, energy localization, and directional effects alongside conventional spectral measures. Finally, the analytical results are interpreted in relation to existing seismic design code practices, particularly those adopted in ASCE standards and TBDY-2018. The findings suggest that while spectrum matching should not be categorically excluded for near-fault applications, its use requires careful interpretation and, where appropriate, additional guidance to balance spectral compatibility with the preservation of near-fault ground motion characteristics. Overall, this study contributes to a clearer understanding of the conditions under which spectrum matching approaches may be applied more reliably in nonlinear time-history analysis involving near-fault ground motions.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    890344

    Sıvılaşan zemin içerisindeki fore kazıkların sonlu elemanlar yöntemiyle davranışlarının incelenmesi

    Investigation of the behavior of bored pile in liquefied soil using the finite element method

    PINAR CANSU YALIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NAİL ÜNSAL

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERHAN TEKİN

  2. Tez No

    999738

    Dinamik yapı-kazık-zemin etkileşiminin çözümlenmesi ve makine öğrenmesiyle tahmini

    Analysis of dynamic soil-pile-structure interaction and prediction with machine learning

    MUHAMMET DİNGİL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    İnşaat Mühendisliğiİskenderun Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT ÖRNEK

  3. Tez No

    998899

    Seismic response assessment of a reinforced concrete structure using different types of seismic isolators

    Farklı sismik izolatör tipleri kullanılarak betonarme bir yapının sismik tepkisinin değerlendirilmesi

    DEMET OKUROĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ARCAN YANIK

  4. Tez No

    478470

    Investigation and assessment of mirror neuron activity for rehabilitation purposes

    Ayna nöron aktivitelerinin rehabilitasyon amaçlı gözlenmesi ve yorumlanması

    GÖZDE BAYER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    BiyomühendislikHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TÜLİN KUTSAL

    YRD. DOÇ. DR. KUTLUK BİLGE ARIKAN

  5. Tez No

    422114

    Seyrek gösterilimler ile pankromatik ve çoklu spektral uydu görüntülerinin füzyonu

    Fusion of multispectral and pancromatic images with sparse representations

    FATİH ZAHİD GENÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. IŞIN ERER

Geri Dön