Seismic performance of reinforced concrete structural systems under mainshock–aftershock sequences: Insights from the 2023 Türkiye–Syria
Ana şok–artçı şok dizileri altında betonarme taşıyıcı sistemlerin sismik performansı: 2023 Türkiye–Suriye depremleri ışığında
- Tez No: 1018221
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYDIN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Deprem tehlikesinin yüksek olduğu bölgelerde yapılar çoğu zaman tekil bir yer hareketine değil, kısa zaman aralıklarında gelişen deprem dizilerine maruz kalmaktadır. Ön şok, ana şok ve artçı şoklardan oluşabilen bu dizilerde, ilk şiddetli sarsıntı sonrasında yapıların hasar görmüş, rijitliği azalmış ve artık (kalıcı) ötelenmeler geliştirmiş bir durumda ikinci ve üçüncü sarsıntılara girmesi kaçınılmazdır. Bu nedenle artımlı yer hareketleri altında kümülatif hasar birikimi; betonarme elemanlarda çatlak açılması, donatı akması, beton örtü dökülmesi, sargı etkinliğinin azalması ve taşıma gücü kaybı gibi mekanizmalar üzerinden göçme olasılığını önemli ölçüde artırabilmektedir. Buna karşın ulusal ve uluslararası deprem yönetmeliklerinin büyük çoğunluğu, tasarım depremi altında tek olaylı bir talep düzeyini esas almakta ve artçı şokların hasarlı sistem üzerindeki etkisini açıkça tasarım parametrelerine dâhil etmemektedir. 2023 Türkiye-Suriye deprem dizisi, artımlı sarsıntıların taşıyıcı sistem performansı üzerindeki belirleyici etkisini çarpıcı şekilde ortaya koymuştur. İki büyük depremin yaklaşık dokuz saat arayla gerçekleşmesi ve bunu takip eden yoğun artçı aktivite, ilk sarsıntıda göçmeyen çok sayıda betonarme yapının ikinci güçlü sarsıntıda veya sonraki artçılarda göçmesine zemin hazırlamıştır. Bu bağlamda çalışma; Türkiye'de yaygın betonarme konut tipolojileri için, gerçek kayıtlar altında ana şok-artçı şok dizileri boyunca kümülatif hasar ve artık deformasyon birikimini nicel olarak değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Temel hedefler; (i) 1975, 1998/2007 ve 2018 Türk Deprem Yönetmeliklerine göre tasarlanmış yapıların artımlı yükleme altındaki göreli dayanım/rijitlik rezervlerini ortaya koymak, (ii) moment aktaran çerçeveler (MF) ile perde-çerçeve sistemlerin (DS) deprem dizilerine duyarlılığını karşılaştırmak ve (iii) modern yönetmelik uyumunun artçı şok koşullarında her zaman yeterli performansı garanti edip etmediğini irdelemektir. Araştırmada altı adet prototip yapı incelenmiştir. Tüm prototipler geometrik olarak aynı tutulmuştur:20 m × 20 m kare plan, her iki doğrultuda 4 açıklık (5 m), 12 kat ve 3,2 m kat yüksekliği (toplam 42 m). Taşıyıcı sistem olarak (i) yalnız MF ve (ii) DS ele alınmıştır. Her bir sistem, üç farklı Türk Deprem Yönetmeliği dönemine göre tasarlanmıştır: 1975 yönetmeliği, 1998/2007 yönetmeliği ve TBDY 2018. Böylece sistem tipi ve yönetmelik etkileri, aynı kütle/plan düzeni altında karşılaştırılabilir hâle getirilmiştir. Tasarımda malzeme sınıfları ve detaylandırma hükümleri yönetmelik dönemiyle tutarlı seçilmiş; beton dayanımının C18-C20-C25 aralığında, donatı çeliği sınıfının ise S220'den B420C'ye ilerlediği senaryolar modellenmiştir. Kolon kesitleri, bina yüksekliği boyunca eksenel yük ve deprem etkisi dağılımını yansıtacak şekilde kat gruplarına ayrılmış; alt katlarda daha büyük kesit ve sık etriye aralıkları, üst katlarda daha küçük kesitler ve farklı donatı düzenleri kullanılmıştır. Sismik girdiler, AFAD kuvvetli yer hareketi kayıtlarından seçilen iki istasyon üzerinden tanımlanmıştır. 4625 numaralı istasyon (Pazarcık bölgesi) ana şokun baskın olduğu bir senaryoyu, 4612 numaralı istasyon (Göksun bölgesi) ise Elbistan kaydının Pazarcık kaydından daha büyük pik yer ivmesi ürettiği artçı-baskın bir senaryoyu temsi edecek şekilde kullanılmıştır. Her iki istasyonda da aynı dört olaya ait kayıtların bulunması (Pazarcık Mw 7,7, Nurdağı Mw 6,6, Elbistan Mw 7,6, Yayladağı Mw 6,4) kronolojiyi koruyan zincirleme analiz için tutarlı bir veri seti sağlamıştır. Kayıtlar, prototiplerin ilgili istasyonların saha parametreleriyle uyumlu tasarlanması nedeniyle ölçeklenmeden kullanılmış; spektrum eşlemesi yapılmamıştır. İvme kayıtları SeismoSignal yazılımında doğrusal temel çizgisi düzeltmesi ve bant geçiren Butterworth filtreleme ile işlenerek uzun periyot kaymaları ve yüksek frekanslı gürültü bileşenleri azaltılmış; böylece sayısal entegrasyon kararlılığı sağlanırken yer hareketinin fiziksel karakteristikleri korunmuştur. Analizlerde iki yatay bileşen eş zamanlı uygulanarak iki doğrultulu deprem talebi ve olası burulma etkileri temsil edilmiştir. Dikey bileşenin etkisi, TBDY 2018 yönetmeliği kapsamında, düşey deprem etkisi yalnızca 2018 tasarımlı modellerde dikkat alınmış; bu etki, ölü yüklerin düşey deprem katsayılarıyla düzenlenmesi yoluyla tasarıma yansıtılmıştır. Doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizleri SAP2000 (v23.3.1) ile yürütülmüştür. Analiz çalışması, önce P-Delta etkileri dâhil doğrusal olmayan statik yerçekimi yüklemesi ile başlangıç gerilme durumunun kurulmasını, ardından her bir deprem kaydının kronolojik sırada uygulanmasını içermektedir. Zincirleme yaklaşım kapsamında her bir artçı şok analizi, bir önceki olayın artık durumundan başlatılmış; böylece kalıcı ötelenmeler, rijitlik azalmaları ve dayanım düşüşleri bir sonraki analiz adımına doğrudan aktarılmıştır. Doğrudan entegrasyon için Newmark yöntemi (γ = 0,5, β = 0,25) kullanılmış; çıktı zaman adımı ve toplam analiz süresi, kayıt örnekleme aralığı ve kayıt süresiyle tutarlı tanımlanmıştır. Sönümleme, Rayleigh sönümü yaklaşımıyla ve kritik sönüm oranı %5 hedeflenerek iki periyot üzerinden kalibre edilmiştir (birinci baskın mod ve katılımcı kütle oranının %90'ı aştığı mod). Bu ayarlar, doğrusal olmayan analizlerde aşırı sönümlemenin enerji yutma kapasitesi ve artık deformasyonlar üzerindeki etkisini sınırlamak üzere seçilmiştir. Eleman düzeyinde doğrusal olmayan davranışın temsili için hibrit bir modelleme stratejisi benimsenmiştir. Kirişlerde yığılı plastik mafsal yaklaşımı kullanılmış ve mafsal özellikleri kesit moment-eğrilik analizleriyle uyumlu biçimde tanımlanmıştır. Kolonlarda eksenel kuvvet-eğilme etkileşimini ve sargı etkisini daha gerçekçi yakalamak amacıyla lif esaslı plastikleşme bölgeleri kullanılmıştır. Perdeler tabakalı kabuk elemanlarla modellenmiş; sınır bölgelerinde doğrusal olmayan davranışa izin verilirken gövde bölgesinin büyük ölçüde elastik kaldığı varsayımıyla hesap verimliliği korunmuştur. Döşemeler kabuk eleman olarak modellenmiş ve kat düzlemi içinde rijit diyafram kabulü ile yatay yüklerin düşey taşıyıcı elemanlara dağılımı sağlanmıştır. Çatlamış kesit rijitliklerini temsil etmek üzere etkin rijitlik azaltma katsayıları uygulanmıştır: kirişler için 0,35EI, kolonlar için 0,70EI, döşemeler için 0,25EI, perdeler için düzlem içi 0,50EI ve düzlem dışı 0,25EI. Bu katsayılar, çatlak oluşumu ve rijitlik kaybını modelde baştan yansıtmayı ve artımlı analizlerde talep dağılımını gerçekçi kılmayı hedeflemiştir. Yapıların hakim periyotları, MF sistemlerde yaklaşık 2,1-2,6 s mertebesinde, DS sistemlerde ise yaklaşık 1,06 s mertebesinde elde edilmiş; böylece perdelerin yatay rijitliğini artırarak dinamik karakteristiği belirgin biçimde değiştirdiği doğrulanmıştır. Performans değerlendirmesi; (i) global stabilite ve yer değiştirme-zaman geçmişleri, (ii) eleman bazlı hasar durumları ve plastikleşme yayılımı, (iii) kat ötelenmesi talepleri ve (iv) artık (kalıcı) yer değiştirmeler üzerinden yürütülmüştür, Referans performans seviyeleri olarak Sınırlı Hasar (SH), Kontrollü Hasar (KH) ve Göçmenin Önlenmesi (GÖ) limitleri benimsenmiş; her deprem olayı sonrasında kritik elemanlarda performans seviyeleri ve hasarın katlar boyunca dağılımı incelenmiştir. Analizlerin tamamında sınırsız yer değiştirme büyümesiyle tanımlana global stabilite kaybı gözlenmemiş; ancak bazı modellerde GÖ seviyesinin aşıldığı, buna rağmen sistemin global olarak ayakta kaldığı durumlar ortaya çıkmıştır. Bu bulgu,“göçmenin önlenmesi”ile“kabul edilebilir deprem performansı”kavramlarının artımlı yükleme altında ayrışabildiğine işaret etmektedir. Özellikle artık ötelenme, deprem sonrası işlevsellik ve onarılabilirlik açısından kritik bir performans göstergesi olarak ele alınmıştır. Ana şokun baskın olduğu 4625 istasyon senaryosunda tüm modeller toptan göçme göstermemiş; ancak yönetmeliğe ve sistem tipine bağlı belirgin performans farkları gözlenmiştir. 1975 yönetmeliğine göre tasarlanan MF modelinde performans KH ile GÖ aralığında kalmış, kritik kolon taleplerinin özellikle zemin katta ve üst katlarda yoğunlaşması, yumuşak kat eğilimleri ve katlar arası ötelenme düzensizliği riskine işaret etmiştir. 1998/2007 MF modelinde detaylandırma iyileştirmeleriyle birlikte genel performans SH-KH aralığında çekilmiş; hasarın daha çok zemin kat kolonlarında lokalize olduğu görülmüştür. TBDY 2018 MF modelinde de benzer şekilde SH-KH bandında bir global performans elde edilmiş; plastikleşmenin özellikle alt katlarda yoğunlaştığı, buna karşın kiriş-kolon talep dağılımının daha dengeli olduğu izlenmiştir. Aynı senaryoda DS modelleri genel olarak MF sistemlere göre daha iyi davranış sergilemiştir. Perdelerin yatay rijitlik ve dayanım katkısı, zemin kat deformasyon yığılmasını azaltmış ve hasarı daha yaygın fakat daha kontrollü bir dağılıma yöneltmiştir. Nitekim 4625 senaryosunda MF sistemlerde UX doğrultusunda yaklaşık 15-65mm, UY doğrultusunda yaklaşık 100mm'ye varan artık yer değiştirmeler gözlenirken, DS sistemlerde her iki doğrultuda artık yer değiştirmeler çoğunlukla 10-12 mm seviyesinin altında kalmıştır. Bu sonuç, ana şok baskın durumda perdelerin kalıcı öteleme kontrolünde belirgin bir avantaj sağladığını göstermektedir. Artçı-baskın 4612 istasyon senaryosu, yer hareketi sıralamasının performans hiyerarşisini değiştirebildiğini göstermiştir. Bu senaryoda daha şiddetli olayın (Elbistan) daha sonra gelmesi, ilk olaylarda biriken hasarın üzerine bindirilerek kümülatif talebi artırmış; bazı modellerde GÖ sınırlarının aşılmasına rağmen global stabilitenin korunabildiği durumlar oluşmuştur. 1975 MF modelinde hasar birden fazla kata yayılmış, orta kat kirişlerinde de kritik talepler gelişmiş ve GÖ limitleri aşılmıştır. 1998/2007 MF modelinde iyileşme gözlense de KH-GÖ bandında performans elde edilmiş; TBDY 2018 MF modelinde ise global stabilite korunmasına karşın hasarın zemin kat kolonları ile orta kat kiriş bölgelerinde birlikte yoğunlaşabildiği ve bazı durumlarda GÖ sınırına yaklaşabildiği belirlenmiştir. Beklenenin aksine, artçı-baskın senaryoda perde-çerçeve sistemlerin her koşulda üstün performans göstermediği saptanmıştır. 4612 istasyonunda DS modellerinde de GÖ limitlerinin aşıldığı durumlar gözlenmiş; perde-çerçeve etkileşiminin kümülatif hasar sonrasında zayıflaması, perdelerin yatay yük taşıma katkısının azalması ve hasarın bina yüksekliği boyunca daha düzenli dağılması bu sonuca eşlik etmiştir. Bununla birlikte DS sistemlerin önemli bir üstünlüğü, artık yer değiştirmeleri sınırlama kabiliyetidir. 4612 senaryosunda MF modellerde Elbistan ve Yayladağı olayları sonrası UX doğrultusunda yaklaşık 152-260 mm aralığında, UY doğrultusunda ise yaklaşık 140-190 mm aralığında kalıcı yer değiştirmeler gözlenirken, DS modellerin artık yer değiştirmeleri çoğunlukla 30 mm'nin altında kalmıştır. Bu bulgu, DS sistemlerin bazı durumlarda performans limiti ihlal etse bile deprem sonrası kullanılabilirlik açısından görece daha iyi bir“kalıcı deformasyon profili”sunabileceğine işaret etmektedir. Kalıcı yer değiştirmeler açısından iki senaryo arasındaki fark özellikle belirgindir. 4625 (ana şok baskın) senaryosunda MF sistemlerde deprem dizisi sonunda yatay doğrultularda onlarca milimetre mertebesinde artık deplasmanlar gelişirken, DS sistemlerde perdelerin yatay rijitlik ve dayanım katkısı sayesinde kalıcı deplasmanlar genellikle 10-12 mm bandının altında kalmıştır. Buna karşın 4612 (artçı-baskın) senaryosunda MF sistemlerde Elbistan ve devamındaki olaylar sonrasında kalıcı deplasmanlar dramatik biçimde büyümüş; bazı 1975 ve 1998/2007 MF modellerinde 150-260 mm mertebesinde artık ötelenmeler gözlenmiş, TBDY 2018 MF modelinde dahi 200 mm'yi aşan kalıcı ötelenme talepleri elde edilmiştir. DS sistemler aynı senaryoda kalıcı deplasmanları çoğunlukla 30 mm'nin altında tutabilmiş olsa da, bazı DS modellerinin performans limitlerini (GÖ) aştığı ve dolayısıyla“göçmeme”ile“kabul edilebilir performans”ayrımının belirginleştiği görülmüştür. Kalıcı ötelenmeler, çalışmanın en kritik bulgularından birini oluşturmuştur. Genel stabilitenin korunması, yapının deprem sonrası işlevselliğinin ve ekonomik olarak onarılabilirliğinin korunacağı anlamına gelmemektedir. Özelikle 4612 senaryosunda modern yönetmelik uyumlu bazı MF modellerde 200 mm'yi aşan kalıcı ötelenmelerin gelişmesi, mevcut tek olaylı tasarım yaklaşımının artık öteleme kontrolünü güvenilir biçimde sağlamadığını göstermektedir. Bu nedenle performansa dayalı değerlendirme çerçevesinde artık öteleme limitlerinin, yalnız dayanım ve süneklik taleplerine değil, deprem sonrası kullanım ve onarım hedeflerine göre ayrıca tanımlanması gerekmektedir. Ayrıca yer hareketi sıralamasına duyarlılık, performansın yalnız“tasarım depremi”altında değil, olası deprem dizileri altında da değerlendirilmesini gerektirir. Bu çerçevede Türkiye'de kullanılan yapı taşıyıcı sistem sınıflandırması (örneğin BYS temelli sistem seçim yaklaşımı) ve tasarım hedeflerinin, artımlı deprem taleplerini kapsayacak biçimde geliştirilmesi önem taşımaktadır. Özetle çalışma, iyi tasarlanmış betonarme binaların artımlı depremler boyunca toptan göçme göstermeden ayakta kalabildiğini; ancak kümülatif hasar ve özellikle kalıcı ötelenmeler nedeniyle kabul edilebilir performansın her zaman sağlanamadığını göstermektedir. Ana şok baskın senaryoda perde-çerçeve sistemlerin hasar yığılmasını ve kalıcı ötelenmeleri belirgin ölçüde azaltabildiği, buna karşın artçı-baskın senaryoda perde-çerçeve etkileşiminin kümülatif hasara duyarlılığı nedeniyle beklenen üstünlüğün zayıflayabildiği görülmüştür. Bu bulgular, Türkiye gibi art arda büyük deprem üretme potansiyeline sahip sismotektonik coğrafyalarda, deprem mühendisliği uygulamalarının tek olaylı tasarım varsayımlarını aşarak“dizi-duyarlı”(sequence-aware) performans hedeflerine yönelmesi gerektiğini desteklemektedir. Gelecek yönetmelik güncellemelerinde kümülatif rijitlik ve dayanım azalması, artık öteleme limitleri ve deprem sonrası işlevsellik hedeflerinin açıkça ele alınması; ayrıca değerlendirme ve güçlendirme uygulamalarında ana şok-artçı şok senaryolarının dikkate alınması önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Earthquake consequences for reinforced concrete (RC) buildings are frequently governed not by a single event, but by sequences in which a damaging mainshock is followed by strong aftershocks while structures remain in a degraded and permanently deformed state. The 2023 Türkiye-Syria earthquakes provide a clear example of this hazard, where successive events and numerous aftershocks caused additional damage in already-affected regions. Despite this reality, many conventional design and assessment procedures remain single-event oriented and do not explicitly quantify how cumulative damage, stiffness/strength degradation, and residual deformations modify structural safety and post-earthquake functionality under subsequent shaking. This thesis addresses that gap by evaluating the sequence-dependent seismic performance of RC buildings under realistic mainshock-aftershock (MS-AS) records from the 2023 earthquake sequence. To represent common regional practice, six regular 12-story RC prototype buildings were developed in two lateral-force-resisting configurations: (i) moment-resisting frame (MF) systems and (ii) dual frame-shear wall systems (DS). To investigate the influence of code evolution, each configuration was designed in accordance with three generations of the Turkish Earthquake Code: TEC-1975, TEC-1998/2007, and TEC-2018. Nonlinear time-history analyses (NTHA) were conducted using recorded strong-motion data from two AFAD stations in the Kahramanmaraş region that capture contrasting intensity orderings within the same earthquake sequence: Station 4625, representing a mainshock-dominant scenario where the Pazarcık mainshock governs demand, and Station 4612, representing an aftershock-dominant scenario in which the Elbistan event exceeds the initial mainshock at that site. The analyses were performed sequentially (mainshock followed by aftershock(s) without model rest) so that accumulated damage and residual drifts from the mainshock were retained and directly carried into the subsequent excitation. Structural response was quantified using global and element-level indicators, including peak and residual interstory drifts, stability and damage patterns, plastic hinge/strain demands, and acceptance criteria associated with Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS), and Collapse Prevention (CP). The results confirm that newer code generations generally improve seismic performance by reducing peak drifts demands, delaying the onset of severe nonlinear behavior, and enhancing overall stability margins. However, explicit consideration of MS-AS effects reveals that satisfactory mainshock performance does not reliably imply acceptable performance under subsequent shaking. Several configurations that remained stable after the mainshock experienced substantial degradation during aftershocks, with increased frequency of CP exceedance at the component level. The aftershock-dominant case associated with Station 4612 was particularly critical because the stronger event occurs after prior inelastic response, thereby reducing reserve capacity and amplifying vulnerability. Residual deformation emerged as a controlling metric for post-earthquake functionality: even in TEC-2018-compliant designs, permanent drift demands can become significant once sequence effects are included. Comparisons between systems indicate that DS configurations typically reduce damage concentration and residual drift under the mainshock-dominant case (Station 4625), but their relative advantage diminishes when strong aftershocks follow a damaging mainshock, highlighting sensitivity of wall-frame interaction to prior damage. Overall, the findings support the need for sequence-aware performance-based assessment and design approaches that explicitly address cumulative deterioration and residual drift, in addition to traditional collapse-avoidance objectives.
Benzer Tezler
- Seismic strengthening of rc frame buildings by steel panels
Betonarme çerçeve yapıların çelik paneller kullanılarak güçlendirilmesi
BAŞAK SEZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Deprem MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. WAIEL MOWRTAGE
- Van depreminde hasar gören mevcut betonarme bir binadaki hasarın, DBYBHY 2007'ye göre yapılan performans analiz sonuçları ile karşılaştırılması
Comparison of the observed damage and calculated performance assessment results according to the TSC2007 of an RC building which exposed to the van earthquake
ALPER AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Dıştan destek sistemli betonarme yüksek binalarda deprem etkilerinin enerji esaslı irdelenmesi
Energy-based evaluation of seismic effects in reinforced concrete high-rise buildings with outrigger systems
İLHAN EMRE İNAM
Doktora
Türkçe
2026
Deprem MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ANIL DİNDAR
- Sismik transit-zaman logunun rezistivite logundan türetilmesi
Başlık çevirisi yok
ZÜHEYR KAMACI
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiJeofizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
- One dimensional nonlinear seismic response analysis of horizontally layered soil deposits
Başlık çevirisi yok
M.EREN UCKAN