Seismic analysis of an ancient lighthouse by meso-scale modeling technique

Abstract

Modeling masonry structures has always been a difficult subject due to the lack of information about the behavior, the heterogeneity of the masonry materials and complex geometries of masonry structures. In terms of the computational costs and complexity, several methods are proposed in the literature. In this thesis, the capabilities of the meso-scale modeling technique are investigated by means of two experiments selected from the literature and the seismic response of an ancient lighthouse. Brick and mortar type structure is idealized as expanded units surrounded by zero thickness cohesive interfaces representing the mortar behavior. This means that the failure of mortar layers is considered explicitly by means of cohesive surfaces whereas the mechanical response of expanded units is described by Drucker-Prager/Cap model. This approach is used to simulate the in-plane and the outof-plane behavior of masonry walls reported in the literature. After validating the models with the experimental results, implicit-dynamic time history analyses of an ancient lighthouse are conducted by using 2 different earthquake records. The influence of mortar properties on the energy dissipation mechanisms and collapse pattern of the structure are investigated by means of a parametric study. As an attempt to identify the critical earthquake level corresponding to the initiation of sliding within the lighthouse, a set of additional analyses are conducted with scaled earthquake records.

Yığma yapıların modellenmesi, davranış hakkındaki bilgi eksikliği, duvar malzemelerinin heterojenliği ve yığma yapıların karmaşık geometrileri nedeniyle her zaman zor bir konu olmuştur. Hesaplama maliyetleri ve karmaşıklığı açısından, literatürde farklı yöntemler önerilmiştir. Bu tezde, orta ölçekli modelleme tekniği, literatürden seçilen iki deney ve eski bir deniz fenerinin sismik davranışı ile incelenmiştir. Tuğla ve harç tipi yapı, harç davranışını temsil eden sıfır kalınlıkta kohezif arayüzlerle çevrili genişletilmiş birimler olarak idealize edilmiştir. Bu, harç tabakalarının bozulmasının, kohezif yüzeyler aracılığıyla modellendiği anlamına gelirken, genişletilmiş birimlerin mekanik özellikleri DruckerPrager / Cap modeli tarafından tanımlanmaktadır. Bu yaklaşım, literatürde bulunan yığma duvarlarının düzlem içi ve düzlem dışı davranışını simüle etmek için kullanılır. Modeller deneysel sonuçlarla doğrulandıktan sonra, eski bir deniz fenerinin zaman tanımı alanındaki dinamik analizleri, 2 farklı deprem kaydı kullanılarak yapılmıştır. Harç özelliklerinin yapının enerji sönümleme mekanizmalarına ve göçme mekanizmasına etkisi parametrik bir çalışma ile incelenmiştir. Deniz feneri içerisinde, kopmaların başlamasına karşılık gelen kritik deprem düzeyinin belirlenmesi amacıyla, ölçekli deprem kayıtları ile bir dizi ek analiz yapılmıştır.