Large scale testing of masonry walls under the effect of representative ground settlements

Abstract

Several methods have been proposed so far with varying sophistications to predict ground settlement-related building damage. Limiting Tensile Strain Method (LTSM) is one of them and is frequently used in practical risk assessments. However, this method and several other methods developed based on a beam analogy might become insufficient (conservative or non-conservative) in building damage predictions due to their inherent simplicity. The accuracy of LTSM can be improved by revealing its limitations through experimental tests. However, a quite limited number of studies have been devoted so far to the investigation of soil-structure interaction caused by excavations. On the other hand, most of these studies have been performed by using small-scale building specimens. In this thesis, four large-scale structural tests have been conducted on load-bearing masonry walls. Ground displacements have been represented as support movements. Owing to realistic scale (1/2) of the walls, the effect of material properties, wall constructions, connection details and loadings could be represented in a more realistic way. The effects of floor stiffness and wall openings were examined. A comprehensive monitoring scheme could also be carried out for displacements and strains using different techniques. Based on monitored data, damage measures have been determined. Analytical predictions made through the LTSM in regard to the damage class of the walls were compared to observed damage states. Results demonstrate that the floor type has a considerable effect on the wall response and the extent of the settlement damage and damage propagation. As the number of the openings in masonry walls increases, a more distributed crack pattern is observed. Analytical predictions made through LTSM incorporated with different stiffness relations have e general agreement with actual wall damages. Nevertheless, due to use of fictitious beam approach, the accuracy of LTSM is highly affected by the structures’ floor type.

Tünel kazıları zemin oturmalarına neden olabilir ve bu oturmalar yüzey yapılarına zarar verebilir. Tünel çalışmaları öncesinde, zemin oturmasından kaynaklanan riskleri analiz etmek için hesaplamalar kullanılarak gerekli hasar tahminleri yapılmalıdır. Zemin oturmalarına bağlı bina hasarını tahmin etmek için şimdiye kadar farklı seviyede detayları barındıran çeşitli yöntemler önerilmiştir. Sınır Çekme Şekil değiştirmesi Metodu (LTSM) bunlardan biridir ve pratik risk değerlendirmelerinde sıklıkla kullanılır. Ancak, bu yöntem ve kiriş analojisine dayalı olarak geliştirilen diğer birkaç yöntem, yapısal basitlikleri nedeniyle bina hasar tahminlerinde yetersiz (aşırı muhafazakâr veya güvenli olmayan tahminler yaparak) kalabilir. LTSM'nin doğruluğu, deneysel testler yoluyla sınırlamaları kapsamlı olarak incelenerek geliştirilebilir. Ancak kazıların neden olduğu zemin-yapı etkileşiminin araştırılmasına yönelik az sayıda deneysel çalışma yapılmıştır. Öte yandan bu çalışmaların çoğu küçük ölçekli yapı örnekleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu tezde, taşıyıcı yığma duvarlar kullanılarak dört büyük ölçekli yapısal test gerçekleştirilmiştir. Zemin yer değiştirmeleri mesnet hareketleri olarak tatbik edilmiştir. Duvarların gerçekçi ölçeği (1/2) sayesinde malzeme özellikleri, duvar inşa teknikleri ve yükler daha gerçekçi bir şekilde temsil edilebilmiştir. Döşeme rijitliğinin ve duvar açıklıklarının etkileri incelenmiştir. Farklı teknikler kullanılarak yer değiştirmeler ve şekil değiştirmeler için kapsamlı bir yapı sağlığı izleme prosedürü de uygulanmıştır. Sonuçlar, döşeme tipinin duvar davranışı, oturma hasarının boyutu ve hasar dağılımı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Yığma duvarlarda boşluk arttıkça daha dağılı bir çatlak örüntüsü gözlenmiştir. Farklı rijitlik ifadeleri kullanılarak modifiye edilmiş LTSM aracılığıyla yapılan analitik tahminler, gerçek duvar hasarları ile genel olarak uyumludur. Bununla birlikte, basit kiriş yaklaşımının kullanılması nedeniyle, LTSM'nin doğruluğu, yapıların döşeme türünden büyük ölçüde etkilenmektedir.