Determination of fragility curves for historical masonry dome structures

Abstract

Bu çalışma, 2023 Kahramanmaraş depremlerinde hasar gören tarihi tek kubbeli yığma yapıların sismik davranışını değerlendirmek amacıyla, kırılganlık ve sismik risk analizlerini optimum yer hareketi şiddet ölçütlerinin seçimi ile bütünleştiren kapsamlı bir çerçeve sunmaktadır. Adıyaman Ulu Camii ve Elbistan Ulu Camii olmak üzere iki temsilci yapı, sismik etki altındaki dinamik davranışlarını ortaya koymak amacıyla laboratuvar deneyleri, ortam titreşim ölçümleri ve kalibre edilmiş üç boyutlu sonlu eleman analizleri kullanılarak incelenmiştir. Yer hareketi şiddet ölçütleri (IM) ile mühendislik talep parametreleri (EDP) arasındaki ilişkiler, olasılıksal sismik talep modelleri oluşturmak üzere bulut analizleri aracılığıyla tanımlanmıştır. Optimum şiddet ölçütleri, korelasyon, verimlilik, pratiklik, yeterlilik ve uygunluk kriterlerine dayalı kapsamlı değerlendirmeler sonucunda belirlenmiş ve ardından kırılganlık ve sismik risk analizlerinde kullanılmıştır. Analizler ilk olarak Elbistan Ulu Camii için 838 adet ölçeklendirilmemiş kuvvetli yer hareketi kaydı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu kayıtlar daha sonra, Adıyaman Ulu Camii üzerinde yakın fay ve uzak alan etkilerinin karşılaştırmalı olarak incelenebilmesi amacıyla, darbeli yakın fay, darbesiz yakın fay ve uzak alan olmak üzere üç ayrı alt gruba ayrılmıştır. Elbistan Ulu Camii, payandalar, kasnak ve kubbe bileşenleri dikkate alınarak analiz edilirken, Adıyaman Ulu Camii ana duvarlar, kasnak ve kubbe bileşenleri üzerinden değerlendirilmiştir. Bu yaklaşım, her iki yapının farklı yapısal düzenlerinin sismik davranış üzerindeki etkilerinin ortaya konmasına olanak sağlamıştır. Elde edilen sonuçlar, Adıyaman Ulu Camii için ana duvarların en yüksek kırılganlığa sahip olduğunu, kubbenin ise en düşük hasar olasılığını gösterdiğini ortaya koymuştur. Elbistan Ulu Camii için ise kasnak en kırılgan yapı elemanı olarak belirlenmiş, bunu kubbe ve payandalar izlemiştir. Bu bulgular, yapısal konfigürasyonun genel sismik performans üzerindeki belirleyici rolünü açıkça göstermektedir. Sayısal analiz sonuçları ile deprem sonrası saha gözlemleri arasındaki güçlü uyum, önerilen metodolojinin geçerliliğini doğrulamış olup, farklı sismik ortamlarda yer alan tarihi tek kubbeli yığma yapılar için analitik sismik risk değerlendirmesinde güvenilir ve genellenebilir bir temel sunmaktadır.This study introduces a comprehensive framework that integrates fragility and seismic risk assessment with the selection of optimal intensity measures (IMs) for historical single-domed masonry buildings (SDMBs) that were damaged during the 2023 Kahramanmaraş earthquakes. Two representative case studies, the Adıyaman and Elbistan Ulu Mosques, were examined through laboratory investigations, ambient vibration testing (AVT), and calibrated three-dimensional finite element (FE) analyses to characterize their dynamic behavior under seismic excitation. Cloud analyses were conducted to develop probabilistic seismic demand models (PSDMs) defining the IM–EDP relationships. Optimal intensity measures were identified through comprehensive evaluations based on correlation, efficiency, practicality, proficiency, and sufficiency criteria, and subsequently employed in fragility and seismic risk assessment. The analyses were first conducted for the Elbistan Ulu Mosque using a comprehensive set of 838 unscaled ground motions. These records were subsequently categorized into three distinct subsets: pulse-like near-fault, non-pulse near-fault, and far-field, to investigate the Adıyaman Ulu Mosque, enabling a comparative evaluation of near- and far-fault effects. The Elbistan Ulu Mosque was analyzed considering the buttresses, drum, and dome components, whereas the Adıyaman Ulu Mosque was examined through its main walls, drum, and dome, reflecting distinct structural configurations that influence their seismic response. The results revealed that, for the Adıyaman Ulu Mosque, the main walls exhibited the highest vulnerability, while the dome showed the lowest damage probability. For the Elbistan Ulu Mosque, the drum was the most vulnerable component, followed by the dome and the buttresses, highlighting the influence of structural configuration on the overall seismic performance. A strong agreement between numerical predictions and post-earthquake observations validated the proposed methodology, which is expected to provide a reliable and generalizable basis for analytical seismic risk assessment of historical SDMBs in diverse seismic environments.