Journals / Türk Deprem Araştırma Dergisi / 2026 / Cilt: 3 Sayı: 1

Reducing Seismic Effects by Using Steel Metamaterials in Different Configurations

Farklı Konfigürasyonlarda Çelik Metamalzemeler Kullanarak Sismik Etkilerin Azaltılması

Selçuk Kaçın(İskenderun Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü)0000-0001-5406-5756
Umur Korkut Sevim(İskenderun Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü)0000-0002-6268-4909
Murat Öztürk(İskenderun Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü)0000-0003-3389-4883
Muharrem Karaaslan(İskenderun Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü)0000-0003-0923-1959
Mustafa Demirci(İskenderun Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü)0000-0002-3249-2586
Oğuzhan Akgöl(İskenderun Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü)0000-0002-1423-1569
Emin Ünal(İskenderun Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü)0000-0002-4088-8353
Zafer Özer(MERSİN ÜNİVERSİTESİ, MERSİN MESLEK YÜKSEKOKULU)0000-0001-7118-938X
Mustafa Başar(İskenderun Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü)0000-0002-3108-8995
Bayram Ali Mert(İskenderun Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Petrol ve Doğalgaz Mühendisliği Bölümü)0000-0002-3492-9817
Şeyda Kaya(İskenderun Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü)0000-0002-7018-9377
Maide Erdoğan Alkurt(İskenderun Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü)0000-0003-1858-510X
Fatih Özkan Alkurt(İskenderun Teknik Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü)0000-0002-9940-0658
Pages
20–32
Publication Date
2021-06-30
🏛️Bibliographic metadata and full text access for this article are provided via DergiPark.
DergiPark Record ↗
✨

AI Summary & Key Takeaways

AI Insight
⚡ TL;DR(Too Long; Didn't Read)

However, when the applied field structures were compared, it was concluded that the field in the triangular arrangement prevented surface waves more than other field applications.

📌 3 Key Takeaways

🎯
Objective & Hypothesis:Studies conducted to reduce the destructive effects of earthquakes are among the research topics that have been focused on recently.
📊
Key Findings & Data:As a result of the simulations, it has been observed that the surface vibrations are significantly restricted at 5.8 and 8.5 Hz frequency values in all applications.
💡
Conclusion & Impact:However, when the applied field structures were compared, it was concluded that the field in the triangular arrangement prevented surface waves more than other field applications.
🔬Design:Araştırma Makalesi
📍Scope:Comprehensive Sample
⚙️Variables:Metamalzeme · Deprem · Çelik malzeme

Abstract

Studies conducted to reduce the destructive effects of earthquakes are among the research topics that have been focused on recently. In this study, a series of simulation studies were carried out to reduce vibration effects by using steel metamaterials in four different field sequences: square, triangle, sine and circle. The resulting transmission losses are determined using the finite integration method (FEM). In the simulation study, parametric definitions were made while keeping the steel structures and ground constant, and the arrangement of the piles were kept geometrically different from each other. The aim of the study is to determine the most appropriate field application for steel and to examine the differences that arise as a result of the field alignments. As a result of the simulations, it has been observed that the surface vibrations are significantly restricted at 5.8 and 8.5 Hz frequency values in all applications. However, when the applied field structures were compared, it was concluded that the field in the triangular arrangement prevented surface waves more than other field applications.

Özet

Depremlerin yıkıcı etkilerini azaltmak için yapılan çalışmalar, son zamanlarda üzerinde durulan araştırma konuları arasındadır. Bu çalışmada, kare, üçgen, sinüs ve daire olmak üzere dört farklı saha dizisinde çelik metamalzemeler kullanılarak titreşim etkilerini azaltmak için bir dizi simülasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Oluşan iletim kayıpları sonlu elamanlar yöntemi (FEM) kullanılarak belirlenmiştir. Simülasyon çalışmasında, çelik yapıların çap ve malzeme özellikleri ile zemin yapısı ve boyutları sabit tutulurken parametrik tanımlamalar yapılmış, kazıkların dizilişleri geometrik olarak birbirinden farklı tutulmuştur. Çalışmanın amacı, çelik için en uygun saha uygulamasını belirlemek ve saha dizilimleri sonucunda ortaya çıkan farklılıkları incelemektir. Simülasyonlar sonucunda bütün uygulamalarda yüzey titreşimlerinin 5.8 ve 8.5 Hz frekans değerlerinde önemli ölçüde kısıtlandığı görülmüştür. Ancak uygulanan saha yapıları karşılaştırıldığında, üçgen dizilimindeki sahanın diğer saha uygulamalarına göre yüzey dalgalarını daha fazla engellediği sonucuna varılmıştır.

🔖

Cite This Article

Kaçın, S., Sevim, U. K., Öztürk, M., Karaaslan, M., Demirci, M., Akgöl, O., Ünal, E., Özer, Z., Başar, M., Mert, B. A., Kaya, Ş., Alkurt, M. E., Alkurt, F. Ö. (2021). Reducing Seismic Effects by Using Steel Metamaterials in Different Configurations. Türk Deprem Araştırma Dergisi, Cilt: 3 Sayı: 1, 20–32. https://doi.org/10.46464/tdad.911133

📄 Full Text PDF Viewer

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

References (23)

  1. Achaoui Y., Antonakakis T., Brule S., Craster R.V., Enoch S., Guenneau S., 2017. Clamped seismic metamaterials: ultra-low frequency stop bands, New Journal of Physics 19 (6), 063022
  2. Brule S., Javelaud E., Guenneau S., Enoch S., Komatitsch, D., 2012. Seismic metamaterials, ETOPIM9 book abstract, S. Guenneau, S. Enoch, Sep 2012, Marseille, France. ffhal-01343908
  3. Casablanca O., Ventura G., Garesci F., Azzerboni B., Chiaia B., Chiappini M., Finocchio G., 2018. Seismic isolation of buildings using composite foundations based on metamaterials, Journal of Applied Physics 123 (17), 174903
  4. Chen Y., Qian F., Scarpa F., Zuo L., Zhuang X., 2019. Harnessing multi-layered soil to design seismic metamaterials with ultralow frequency band gaps, Materials and Design 175, 107813
  5. Du Q., Zeng Y., Huang G., Yang, H., 2017. Elastic metamaterial-based seismic shield for both Lamb and surface waves, AIP Advances 7 (7), 075015
  6. Du Q., Zeng Y., Xu Y., Yang H., Zeng Z., 2018. H-fractal seismic metamaterial with broadband low-frequency bandgaps, Journal of Physics D: Applied Physics 51 (10), 105104
  7. Dudchenko, A.V., Dias, D., Kuznetsov, S.V. 2021. Vertical wave barriers for vibration reduction. Archive of Applied Mechanics, 91(1), 257-276 doi 10.1007/s00419-020-01768-2
  8. Geng Q., Zhu S., Chong K.P., 2018. Issues in design of one-dimensional metamaterials for seismic protection, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 107, 264-278
  9. Kacin S., Ozturk M., Sevim U.K., et al., 2021. Seismic metamaterials for low-frequency mechanical wave attenuation, Natural Hazards 107, 213-229 doi 10.1007/s11069-021-04580-5
  10. Kikuchi M., Black C.J., Aiken I.D., 2008. On the response of yielding seismically isolated structures, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 37 (5), 659-679
  11. Kim, S., 2014. U.S. Patent Application No. 14/359, 338
  12. Lott M., Roux P., Garambois S., Gueguen P., Colombi, A., 2020. Evidence of metamaterial physics at the geophysics scale: the METAFORET experiment, Geophysical Journal International 220 (2), 1330-1339
  13. Mandal P., Somala S.N., 2020. Periodic pile-soil system as a barrier for seismic surface waves, SN Applied Sciences 2, 1-8
  14. Mendhe S.E., Kosta Y.P., 2011. Metamaterial properties and applications, International Journal of Information Technology and Knowledge Management 4 (1), 85-89
  15. Miniaci M., Krushynska A., Bosia F., Pugno N.M., 2016. Large scale mechanical metamaterials as seismic shields, New Journal of Physics 18 (8), 083041
  16. Mu D., Shu H., Zhao L., An S., 2020. A Review of Research on Seismic Metamaterials, Advanced Engineering Materials 22 (4), 1901148
  17. Prati E., 2006. Microwave propagation in round guiding structures based on double negative metamaterials, International Journal of Infrared and Millimeter Waves 27 (9), 1227
  18. Shelar A., Thaker, M. 2019. Earthquake resisting structure using seismic cloaked foundation, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 06 (02), 2280-2285
  19. Shelby R.A., Smith D.R., Schultz S., 2001. Experimental verification of a negative index of refraction, Science 292 (5514), 77-79
  20. Veselago V.G., 2009. Energy, linear momentum and mass transfer by an electromagnetic wave in a negative-refraction medium, Physics-Uspekhi 52 (6), 649
  21. Wagner P.R., Dertimanis V.K., Chatzi E N., Antoniadis I.A., 2016. Design of metamaterials for seismic isolation, In Dynamics of Civil Structures 2, 275-287
  22. Wagner P.R., Dertimanis V.K., Chatzi E.N., Beck J.L., 2018. Robust-to-uncertainties optimal design of seismic metamaterials, Journal of Engineering Mechanics 144 (3), 04017181
  23. Yamamoto S., Kikuchi M., Ueda M., Aiken I.D., 2009. A mechanical model for elastomeric seismic isolation bearings including the influence of axial load, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 38 (2), 157-180