Geri Dön

Deprem etkisindeki çerçeve yapıların tasarımında eşdeğer deprem yükü yönteminin güvenilirliği

Reliability of the equivalent earthquake load method for design of framed structures under seismic load

  1. Tez No: 100542
  2. Yazar: MEDİNE İSPİR
  3. Danışmanlar: DOÇ.DR. GÜLTEN GÜLAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 101

Özet

DEPREM ETKİSİNDEKİ ÇERÇEVE YAPILARIN TASARIMINDA EŞDEĞER DEPREM YÜKÜ YÖNTEMİNİN GÜVENİLİRLİĞİ ÖZET Yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmada, betonarme çerçeve tipi yapılarla ilgili ABYYHY97'de verilen tasarım kurallarının irdelenmesi ve deprem hesabına ilişkin yöntemlerin incelenip karşılaştırılması amaçlanmıştır. ABYYHY97'deki ilgili kural ve yöntemler seçilen normal kolonlu çerçeve tipi betonarme bir yapı üzerinde uygulanmıştır. Yedi bölüm şeklinde düzenlenmiş olan bu çalışmanın ilk bölümü, giriş bölümüdür. Bu bölümde, çalışmanın kapsamı ve amacı verilmiştir. Yapı sistemlerinin dış etkilere göre çözümü için kullanılan yöntemlerden biri Matris Deplasman Yöntemidir. Bu yöntemin ana ilke ve kuralları özet şeklinde ikinci bölümde verilmiştir. Bu yöntem kullanılarak yapı sistemlerinde dış etkilerden meydana gelen iç kuvvetler, yerdeğiştirmeler ve şekildeğiştirmeler, uç kuvvetler ve uç deplasmanlara bağlı olarak tayin edilirler. Dış etkilerden meydana gelen uç kuvvetlerin tayininde, denge koşullan, geometrik süreklilik bağıntıları ve malzemeye ait deformasyon-iç kuvvet bağıntıları kullanılır. Yapılatın maruz kalabileceği etkilerden biri de depremdir. Deprem, dinamik karakterli bir etki olduğundan üçüncü bölümde;“Dinamik Problemler ve Özellikleri”başlığı altında dinamik problemler ve bu problemin çözüm yöntemleri ele alınmıştır. Yön ve değeri zamanla değişen dinamik yük depremin, taşıyıcı sistemlerde oluşmasına sebep olduğu gerilme ve yerdeğiştirmelerin hesabı için, bazı kabul ve tanımların yapılmasına ihtiyaç vardır. Sistemin hareketini ifade eden ve önemli atalet kuvvetlerinin temsili için gözönüne alınan bağımsız hareket bileşenlerinin sayısı şeklinde tanımlanan Dinamik Serbestlik Derecesi, bu tanımlardan biridir. Bu tanımdan hareketle yapı sistemleri, Tek Serbestlik Dereceli veya Çok Serbestlik Dereceli Sistemler olarak ele alınır. Yapı sistemine etkiyen dış yükün olup olmamasına bağlı olarak sistem, Serbest Titreşim veya Zorlanmış Titreşim yapar. Üçüncü bölümde tek serbestlik ve çok serbestlik dereceli sistemlerin serbest ve zorlanmış titreşimleri incelenip bu durumlara ait hareket denklemleri çıkarılmıştır. Bir yapı sisteminin deprem davranışını yansıtan parametreler, sistemin doğal mod ve periyotlarıdır. Çünkü dinamik etkileri hesaplamakta kullanılan yömtemlerden yararlanmak için yapının normal mod şeklinin ve periyotlarının bilinmesi gereklidir. Yapıların titreşim periyot ve modlanmn tayini için kullanılabilecek Determinant Kriteri Yöntemi, Vianello-Stodola Yöntemi, Rayleigh Yöntemi ve Ardışık Yaklaşım Yöntemleri üçüncü bölümde verilmiştir. Yapılarda sönüm oranının küçük olması, xıııyapı periyodunu çok fazla değiştirmeyebilir. Bu nedenle yapı periyotlarının hesabı için kullanılan yöntemlerde sönüm etkisi ihmal edilmiştir. Dinamik karakterli etkiler altındaki sistemlere ait hareket denklemlerinin çözümü için kullanılan Modlann Süperpozisyonu Yöntemi ve Zaman Artımı Yöntemleri dinamik, Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ise yan dinamiktir. Modlann Süperpozisyonu Yönteminin esası; çok serbestlik dereceli sistemin davranışı, n serbestlik derecesine eşit sayıda birbirinden bağımsız n tane tek serbestlik dereceli sistemin davranışı olarak çözümlemeye dayanır, n sayıda tek serbestlik dereceli sistemlerin davranışının lineer kombinezonu ile çok serbestlik dereceli sistemlerin davranışı elde edilebilir. Yapılarda depremden meydana gelen etkileri hesaplamak için kullanılan diğer bir yöntem de Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemidir. Bu yöntemde, yapının birinci modu hariç diğer modlann katkısı ihmal edilerek hesap yapılır. Dinamik etkiler yapımn birinci özel periyoduna bağlı olarak fiktif statik yükler şeklinde alınır ve böylece dinamik problem statik probleme dönüştürülmüş olur. 1975 yılından beri yürürlükte olan“Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik”(ABYYHY), günümüzdeki Deprem Mühendisliği gelişmelerinin yansıtılması ve uygulanması amacıyla değiştirimiştir. Depremle ilgili gelişmeleri yerel şartlar gözönünde tutarak yansıtmak amacıyla yeni yönetmelik ABYYHY97 yürürlüğe girmiştir. Dördüncü bölümde, bu yönetmeliğin genel ilke ve kurallan tanıtılıp betonarme çerçeve yapılarla ilgili tasarım kurallan ve deprem hesap yöntemleri verilmiştir. Tasarım kurallan ile ilgili kriter ve minimum koşullar; deprem hesabmda kullanılan katsayılar ve değerleri de bu bölümde yer almaktadır. ABYYHY97, ABYYHY75'e oranla çok köklü değişiklikler içerdiğinden anlaşılması ve uygulanmasında güçlüklerle karşılanabilir. Bu durumu dikkate alan çeşitli kuruluş ve kişiler tarafından bazı çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalann bir bölümü beşinci bölümde, özet şeklinde verilmiştir. Bu bölümde yer alan çalışmalann bir kısmı yayınlanmış makalelerden, bir kısmı ise yüksek lisans tezlerinden alınmıştır. ABYYHY97'de boyutlandırma ve deprem hesabına ilişkin verilen kriterleri uygulamak ve incelemek üzere yapılan bu tezin, sayısal uygulamalan altıncı bölümde verilmiştir. Seçilen tek açıklıklı, 16 katlı yapı; dört deprem bölgesi ve dört yerel zemin sınıfı koşullannda ayn ayn boyutlandınlmışlardır. ABYYHY97'e göre boyutlandınlan yapıların deprem hesabı, Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ve Mod Birleştirme Yöntemleri ile ayn ayn yapılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Boyutlandınlan yapıların ABYYHY97'de verilen aşağıdaki koşullan yerine getirmesi gereklidir:. Kolon enkesit alanlan A,., ile verilen koşulu sağlamalıdır. xıv. Göreli kat ötelemeleri,.0035 (2) V i /max < n | *A'^“ < 0.02R (3) ile verilen koşullardan elverişsiz olanını sağlamalıdır.. Kolonlar, kirişlerden daha güçlü olacak şekilde tasarlanmalıdır. Bunun için kolonların taşıma moment kapasitelerinin toplamı, kirişlerin moment taşıma kapasitelerinin toplamının en az %20'si kadar olmalıdur.. Kolon-kiriş birleşim bölgelerinde kesme güvenliği sağlanmalıdır. Bu kriterlere uygun olarak boyutlandınlan sistemlerin deprem hesabında Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi'nin güvenilirliği, INTAG 546 No.lu araştırma projesinde geliştirilen ”Sayısal Deney" yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Bu yöntemin gereği olarak yapının deprem hesabı, Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ve Mod Birleştirme Yöntemleri ile ayrı ayn yapılıp kritik kesitlerde sırasıyla tasarım momentleri Ms ve Md hesaplanır. Sayısal Deney yöntemine göre Eşdeğer Deprem Yükü Yönteminin güvenilirliği, yapının kritik kesitlerindeki tasarım momentleri Ms ve MD'nm oranına bağlı olarak belirlenirler. Statik Yükleme Güvenlik Katsayısı adı verilen bu oran, M SGK=^- (4) ile bulunur. Bu oranın l'den büyük olması Eşdeğer Deprem Yükü Yönteminin güvenilirliğini, l'den küçük olması ise yöntemin yeterli güvenlikte olmadığım gösterir. SGK' nın l'e yakın değer alması eşdeğer deprem yüklemesinin yapının dinamik karakterini iyi yansıttığının ve ekonomik oluşunun bir ölçütü kabul edilebilir. Tüm kritik kesitlerde hesaplanan statik güvenlik katsayılarının yapı sistemi için genelleştirilmesi amacıyla bu katsayıların ağırlıklı ortalamaları alınır. Ortalama Statik Yükleme Güvenlik Katsayısı, SGK^I^ (5) ile bulunur. Yapımn her kesitinde özellikle kritik kesitlerinde hesaplanan güvenlik katsayılarının, ortalama değerden sapma miktarını belirleyebilmek için XVSXfoGK-SGK.J SS = =- (6) 2,MD bağıntısı ile her kesit için SGK katsayılarının standart sapmaları hesaplanabilir. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlar yedinci bölümde verilmiştir. Bu sonuçlar şu başlıklar altında verilmiştir; 1. Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemine ilişkin Sonuçlar 2. Boyutlandırma Kriterlerine ilişkin Sonuçlar 3. Mod Birleştirme Yöntemine ilişkin Sonuçlar 4. Statik Yükleme Güvenlik Katsayılarına ilişkin Sonuçlar Statik Yükleme Güvenlik Katsayısı adı verilen SGK değerleri, her bir yapıya ait bütün kirişlerde l'den büyük değer almıştır. Yapıların kolon ve kiriş elemanlarının ortalama SGK değerleri, l'den büyük olup kirişler için 1.142-1.198 arasında; kolonlar içinse 1.122-1.162 arasındadır. SGK değerlerinin l'den büyük çıkmış olması, incelenen yapılarda deprem hesabımn Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ile yapılmasının Mod Birleştirme Yöntemine göre yeteri derecede güvenilir sonuçlar verebileceğini gösterir. xvı

Özet (Çeviri)

RELIABILITY OF THE EQUIVALENT EARTHQUAKE LOAD METHOD FOR DESIGN OF FRAMED STRUCTURES UNDER SEISMIC LOAD SUMMARY In this master thesis, the regulations and the requirements given in Turkish Seismic Code of 1997 (TSC'97) for the design of reinforced concrete frame structures are studied and earthquake resistance calculation methods for R/C framed structures with normal columns are examined. This study consists of seven chapters. Chapter 1 presents the scope and the main purpose of the study. One of the widely used technique of structural analysis is the Matrix Displacement Method. In this method, the internal member forces are expressed in terms of the joint displacements. The main equations and rules of the method are summarised in Chapter 2. By using this method for the structural systems, internal forces caused by external loads, displacements and strains are determined with respect to the end forces and the end displacements. In the determination of the end forces, which is caused by external effects, the equilibrium conditions and the geometrical continuity relations are used. One of the main effects that buildings are exposed to is earthquake load. Since earthquake is an effect in the character of dynamic motions, in Chapter 3 dynamics problems and the methods of solving them are presented in the title of Dynamics Problems and Properties. When considering the analysis of structures for dynamic loads, the term dynamic simply means time varying. Hence, the loading and all aspects of the response vary with time. Some assumptions and definitions are needed to calculate stress and displacement in structural systems under earthquake load. The number of displacement components required to specify the position of the mass points is called the number of dynamic degrees of freedom. For some structures a single degree of freedom (SDOF) idealization may be sufficient, whereas for others multi degrees of freedom (MDOF) may be required. Free vibration occurs when a structure oscillates under the action of forces that are inherent in the structure without any externally applied time-dependent loads or ground motions. When a structure is subjected to earthquake ground motions or external dynamic forces it is called forced vibration. In Chapter 3, SDOF and MDOF systems are explained and the equations of motion are given for free vibration and forced vibration. The natural frequencies, mode shapes and the damping coefficient represents the dynamic characteristics of structures. Since the contribution of damping small on the dynamic equilibrium equation, it can be neglected for calculation of natural frequency. The Determinant Criteria Method, Vianello-Stodola Method, Rayleigh xvnMethod, and the Consecutive Approach Method can be used for determining of the natural frequency and the period of a structure. The methods which are used to solve equations of motions of the dynamic systems are Mode-Superposition Method and Time Increment Method that are dynamic methods and the Equivalent Seismic Load Method which is semi-dynamic. The dynamic response of n independent mass concentrated points can be obtained separately for each mode shapes and then with superposing them the total response of the point is determined. This procedure is called Mode-Superposition Method. The Equivalent Seismic Load Method uses only the first mode for the calculations. Dynamic effects of structure can be presented by using equivalent static load that depends on first mode only, therefore a dynamic problem is converted to an equivalent static problem. Turkish Seismic Code of 1975 has been changed to take into account of the developments in earthquake engineering. New Seismic Code has been published in 1997 instead of the old one, which became insufficient due to the new structural design technologies. In Chapter 4, a brief introduction of the principles and the rules of TSC'97 are explained, the design criteria and the minimum requirements for reinforced concrete structures are also given. Since in some aspects, the new code is totally different than the old one, literature research about the studies on the new seismic code are presented, in Chapter 5. Numerical solutions of R/C framed structures with normal columns are presented in Chapter 6. A 16-storey, single span frame is chosen as a typical example, which is investigated in a previous TÜBİTAK Report. This multi-storey frame is designed for sixteen different conditions; four kinds of seismic zones and four different types of soil conditions described in TSC'97. All structures must meet following criteria given in TSC'97;. Column cross sectional requirement N A >_*=. (1) c 0.54 Limitation for relative storey drift ' 8^" < 0.0035 (2) h; or/and V i /max < h; < 0.02R (3) xviu. For strong column and weak beam design, the total ultimate moment carrying capacity of columns must be at least 20% of that the moment capacity of the beams.. Safety of column-beam connection regions against shear force must be satisfied. After designing the structural system according to TSC'97, the seismic analysis of this system is completed by using Equivalent Seismic Load Method. For testing the reliability of Equivalent Seismic Load Method, the numerical test method is used. When the calculated design bending moments of critical sections (Ms) by this method are compared with the calculated design bending moments of critical sections (MD) by using Mode-Superposition Method, the ratio between the two values gives so called the Static Loading Safety Factor (SGK). M SGK = -^L (4) The reliability of Equivalent Seismic Load Method is considered satisfactory if the value of SGK is greater than one for each member. The weighted mean value of Static Loading Safety Factor for each column and the beam of overall structure is called the Mean Statical Loading Safety Factor coefficient. SGKort=^-^ (5) In addition, the standard deviation of SGK is used for the examination of the results calculated by using the Equivalent Seismic Load Method., yWSGK-SGK^f SS2 = ^ DV^ - (6) 2-md The conclusions of the research study are given in Chapter 7. The results can be summarised as follows; 1. The Results related to Equivalent Seismic Load Method 2. The Results related to Design Criteria 3. The Results related to Mode-Superposition Method 4. The Results related to Static Loading Safety Factor Ms moments that were obtained by using Equivalent Seismic Load Method is greater than the increased Md moments that were calculated by Mode-Superposition xixMethod. So SGK values became greater than one at all memberss of the structures. It is also observed that, average SGKort values are varying between 1.122 to 1.162 for columns and 1.142 to 1.198 for beams. Finally it has been concluded that usage of Equivalent Seismic Load Method is safer than the usage of Mode-Superposition Method for seismic design of examined structures. xx

Benzer Tezler

  1. Tez No

    172157

    Çerçeve sistemlerinin dinamik analizi duyarlılık çözümlemesi

    Dynamic analysis of the frame systems sensitivity solution

    CEM GEYİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. İBRAHİM BAKIRTAŞ

  2. Tez No

    753493

    Mevcut betonarme binaların burkulması önlenmiş çaprazlar (BÖÇ) ile davranış kontrollü güçlendirilmesi

    Response control retrofit of existing RC buildings using buckling restrained braces (BRB)

    AHMET BAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK

  3. Tez No

    83077

    Boşluklu perdeler içeren çok katlı betonarme yapı sistemlerinin lineer olmayan davranışlarının incelenmesi ve süneklik düzeylerinin belirlenmesi

    Non-linear behaviour and ductility level of multistory reinforced concrete structures composed of frames and shear walls with openings

    M. ANDAÇ KARACAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERKAN ÖZER

  4. Tez No

    152131

    Çok katlı tüp sistem çerçeveli betonarme bir binanın tasarımı

    The design of a framed multi-storey reinforced concrete building having tube system

    MAHİR ONUR AYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN AYDOĞAN

  5. Tez No

    676385

    Süneklik düzeyi yüksek bina türü bir endüstri yapısına ait kiriş-kolon birleşim bölgesinin tasarımı ve doğrusal olmayan analizi

    Design and nonlinear analyses of the beam-to-column (eaves) connections for high ductile portal frames

    YAĞMUR KULAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER

Geri Dön