Geri Dön

Comparative performance-based evaluation of exterior damper retrofit strategies for rc buildings using disc-anchors

Betonarme binalarda disk ankrajlarla dışarıdan bağlanan sönümleyicili güçlendirme alternatiflerinin karşılaştırmalı değerlendirilmesi

  1. Tez No: 1020336
  2. Yazar: MOHIBULLAH SHAHZADA
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH SÜTCÜ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Mevcut binaların deprem performansının yetersiz olmasının önemli nedenlerinden biri, plan düzleminde rijitlik veya kütle dağılımının simetrik olmamasıdır. Bu durum, özellikle taşıyıcı sistem elemanlarının düzensiz yerleşimi veya perde duvar ve çekirdek sistemlerinin yapının planda çevre akslara yakın bölgelerde konumlandırılması sonucunda ortaya çıkmaktadır. Merdiven ve asansör çekirdeği olarak kullanılan betonarme perde duvarların planın bir köşesinde yoğunlaşması, kütle merkezi ile rijitlik merkezi arasında önemli bir uzaklık oluşmasına neden olmakta ve yapı deprem etkisi altında burulma davranışı göstermektedir. Burulma düzensizliği bulunan yapılarda, rijitliği düşük bölgelerde göreli kat ötelemeleri artmakta ve bu bölgelerde taşıyıcı sistem elemanlarında hasar riski yükselmektedir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018), mevcut yapıların deprem performansının değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi için performansa dayalı bir yaklaşım benimsemektedir. Bu kapsamda, mevcut yapıların hedeflenen performans düzeylerini sağlayabilmesi için güçlendirme uygulamaları yapılması gerekmektedir. Ayrıca, yapı mevcut hâliyle yönetmelikte tanımlanan performans seviyesini sağlasa dahi, daha yüksek bir deprem performansı hedeflenmesi durumunda yapısal iyileştirme gerektirmektedir. Yapılarda gerçekleştirilen bu tür güçlendirme ve iyileştirme uygulamaları binaların deprem güvenliğini artırmaktadır. Burulma düzensizliği bulunan yapıların güçlendirilmesinde temel amaç, yapının plan düzlemindeki rijitlik dağılımını iyileştirerek burulma etkilerini azaltmaktır. Bu nedenle, rijitliği görece düşük olan bölgelere rijitliği yüksek taşıyıcı elemanların eklenmesi etkili bir güçlendirme yaklaşımı olarak öne çıkmaktadır. Bu doğrultuda, burulma düzensizliğine karşı güçlendirme projelerinde rijitlik temelli çözümler öncelikli olarak değerlendirilmektedir. Mevcut betonarme binaların güçlendirilmesinde kullanılan yöntemler genel olarak geleneksel ve yenilikçi yöntemler olmak üzere iki ana grupta incelenmektedir. Geleneksel güçlendirme yöntemleri; betonarme mantolama, çelik mantolama, betonarme perde eklenmesi ve çelik çapraz elemanlar ile yapılan güçlendirmeleri kapsamaktadır. Bu yöntemler, taşıyıcı sistemin rijitliğini ve taşıma kapasitesini artırmayı hedeflemekte olup uzun yıllardır mühendislik pratiğinde uygulanmaktadır. Ancak bu yöntemler, çoğu zaman yapının kullanım alanlarında kısıtlamalara neden olmakta ve uygulama sürecinde yapının kullanımını önemli ölçüde engellemekte veya tamamen durdurmaktadır. Bu sorunları aşmak amacıyla son yıllarda yenilikçi güçlendirme yöntemleri ön plana çıkmıştır. Yenilikçi yöntemler, deprem etkilerini doğrudan azaltmayı ve yapının deprem performansını enerji sönümleme veya periyot uzatma yoluyla iyileştirmeyi amaçlamaktadır. Bu kapsamda enerji sönümleyici sistemler ve deprem yalıtımı teknolojisi, mevcut yapıların güçlendirilmesinde etkin çözümler sunmaktadır. Enerji sönümleyici sistemler, yapıya etki eden deprem enerjisinin sönümleyici elemanlar üzerinde tüketilmesini sağlayarak, ana taşıyıcı sistem elemanlarında oluşan hasarı azaltmayı hedeflemektedir. Bu sistemler arasında viskoz sönümleyiciler, sürtünme esaslı sönümleyiciler, visko-elastik sönümleyiciler ve metalik sönümleyiciler örnek olarak burkulması önlenmiş çaprazlar (BRB) sıralanabilir. Enerji sönümleyici elemanların bir kısmı yalnızca sönüm katkısı sağlarken, örneğin, metalik sönümleyiciler yapı sistemine hem rijitlik hem de sönüm katkısı sağlamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, burulma düzensizliği bulunan mevcut bir betonarme binanın dıştan uygulanan enerji sönümleyici sistemler ile güçlendirilmesi ele alınmıştır. Güçlendirme elemanı olarak burkulması önlenmiş çaprazlar (BRB), sürtünme esaslı sönümleyiciler ve çelik panel sönümleyiciler incelenmiştir. Bu sönümleyicilerin tamamı, mevcut betonarme yapıya dışarıdan eklenen çelik elemanlar aracılığıyla bağlanmıştır. Böylece, bina içerisinde minimum müdahale ile güçlendirmenin tamamlanması hedeflenmiştir. Güçlendirme sistemlerinin mevcut betonarme yapı ile bağlantısında disk başlıklı ankrajlar kullanılmıştır. Disk başlıklı ankrajlar, geleneksel kimyasal ankraj sistemlerinden farklı olarak, kesme kuvvetlerini genişletilmiş disk başlığı ile betona aktarmakta ve kesme etkisi altında dahi görece sünek bir davranış sergilemektedir. İstanbul Teknik Üniversitesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı'nda gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, disk ankrajların yüksek kesme kapasitesi ve kesme kuvveti altında kararlı davranış sunduğunu göstermiştir. Okumakta olduğunuz çalışmada, disk ankraj gruplarının deformasyon kapasitesi dikkate alınmış ve genelde modellemede ihmal edilen ankraj davranışı sayısal modellere dahil edilmiştir. Sayısal incelemeler, burulma düzensizliği bulunan altı katlı bir betonarme bina modeli üzerinde gerçekleştirilmiştir. İncelenen yapı modeli, moment çerçeveleri ve taşıyıcı sistemin ağırlık merkezine kıyasla eksantrik konumlandırılmış bir betonarme perde çekirdeğinden oluşan bir taşıyıcı sisteme sahiptir. Yapının deprem davranışı, doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Analizler, güncel deprem yönetmeliği olan Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) esas alınarak seçilen ve tasarım seviyesi olarak kabul edilen DD-2 deprem yer hareketi düzeyine göre ölçeklendirilen yer hareketleri ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, hedef performans seviyesi olarak konut ve ofis türü binalar için ilgili yönetmelik tarafından öngörülen Kontrollü Hasar (KH) performans düzeyi esas alınmıştır. Tez çalışması çok aşamalı bir analiz süreci içermektedir. İlk aşamada, tek açıklıklı betonarme çerçeve üzerinde çevrimsel analizler yapılarak, enerji sönümleyici elemanların ve disk ankraj bağlantılarının modellenmesi doğrulanmıştır. Bu aşamada, sönümleyicinin bağlantı esnekliğinin çevrimsel davranış üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. İkinci aşamada, üç boyutlu mevcut yapının sayısal modeli oluşturulmuş ve yapı güçlendirme öncesi durum için analiz edilmiştir. Sonraki aşamalarda, farklı güçlendirme konfigürasyonları tanımlanarak güçlendirilmiş yapı performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. BRB ile güçlendirme konfigürasyonlarında hem tüm katlarda aynı özelliklerde hem de alt katlardan yukarı doğru azalan çekirdek kesit alanına sahip dağılımlar değerlendirilmiştir. Ardından, en uygun BRB güçlendirme konfigürasyonu referans alınarak, sürtünme esaslı sönümleyici ve çelik panel sönümleyici alternatifleri ile karşılaştırmalı analizler yapılmıştır. Bu karşılaştırmalarda, göreli kat ötelemeleri, eleman bazlı hasar dağılımları ve sönümlenen enerji bileşenleri dikkate alınmıştır. Analiz sonuçları, güçlendirme amaçlı dıştan uygulanan enerji sönümleyici sistemlerin yapının deprem performansını belirgin şekilde iyileştirdiğini göstermiştir. Tüm güçlendirme senaryolarında, göreli kat ötelemeleri azalmış ve burulma düzensizliği etkileri gözle görülür ölçüde sınırlandırılmıştır. En alt kattan üst katlara çıkıldıkça kapasitesi küçültülen güçlendirme konfigürasyonlarında, sönümlenen enerjinin yapı yüksekliği boyunca daha dengeli bir dağılım sağladığı ve deprem performansı açısından maliyet etkinliğinin yüksek olduğu görülmüştür. Sürtünme esaslı sönümleyiciler, kayma eşiğinin aşılması sonrası sabite yakın kuvvet üretmesi sayesinde kat kuvveti artışlarını sınırlamış ve özellikle üst katlarda göreli kat ötelemelerini azaltmıştır. Çelik panel sönümleyiciler ise bağlantı konfiigürastonunun bir avantajı olarak kat ötelenmelerinin önemli bir kısmını kullanabilmeleri bakımından kiriş ve kolon elemanlarındaki deprem taleplerini etkin bir şekilde düşürmüştür. Bu tez çalışmasının sonuçları, burulma düzensizliği bulunan mevcut betonarme binaların güçlendirilmesinde, dıştan uygulanan ve disk ankrajlarla bağlanan enerji sönümleyici sistemlerin etkin ve uygulanabilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır. Özellikle yoğun kentsel alanlarda, bina kullanımının kesintiye uğramaması gereken durumlarda bu tür yenilikçi dıştan güçlendirme yöntemleri önemli bir avantaj sağlamaktadır. Çalışma, performansa dayalı güçlendirme yaklaşımlarının mevcut yapı stokunun deprem güvenliğinin artırılmasında önemli bir rol oynadığını göstermekte ve gelecekte yapılacak çalışmalara yol gösterici nitelikte sonuçlar sunmaktadır.

Özet (Çeviri)

Conventional retrofit strategies frequently require extensive interior intervention, leading to major disruptions in building use and functions. In this context, externally applicable retrofit systems that enhance seismic performance while minimizing disruption to the building's use, present a highly effective and practical solution. This thesis presents a performance-based comparative evaluation of exterior retrofit strategies using seismic energy dissipation devices such as buckling-restrained braces (BRBs), friction dampers (FDs), and steel panel shear dampers (SPSDs) connected to existing RC buildings through disc anchor (DA) connections. The primary objective of the study is to investigate the effectiveness of different energy dissipation devices, along with anchorage flexibility, on the overall structural seismic response, local damage distribution, and seismic performance levels defined by the Türkiye Building Seismic Code (TBDY 2018). Disc anchors are adopted as the connection system between the existing RC frame and the added seismic energy dissipation devices. Disc anchor behavior is derived from the comprehensive experimental works conducted at the Structural and Earthquake Engineering Laboratory of Istanbul Technical University. Unlike conventional anchor systems, disc anchors transfer shear forces mainly through concrete bearing enabled by the enlarged disc head, providing high shear capacity and ductile behavior. In this study, the deformability of the Disc Anchor connection is explicitly modeled using an elastic linear link to accurately capture connection flexibility and its impact on the structural response. The numerical investigations are carried out on a six-story torsionally irregular RC building that represents a residential or office structure in Türkiye. The building is modeled as a dual system consisting of moment-resisting frames and an eccentrically located shear-wall core. Nonlinear deformation-based time-history analyses are performed in accordance with TBDY 2018 using a set of eleven ground-motion records selected and scaled to the design-base hazard level. A target interstory drift ratio of 1% is adopted to limit nonstructural damage and residual deformations. The study proceeds in multiple stages. First, single-bay frame-level cyclic analyses are conducted on a single-bay RC frame to quantify the effect of anchorage flexibility on hysteretic behavior. Subsequently, 3D building-level analyses are conducted for assessing the condition of the existing structure, followed by a series of exterior retrofit configurations. Uniform and graded BRB layouts are investigated, after which a comparative evaluation is conducted between graded BRB, graded friction damper, and graded steel panel shear damper systems. The results show that exterior energy dissipation retrofit strategies significantly reduce interstory drifts, reduce damage levels, and enable the building to achieve the Controlled Damage (KH) performance level defined in TBDY 2018, which corresponds to Life Safety performance in the relevant international guidelines. Among the evaluated systems, graded configurations achieve higher efficiency by providing a more uniform distribution of hysteretic energy across the building height. Friction dampers exhibit reduced force amplification due to their flat post-sliding response, while steel panel shear dampers show the most favorable beam and column demand reduction thanks to their geometric deformation compatibility with frame drift. Overall, the findings highlight that externally applied, disc-anchor-connected energy dissipation systems offer an effective and practical retrofit solution for existing RC buildings, particularly in dense urban environments where maintaining building functionality during construction is a critical requirement.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    1004954

    Tarihi konut yapılarda geleneksel ve güncel ahşap yapım sistemlerinin kullanımının maliyet ve mimari etkiler üzerinden karşılaştırmalı değerlendirilmesi

    A comparative evaluation of traditional and contemporary timber construction systems in historic residential buildings in terms of cost and architectural impacts

    MUHAMMET EMİN ŞIKŞAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    MimarlıkGebze Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA İLKNUR KARA

  2. Tez No

    838085

    Improving the thermal conductivity of fiber-reinforced concrete panels for exterior facades with phase change materials

    Diş cepheler için elyaf takviyeli beton panellerin ısı ı̇letkenliğinin faz değiştiren malzemelerle ı̇yileştirilmesi

    YALDA SAFARALIPOUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER

  3. Tez No

    960205

    Kompozit dış duvar malzemeleriyle üretilen bir yapının yeşil yapı bilgi modellemesi açısından irdelenmesi

    Investigation of a building produced with composite exterior wall materials in terms of green building information modeling

    NİHAL BENLİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    İnşaat MühendisliğiDüzce Üniversitesi

    Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. LATİF ONUR UĞUR

  4. Tez No

    1010971

    Farklı dış duvar sistemlerinin enerji performans analizi: adıyaman-gölbaşı konut örneği

    Energy performance analysis of different external wall systems: the case of residential building in adiyaman-gölbaşi

    BERFU VARAN ÖZGENER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET SERKAN YATAĞAN

  5. Tez No

    1005238

    Güneş enerjisi destekli soğurmalı soğutma sisteminin enerji ve ekserji analizi: bir otel işletmesi uygulaması

    Energy and exergy analysis of a solar-assisted absorption cooling system: A case study for a hotel facility

    ABDULLAH TAHA BOYNUKALIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Makine MühendisliğiHaliç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ

Geri Dön