Geri Dön

Merkezi ve dışmerkez çaplı çelik yapı sistemlerinde lineer olmayan davranışın incelenmesi ve süreklilik düzeyinin belirlenmesi

Non-linear behavior and ductility of concentrically and eccentrically braced steel frame structures

  1. Tez No: 104012
  2. Yazar: BAHADIR ÖZCİHAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ERKAN ÖZER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 96

Özet

MERKEZİ VE DIŞMERKEZ ÇAPRAZLI ÇELİK YAPI SİSTEMLERİNDE LİNEER OLMAYAN DAVRANIŞIN İNCELENMESİ VE SÜNEKLİK DÜZEYİNİN BELİRLENMESİ ÖZET Deprem bölgelerindeki yapıların yeterli bir güvenlik altında ve ekonomik olarak tasarımı, yapı taşıyıcı sistemlerinin deprem etkileri altındaki lineer olmayan davranışları ve süneklik düzeyleri ile yakından ilgilidir. Bu durum, betonarme yapıların yanında, özellikle son yıllarda yoğun bir şekilde gündeme gelen çelik yapılar için de geçerlidir. Yapı malzemelerinin orantı sınırından sonraki lineer olmayan davranışım ve geometri değişimlerinin denge denklemlerine etkisini (ikinci mertebe etkisi) gözönüne alan ileri hesap yöntemlerinde meydana gelen gelişmeler, betonarme ve çelik yapı sistemlerinin dış yükler altındaki gerçek davranışlarının daha yakından izlenebilmesine ve göçme güvenliklerinin daha gerçekçi bir şekilde belirlenmesine olanak sağlamışlardır. Bu hususlar gözönünde tutularak, merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik yapı sistemlerinin deprem etkileri altındaki lineer olmayan davranışlarının incelenmesini, göçme güvenliklerinin ve süneklik düzeylerinin belirlenmesini amaçlayan bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Bu tez çalışması sözkonusu araştırmanın esaslarım, ayrıntılarını ve sonuçlarını kapsamaktadır. Tez beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm konunun tanıtılmasına, konu ile ilgili çalışmaların gözden geçirilmesine, çalışmanın amacının ve kapsamının açıklanmasına ayrılmıştır. Bu bölümde, depreme dayanıklı yapı tasarımında esas alman kullanılabilirlik, kontrollü hasar ve göçme sınır durumları üzerinde durulmuş, bu sınır durumlara karşı yeterli bir güvenlik sağlanabilmesi için yapıların sahip olması gereken, rij itlik, dayanım ve süneklik özellikleri açıklanmıştır. Ayrıca, tez çalışmasının konusunu oluşturan süneklik kavramı ayrıntılı olarak incelenmiştir. Çalışmanın amacı, merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik yapı sistemlerinin lineer olmayan davranışlarının incelenmesi, göçme güvenliklerinin ve süneklik düzeylerinin belirlenmesidir. İkinci bölümde, yapı sistemlerinin lineer olmayan teoriye göre hesabı ile limit ve göçme yüklerinin bulunması amacıyla geliştirilen ve bu çalışmada esas alınan bir yük xıartımı yöntemi ve bu yöntemin pratik uygulamaları amacıyla hazırlanan bilgisayar programı açıklanmıştır. Yük artımı yönteminin dayandığı varsayımlar, yöntemin esasları ve matematik formülasyonu ile yöntemin uygulanmasında izlenen yol bu bölümde yer almaktadır. Üçüncü bölüm yapı sistemlerinin lineer olmayan davranışlarının incelenmesine ayrılmıştır. Bu bölümde^ -çalışmanın konusunu oluşturan merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik taşıyıcı sistemlerin lineer olmayan teoriye göre hesabı ile elde edilen sonuçların değerlendirilmesine yönelik bilgiler verilmiş, sistem süneklik oranının tanımına ait kriterler tartışılmıştır. Sistemlerin elastoplastik davranışları göçme güvenliği, ikinci mertebe limit yük, göçme yükü, yatay yük parametresi - yerdeğiştirme bağıntıları ve plastik kesitlerin oluşumu başlıkları altında incelenmiştir. Dördüncü bölümde merkezi ve dışmerkez çaprazlı çok katlı çelik yapıların pratikteki olası uygulamalarım içerecek şekilde seçilen ve düzlem çerçeve sistemlerden oluşan taşıyıcı sistem modelleri belirlenmiş, bu sistemler ülkemizde yürürlükte olan yönetmeliklere göre boyutlandırılmış, boyutlandırılan sistemlerin elastoplastik davranışları incelenerek göçme güvenlikleri ve süneklik oranlan hesaplanmıştır. Bu bölümde ayrıca elde edilen sayısal sonuçlar değerlendirilmiştir. Beşinci bölüm bu çalışmada varılan sonuçların açıklanmasına ayrılmıştır. Çalışmanın başlıca özellikleri, sayısal sonuçların değerlendirilmesi ve konunun olası genişleme alanları bu bölümde sunulmuştur. Çalışmanın sayısal incelemelerinde elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. a- Ülkemizde yürürlükte olan yönetmeliklere göre boyutlandırılan merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik yapı sistemleri, TS4561 yönetmeliği ve diğer ülkelerde yürürlükte olan plastik hesap yönetmeliklerinde öngörülen güvenliğe sahiptir. b- Merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik yapı sistemleri için, ilk plastik kesitler yatay işletme yükünden sonra oluşmaktadır. Bu sonuç, işletme yükleri altında sistemlerin lineer-elastik davrandığını göstermektedir. c- İlk plastik kesitler, boyutlandırılan sistemlerin özelliklerine göre, kiriş veya kolonlarda meydana gelmektedir. Buna karşılık, çapraz sistemi büyük ölçüde eğilmeye çalışan elemanlar içeren dışmerkez çaprazlı sistemde (TSM 4) ilk plastik kesitler çapraz sistemini oluşturan elemanlarda meydana gelmiştir. d- Plastik kesitlerin yapı elemanları üzerindeki dağılımı incelendiğinde, gerek merkezi gerekse dışmerkez çaprazlı sistemlerde, genellikle kirişlerde kolonlara oranla daha fazla plastik kesit oluştuğu gözlenmektedir. Çapraz sistemi eğilme elemanları içeren TSM 4 te ise, beklenildiği gibi, plastik kesitlerin önemli bir bölümü çapraz sisteminde meydana gelmektedir. e- Düşey işletme yükleri altında, bağıl yer değiştirmenin ö/H = 0,005 - 0,010 değerleri arasında ikinci mertebe limit yüke (Pjj) ulaşılmaktadır. Bu değerler, çelik çaprazlı sistemlerde göçme durumuna karşı gelen ö/H - 0,02 sınır yer değiştirmesinin altında kalmaktadır. xııf- Boyutlandırılan yapı sistemlerinin bağıl ağırlıkları merkezi çapraz sisteminde (TSM 1) 1,00 iken TSM 4 te 0,91 değerini almakta, diğer dışmerkez çaprazlı sistemlerde ise 0,81 - 0,84 arasında değişmektedir. Yapı sistemlerinin ağırlıkları arasındaki temel fark, yapı davranış katsayısının merkezi ve dışmerkez çaprazlı sistemlerde sırasıyla R = 4 ve R = 8 değerlerini almasından, diğer bir deyişle, sistemlerin süneklik düzeyleri arasındaki farktan kaynaklanmaktadır. g- Süneklik oranı, göçmeye neden olan yer değiştirmenin lineer sınıra karşı gelen yer değiştirmeye oram olarak tanımlanabilmektedir. Bu çalışmada, lineer sınıra karşı gelen yer değiştirmenin, ikinci mertebe limit yüke ulaşılıncaya kadar oluşan plastik kesitlerin yaklaşık %10 unun oluştuğu andaki yer değiştirme olduğu varsayılmıştır. Bu yer değiştirmenin ise, yaklaşık olarak ikinci mertebe limit yükün %70 ine ulaşıldığı andaki yer değiştirme olduğu sayısal incelemelerden görülmektedir. Buna göre, süneklik oram için 0,02 bağıntısının kullanılması uygun olmaktadır. Bu-bağıntı ile elde edilen sistem süneklik oranları Merkezi çapraz sistemlerde TSM1 için fi = 5 Dışmerkez çapraz sistemlerde TSM 2, 3, 3a, 5 için ju = 6,5 -8 TSM 4 için fi = 10 değerlerini almaktadır. Elde edilen sistem süneklik oranlarının, genel olarak 1998 deprem yönetmeliğinde bu tür yapı sistemleri için öngörülen R = 4 ve R = 5 deprem yükü azaltma katsayıları ile belirli bir yaklaşıklıkla uyumlu olduğu, çapraz sistemi büyük ölçüde eğilmeye çalışan elemanlar içeren TSM 4 için ise daha yüksek bir deprem yükü azaltma katsayısının kullanılabileceği görülmektedir. h- Yük parametresi - yer değiştirme bağıntıları incelendiğinde, dışmerkez çaprazlı sistemlerde göçmeden önce meydana gelen plastik şekildeğiştirmelerin merkezi çaprazlı sisteme göre daha büyük değerler aldığı ve göçmenin sünek olduğu görülmektedir. Bu sonuç, dışmerkez çaprazlı sistemlerin merkezi çaprazlı sistemlere göre daha fazla deprem enerjisi tüketebildiğim göstermektedir. xııı

Özet (Çeviri)

NON-LINEAR BEHAVIOR AND DUCTILITY OF CONCENTRICALLY AND ECCENTRICALLY BRACED STEEL FRAME STRUCTURES SUMMARY The safe and economical design of structures in earthquake regions is closely related to the non-linear behavior and ductility of structural systems. Along with the reinforced concrete structures, this is also true for steel constructions which gradually become more popular. The developments in advanced analysis and design methods, which consider the non linear behavior of construction materials as well as the effect of geometrical changes on equilibrium equations (P-A effects), enable scientists and engineers to predict the real behavior of reinforced concrete and steel structures under external loads and to determine their collapse safety, more realistically. Based on these ideas, a research is conducted to study the non-linear behavior of concentrically and eccentrically braced steel frame structures and determine their collapse safety and ductility under earthquake loads. This thesis comprises the basis, details and the results of this research. The thesis consists of five chapters. In the first chapter, after introducing the scope and the related works, the objectives and the content of study are explained. In this chapter, immediate occupancy, damage control and collapse prevention limit states, which are essential for earthquake-resistant design, are studied. The features which structures must have to provide sufficient safety against these limit states, such as rigidity, strength and ductility, are explained in this chapter. The ductility concept is also studied in detail. The objective of the research is to study the non-linear behavior of concentrically and eccentrically braced steel frame structures and to determine their collapse safety and ductility level. In the second chapter, a load increments method which is developed to analyze the structural systems according to non-linear theory and to determine their limit and collapse loads is introduced. Also the computer software, used for the practical applications of this method are explained. This chapter also contains the assumptions of the load increments method as well as the fundamentals, mathematical formulation and the application procedure. XIVThird chapter is devoted to the study non-linear behavior of structural systems. In this chapter, the results obtained by analyzing the concentrically and eccentrically braced steel frames according to the non-linear theory are evaluated and the criteria related to the system ductility ratio are discussed. The elastic-plastic behavior of structural systems are studied in terms of the collapse safety, second-order limit load, collapse load, load-deflection diagrams and the plastic section patterns. In the fourth chapter, sample structural systems, which consist of planar frame systems and represent the possible practical applications of concentrically and eccentrically braced multi-story steel structures, are defined. These sample systems are designed in accordance with the existing code regulations. Collapse safety and ductility ratios are then calculated by studying the elastic-plastic behavior of the structural systems. In this section, the numerical results obtained from these calculations are also evaluated. The fifth chapter covers the conclusions of the study. The basic features of the study, evaluation of the numerical results and possible extensions of the subject are presented in this chapter. The results obtained from the numerical analysis of the study are summarized below. a- The concentrically and eccentrically braced steel structural systems, which are designed according to the existing code regulations of Turkey, complies with the safety criteria indicated in TS4561 plastic design code and similar codes which are effective in other countries. b- For concentrically and eccentrically braced steel structures, the first plastic sections are formed after working loads. This implies that the investigated systems display linear-elastic behavior below working loads. c- The first plastic section is formed in either beams or columns, depending on the characteristics of the structural system. On the other hand, in the eccentrically braced system (TSM 4), which has a bracing system containing flexural elements, the first plastic section is formed in the elements of the bracing system. d- When the plastic section patterns are studied, it is observed that, more plastic sections are formed in beams than in columns in both concentrically and eccentrically braced systems. In TSM4, which has a bracing system containing flexural elements, most of the plastic sections are formed in the bracing system, as expected. e- Under working gravity loads, second-order limit load {Pu) is reached between drift ratios of ö/H- 0,005 - 0,010. These values are below the limiting drift ratio of S/H = 0,02, which corresponds to the collapse limit state of braced frames. f- The relative weight of the structural system is 1,00 in concentrically braced frame (TSM 1), while it is 0,91 in TSM 4. The relative weight changes between 0,81 and 0,84 in other eccentrically braced frame systems. The difference between the weights of the structural systems is due to the fact that structure behavior coefficient xvhas values of R=4 and R=8 in concentrically and eccentrically braced frame systems, respectively. In other words, the difference in weight of structures is caused by the difference between their ductility levels. g- The ductility ratio can be defined as the ratio of deflection that causes the structure to collapse to the deflection that corresponds to the linear-elastic limit. In this study, the deflection which corresponds to the linear-elastic limit is assumed to be the deflection that occurs when 10% of the plastic sections are formed. The results of the numerical analyses indicate that this deflection generally occurs at the 70% of the second-order limit load. Therefore, the following equation can be used for determining the ductility ratio 0,02 Using this equation, the following values of ductility ratios are obtained for frames under investigation. In concentrically braced frame system /i = 5 for TSM1 In eccentrically braced frame systems H = 6,5-8 for TSM 2, 3, 3a and 5 H = 10 for TSM 4 It can be seen that, while the calculated system ductility ratios generally conform with the structural behavior factors of R = 4 and R = 8 which are indicated in 1998 Turkish Seismic Code regulations for these type of structural systems, a higher structural behavior factor can be used for TSM 4, which has a bracing system that contains flexure elements. h- When load parameter - deflection diagrams are studied, it is observed that plastic deformations that occur before collapse load have greater values for eccentrically braced frame systems than for concentrically braced frame system and therefore the collapse is ductile. This result indicates that eccentrically braced systems consume more seismic energy than concentrically braced systems. xvi

Benzer Tezler

  1. Tez No

    641660

    Dış merkezde opere edilen ve tarafımızca revize edilen yumuşak doku sarkomu hastalarının sonuçlarının ilk operasyonu tarafımızca yapılan yumuşak doku sarkomu hastalarının sonuçları ile retrospektif olarak karşılaştırılması

    Comparison of soft tissue sarcoma patients' results who had re-excisions after unplanned excisions with patients' results who had been operated with preoperative multidisciplinary planning

    ANDAÇ CELASUN ALSİNA

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Ortopedi ve TravmatolojiEge Üniversitesi

    Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DÜNDAR SABAH

  2. Tez No

    733497

    COVID-19 pandemisinin akut apandisit tedavisi ve klinik sonuçları üzerine etkilerinin COVID-19 pandemi öncesi dönemle karşılaştırılması

    Comparison of the effects of COVID-19 pandemic on acute appendicitis treatment and its clinical outcomes with the pre-COVID-19 pandemic period

    MURAT KARSLI

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Genel CerrahiGaziantep Üniversitesi

    Genel Cerrahi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ LATİF YILMAZ

  3. Tez No

    791244

    Merkezi ve dışmerkez çelik çaprazlar kullanılarak güçlendirilen betonarme bir binanın deprem performansının incelenmesi

    Investigation of earthquake performance of a reinforced concrete building using concentrically braced and eccentrically braced steel frames

    SEMİH ÇAKIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    İnşaat MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE AYDIN

  4. Tez No

    638587

    Merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik bina yapılarında deprem performansının belirlenmesi

    Determination of seismic performance of concentrically and eccentrically braced steel building structure

    YUSUF ALTAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Gelişim Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ ETEMADİ

  5. Tez No

    372987

    AISC 360-10 ve Türk Deprem Yönetmeliği (DBYBHB,2007)'ne göre çelik yapıların tasarımı

    Design of steel structures in accordance with the AISC 360-10 and TSC (Turkish Seismic Code-DBYBHB 2007)

    MUSTAFA ÜLKER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    İnşaat MühendisliğiFırat Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SEDAT SAVAŞ

Geri Dön