Energy dissipator steel cushions
Enerji sönümleyici çelik yastıklar
- Tez No: 389262
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 298
Özet
L'Aquila depremi, L'Aquila kasabasını 2009 yılında vurdu. Richter ölçeğine göre depremin yıkıcı gücü 5.8, büyüklüğü 6.3 ve yatay pik ivmesi 0.35 ve 0.40 g arasındaydı. Deprem, birçok prefabrik yapının yıkımına yol açtı. Depremden sonra bir grup araştırmacı yapıların davranışını incelemek için kasabaya gitti. Araştırmacılar, birçok endüstriyel binanın yeterli yapı davranışı gösterdiğini, fakat prekast cephe panellerin davranışının yeterli olmadığını gözlemlediler. Bu gözlemler, mafsallı kirişlere sahip prefabrik iskeletli yapıların sismik tasarımının güvenilir olduğunu, fakat cephe panelleri ile diğer yapı elemanları arasındaki bağlantı elemanlarının sismik performansının yetersiz olduğunu göstermiştir. Bağlantı elemanlarının yetersiz sismik performansa sahip oldukları, panellerinin yeterli mevcut yatay yük taşıma potansıyellerının kullanılamadığı, enerji tüketme kapasitesini geliştirmek için yeni birleşim elemanı tasarımına ihtiyaç olduguna göstermıştır. İstanbul Teknik Üniversitesi, Milan Politeknik Üniversitesi, Ljubljana Üniversitesi, Atina Ulusal Teknik Üniversitesi, Joint Research Centre - Elsa Laboratory (JRC) gibi araştırma kurumları ile İtalya ve Türkiye'den Prefabrik Birliklerının işbirliğiyle, yeni birleşim metodları ve elemanları tasarlamak ve bu bağlantı elemanları ile donatılmış cephe panellerinin sismik performansını araştırmak için FP7 kapsamında SAFECLADDING isimli bir araştırma projesi başlatılmıştır. 3, 5 ve 8 mm olmak üzere üç farklı kalınlıktaki yeni oval düşük maliyetli çelik bağlantı elemanı, endüstriyel binaların bitişik panelleri, panel-kiriş ve panel-mesnet bağlantıları arasında bağlantı elemanı olarak kullanılmak üzere İTÜ Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuarında geliştirmıştır. Enerji sönümleyici çelik bağlantı elemanları deprem enerjisinin bir bölümünü sönümleyebilir, yapısal ve yapısal olmayan elemanlardaki hasar miktarını sınırlayabilir.Bu tez kapsamında deneysel ve analitik çalışmalar yürütülmüştür. Deneysel çalışmalar çelik yastık testleri ve sistem testleri olmak üzere iki farklı aşamada gerçekleştirilmiştir. Çelik yastıklar cephe panellerin üzerinde farklı konumlara yerleştirilmiştir. Yerleşim. Davranışta değişiklikler gözlendiğinden farklı yük kombinasyonlarıyla çok sayıda test yapmak gerekmiştir. İlk aşamada, üç farklı kalınlıktaki çelik yastığın tek eksenli ve iki eksenli davranışını araştırmak için bir dizi deney yapılmıştır. Tek eksenli testler, kesme ve tek eksenl kuvvet testlerinden oluşmaktadır. Tek eksenli testleri yapmak için, özel test düzenleri tasarlamış ve yaptırılmıştır. Çelik yastıkların çevrimsel davranışını ve enerji tüketme kapasitesini değerlendirmek için 3, 5 ve 8 mm'lik numuneler üzerinde toplam 15 adet tek eksenli kesme testi yapılmıştır. Kesme testleri, enerji sönümleme yastıklarının yüksek deformasyon kapasitesine, yüksek enerji sönümleme kabiliyetine ve kararlı çevrimsel eğrilere sahip olduklarını göstermiştir. Çelik yastıkların kalınlığı, genel davranışını etkilemektedir. Kalın çelik yastıklar daha fazla mukavemet, sertlik ve enerji tüketme kapasitesine sahiptir. Ayrıca, çelik yastıkların sünekliği, artan kalınlıkla birlikte artmaktadır. Çelik yastıkların eksenel davranışını ve enerji sönümleme kapasitesini değerlendirmek için 3, 5 ve 8 mm'lik numuneler üzerinde toplam 9 adet tek eksenli eksenel yükleme testi yapılmıştır. Sistem testlerinde ve gerçek yapıdaki numuneler, beton panellerin ağırlığını taşımaktadır. Dolayısıyla çelik yastıkların eksenel davranışını belirlemek önemlidir. Eksenel yükleme testleri, enerji sönümleyici yastıkların yüksek deformasyon kapasitesine ve yüksek enerji sönümleme kabiliyetine sahip olduklarını göstermiştir. Çelik yastıkların kalınlığı, çelik yastıkların genel davranışını etkilemektedir. Kalın çelik yastıklar daha fazla mukavemet, sertlik ve enerji sönümleme kapasitesine sahiptir. Ayrıca, çelik yastıkların sünekliği, artan kalınlıkla birlikte artmaktadır. Farklı sabit eksenel gerilme etkisine tabi tutulan çelik yastıkların kesme davranışını incelemek için toplam 82 adet iki eksenli test yapılmıştır. Çift eksenli testler büyük öneme sahiptir, çünkü çelik yastıklar endüstriyel binalarda panel-mesnet, panel-panel ve panel-kiriş bağlantıları olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle, çelik yastıklar farklı tipte yük kombinasyonlarıyla karşılaşmaktadır. Özellikle tabanda, çelik yastıklar mesnet işlevi sağladıklarından, yatay yük altında kesme deformasyonuna ve aynı zamanda cephe panellerinin kendi ağırlığı altında eksenel deformasyona tabi olurlar.Eksenel kuvvetler, testler boyunca sabit tutulmuştur. Eksenel kuvvetlerin değerleri, N/N0 oranına göre seçilmiştir. Burada N0, monoton eksenel yükleme testlerinden elde edilen nihai eksenel kuvvettir. Uygulanan eksenel yükler, N0'ın %25, %50 ve %75 ine karşı gelmektedir. Yapılan iki eksenli testler, yükleme yönünün farklı kalınlıktaki çelik yastıkların genel davranışı üzerinde etkili bir faktör olduğunu; sıkışma yükünün artmasıyla sönüm oranı ve enerji sönümleme kapasitesinin arttığını, çekmede ise, sönüm oranı ve enerji sönümleme kapasitesinin düştüğünü göstermiştir. Ayrıca, optimum eksenel yük seviyesinin maksimum eksenel yük kapasitesinin ±%25'i oluğu gösterilmiştir. Çünkü daha yüksek seviyelerde, çelik yastıkların genel davranışı etkilenebilmektedir. 3, 5 ve 8 mm kalınlıkta çelik yastıklar için etkileşim diyagramları oluşturulmuştur. Etkileşim diyagramlarına göre, kalın çelik yastık, ince çelik yastığa göre daha geniş çevrelenmiş alana sahiptir. İkinci aşamada, toplam 4 adet sistem testi yapılmıştır. Test düzeni, betonarme cephe panelleri ve yanal yükün betonarme cephe panellere transferi için tam mafsallı bir çelik çerçeveden oluşmaktadır. Çelik yastıklar farklı konumlarda, panel-mesnet, iki bitişik panel arası panel-panel ve panel-kiriş bağlantılarına yerleştirilmiştir. Bu deneysel çalışmada, her panel için mesnet olarak kullanılan çelik bağlantı sayısına göre, tek yastık testi ve çift yastık testi olmak üzere iki tür test yapılmıştır. Çelik yastıklarla donatılmış cephe panellerinin enerji sönümleme kapasitesi ve performansı değerlendirilmiştir. FEMA-461'de önerilen deneylerde yer değiştirme protokolü kullanılmıştır. Plastikleşmeler çelik yastıkların üzerinde yoğonlaştığından, yapısal elemanlarda hasar veya çatlak gözlenmemiştir. Tüm sistem testlerinde, beton panelin dönmesi hemen hemen aynı olurken, tabandaki panellerin yatay ötelenmesi ihmal edilebilir düzeydedir. Bu da panellerin baskın davranışının dönme olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla, enerji sönümleme kapasitesine en büyük katkı, panel-panel bağlantılarında çelik yastıkların kesme davranışı ve panel-mesnet bağlantılarında çelik yastıkların eksenel davranışından sağlanmaktadır. Tek yastık testinde, sistemin genel davranışını etkileyen düzlem dışı hareket olmakla beraber, yüksek enerji sönme kapasitesi vardır. Panel-kiriş bağlantılarındaki çelik yastık akmaya erişmemiştir, dolayısıyla sistemin enerji sönümleme kapasitesine hiçbir katkısı olmamıştır, basit mafsal bağlantısı gibi hareket etmiştir. Analiz kısmında ise, çelik yastıklar SeismoStruct v 6.0 yazılımı modellenmiştir. Çelik yastıkların kesme ve eksenel davranışının modellenmesi için Ramberg-Osgood ve asimetrik bilineer davranış eğrileri önerilmektedir. Sistem testlerine karşı gelen matematik modeller oluşturularak , deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sistem testlerinde farklı pozisyonlardaki her bir çelik yastığın kuvvet-yerdeğiştirme ilişkileri elde edilmiştir ve enerji sönümleme kapasitesine katkıları hesaplanmıştır. Sonuçlar, panel-panel ve panel-mesnet bağlantılarında çelik yastıkların, sırasıyla kesme ve eksenel davranış ile sistem enerji sönümleme kapasitesine büyük katkı sağladıklarını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The observation on the severely damaged precast concrete industrial buildings after the destructive L'Aquila Earthquake (2009) demonstrated the inadequate seismic performance of connecting elements between cladding panels and other structural elements, which leading to collapse of many panels. Moreover, the cladding walls lack the sufficient energy dissipation capacity, requiring the supplementary energy dissipative component to improve the energy dissipation capability. SAFECLADDING a research study was initiated in the scope of FP7 with collaboration of some European Union universities such as, Istanbul Technical University, Polytechnic University of Milan, University of Ljubljana, National Technical University of Athens, Joint Research Centre - Elsa Laboratory (JRC), and some construction companies from Italy and Turkey, aiming to design the innovative energy dissipative steel connector and to investigate the seismic performance of the Cladding panels equipped with steel connectors. A brand new oval shaped low-cost steel connector was developed in Structural and Earthquake Engineering Laboratory of ITU to be utilized as a connecting element between adjacent panels, panel to beam and panel to support connections of industrial buildings. The experimental and analytical studies were conducted in the scope of this thesis. The experimental studies were performed in two different phases namely; steel cushion tests and system tests. In the first phase, a series of experimental study was performed to investigate the uniaxial and bi-axial behavior of steel cushions with three distinct thicknesses. The high deformation capacity, and high-energy dissipation capability and stable hysteretic curves are the common properties observed from the uniaxial tests. In addition, the performed bi-directional tests showed that the direction of the applied axial load affects the general behavior of the steel cushions, so that with increment of applied compressive axial load the energy dissipation capacity of specimens increase while the relation is inverse in the case of tension type axial load. The interaction curves are plotted for each specific thickness of specimens as well. In the second phase, the system tests were carried out. The testing set up consisted of RC cladding panels and fully pinned swaying steel frame to transfer the lateral load to RC walls. The steel devices were positioned at different locations, in panel to support, in panel to panel between two adjacent panels and in panel to beam connections. In this study, two kinds of test carried out named single cushion test and double cushion test according to the number of steel connector placed as the support per panel. The experimental study was performed to evaluate the energy dissipation capacity and performance of cladding panels equipped with steel devices. The results indicate that the double cushion type tests have higher energy dissipation capacity in comparison with single cushion test type, resulting to appropriate performance of whole system. In the analytical part, the steel cushions are modeled with link elements in the finite element program of SeismoStruct v 6.0. Ramberg-Osgood and asymmetric bi-linear response curves are suggested for modeling of shear and axial behavior of steel cushions analytically as link elements. The mathematical models for system tests are set and experimental and analytical results are compared. In addition force-displacement relation of each steel cushions at different position in the system tests are obtained and their contribution in the energy dissipation capacity are calculated. The results showed that the steel cushions in panel-to-panel and panel to support connections, contribute in the energy dissipation capacity with their shear and axial behavior respectively.
Benzer Tezler
- Betonarme prefabrik endüstri yapılarında cephe panellerinin bağlantısı için özel bir elemanın incelenmesi
Investigation of a special dissipator element for connection of rc cladding precasted systems in industrial constructions
KAVEH MOHAMMAD HOSEINI HAMID
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İHSAN ENGİN BAL
- Betonarme binaların enerji sönümleyici yastıklarla bağlı önüretim perdelerle dışarıdan güçlendirilmesi
Strengthening of rc structures with external energy dissipating rc walls
SELÇUK ZENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İHSAN ENGİN BAL
- Cyclic behaviour of bare and infilled steel cushions
Boş ve içi dolu çelik yastıkların çevrimsel davranışı
FARAZ AZIZISALES
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL
- Prefabrik sanayi yapılarında kullanılan betonarme düşey cephe panellerinin mesnetlenmesı için bir öneri
A new proposal for the supporting of vertical reinforced concrete cladding panels used in prefabricated industrial buildings
TUĞBA AKSAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL
- Metasezgisel yöntemlerle optimizasyon problemlerinin çözümleri: Temelleri ve uygulamaları
Solutions of optimization problems with metaheuristic methods: Fundamentals and applications
SÜLEYMAN MESUT YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
MatematikYıldız Teknik ÜniversitesiMatematik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDA GÖKTEPE KÖRPEOĞLU