Developing replaceable members for steel lateral load resisting systems
Çelik yatay yük direnç sistemleri için değiştirilebilir elemanların geliştirilmesi
- Tez No: 475008
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM TOPKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 124
Özet
Çelik yapılar yeterli rijitlik ve süneklik sağlayabilmek için yatay yük direnç sistemlerinden faydalanırlar. Şiddetli bir deprem sonrasında hasar gören yapılar ya yıkılmalıdırlar ya da başlangıç özelliklerini geri kazanabilmek için güçlendirilmelidirler. Çelik yapılarda hasar, önceden tanımlanan enerji sönümleyici elemanlarda yoğunlaşır ve diğer tüm elemanlar sismik bir hareket durumunda elastik davranacak şekilde tasarlanır. Burkulması önlenmiş çelik çaprazlı perdelerde (BÖÇÇP'lerde) ve dışmerkez çelik çaprazlı perdelerde (DMÇÇP'lerde) bu enerji sönümleyici elemanlar çok iyi tanımlanmıştır ve rahatlıkla onarılabilir. Literatürde, BÖÇÇP'lerde ve DMÇÇP'lerde kullanılan enerji sönümleyici elemanların geliştirilmesi için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu tez çelik kılıflı BÖÇÇP'ler için üç aşamalı deneysel çalışmanın bulgularını ve değiştirilebilir bağ kirişli DMÇÇP'li sistemler için iki aşamalı deneysel çalışmanın bulgularını sunmaktadır. Birinci deneysel araştırma programında, çelik kılıflı BÖÇÇP'lerin yarı çerçeve deneyleri yapılarak potansiyel kullanımları incelenmiştir. Çelik kılıflar daha hafif çözümler ortaya kolduğu için, BÖÇÇP'lerin değişimi açısından beton ve harç dolgulu kılıflara gore daha avantajlıdır. Bu amaca istinaden, on bir deneyden meydana gelen üç aşamalı bir deneysel araştırma programı yarı çerçeve deneyleri altında uygulanmıştır. Bu programın birinci aşamasında, sabit genişlikli çekirdek plakanın kullanıldığı çelik kılıflı BÖÇÇP'lerinin performanslarının araştırılması amaçlanmıştır. Test sonuçları bu çaprazlarda kabul edilemeyen çekme ve basınç dayanımlarının oluştuğunu ve eksenel test ile yarı çerçeve teslerine maruz kalan BÖÇÇP elemanların davranışları arasında ciddi farkların olduğunu göstermiştir. Araştırma programının ikinci aşamasında, birinci aşamada gözlemlenen çevrimsel performansı iyileştirmek için kaynaklı olarak üst üste bindirilmiş çekirdek plakaların kullanıldığı yeni nesil bir BÖÇÇP geliştirilmiştir. Deneysel sonuçlar çapraz elemanların %2 ile %2.5 arasında değişen eksenel birim şekil değiştirmelerinde stabil dayanım gösterdiği ve çekme ile basınç dayanımlarında birinci aşamada elde edilen sonuçlarla kıyaslandığında ciddi iyieşmelerin olduğunu ortaya koymuştur. Kaynaklı üst üste bindirilmiş çekirdek plakalı BÖÇÇP'lerin düzgün detaylandırıldığı zaman akma birim şekil değiştirmenin 419 katına kadar kümülatif eksenel birim şekil değiştirmeye dayanabildiği gösterilmiştir. Araştırma programının üçüncü aşamasında, bu kaynaklı üst üste bindirilmiş çekirdek plakalı BÖÇÇP elemanların bağlantı detaylarına odaklanılmıştır. Mafsallı ve guse plakalı olmak üzere iki tipik bağlantı detayı ana değişken olarak çelik yaka sistemini göz önüne alarak test edilmiştir. Test sonuçları kabul edilen peformans için guse plakalı bağlantı detaylarında çelik yaka sistemine gerek olmadığını fakat mafsallı detaylarda bu elemanlara ihtiyaç olduğunu ortaya koymuştur. İkinci deneysel araştırma programı dışmerkez çelik çapraz perdeli sistemler için değiştirilebilir bağ kirişlerinin geliştirilmesine yoğunlaşmıştır. Bağ kirişi dışındaki kat kirişi ve çapraz elemanların bölünmesi esasına dayanan bir değiştirilebilir bağ kiriş detayı önerilmiştir. Bu detay bağ kirişi elemanlarının değişimi esnasında ihtiyaç duyulan hidrolik piston ve alevli kesim gereksimini ortadan kaldırmıştır. Araştırma programının birinci aşamasında direkt çapraz bağlantılı değiştirilebilir bağ kirişine yoğunlaşılırken, ikinci aşamada guse plakalı çapraz bağlantılı değiştirilebilir bağ kirişlerine konsantre olunmuştur. Önerilen değiştirilebilir bağ kirişi elemanın performansı yarı-statik yükleme altında, sekiz adet direkt bağlanan çaprazlı tam ölçekli DMÇÇP'li sistemlerin deneyleri yapılarak ve on bir adet guse plaka ile bağlanan çaprazlı tam ölçekli DMÇÇP'li sistemlerin deneyleri yapılarak ayrı ayrı incelenmiştir. Bağ kirişi uzunluk oranı, bağ kirişi berkitmeleri, yükleme protokolleri, bağlantı tipleri, cıvata önçekmesi, uç uca birleştirilen detaydaki boşluk ve elemanların talep kapasite oranları temel değişkenler olarak göz önüne alınmıştır. Temel olarak numuneler bağ kirişi gövde yırtılması ve bağ kirişi çapraz bağlantısındaki başlığın yırtılması şeklinde iki farklı göçme modu sergilemiştir. Çapraz ve kat kirişi eklerinde yer alan uç uca birleştirilmiş bağlantı detaylarında herhangi bir göçme gözlenmemesi önerilen değiştirilebilir bağ kirişi detayının mükemmel davranış sergilediğini ortaya koymuştur. Değiştirilebilir bağ kirişinin sağladığı plastik dönme kapasitesi Amerikan Yapısal Çelik Binalar için Sismik Şartnamesi (AISC341-10 (2010))'da tanımlanan koşulları yerine getirmiştir. Bağ kirişlerinin dayanım fazlalığı katsayısı DMÇÇP'li sistemler için tasarım şartnamelerinde kabul edilen 2.0 değerini aşmıştır. Dayanım fazlalığı katsayısının yüksek değeri direkt bağlantıya sahip çapraz elemanlı numunelerden bir tanesinde ve guse plakalı bağlantıya sahip çapraz elemanlı numunelerden bir tanesinde burkulmaya neden olmuştur ve bu durum DMÇÇP'li sistemlerde dayanım fazlalığı katsayısının önemini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Steel structures utilize lateral load resisting systems to provide sufficient strength, stiffness and ductility. Damaged structures need to be either demolished or retrofitted to recover their initial properties after a major earthquake. In steel structures, damage is concentrated to predefined fuse members and most other members are designed to behave elastic under seismic events. In buckling restrained braced frames (BRBFs) and eccentrically braced frames (EBFs), the fuse members are well defined and can be conveniently repaired. In the literature, experimented studies were conducted to develop fuse members for BRBFs and EBFs. This thesis reports findings of a three-phase experimental research program on steel encased buckling-restrained braces (BRBs) and a two-phase experimental research program on eccentrically braced frames with replaceable links. The first experimental research program investigated the potential use of steel encased BRBs using subassemblage testing. Because steel encasements can provide lighter solutions, they are more advantageous compared to concrete or mortar filled encasements in terms of replacement of BRBs. Pursuant to this goal, a three-phase experimental research program consisting of thirteen tests was conducted where BRBs were investigated under subassemblage testing. The first phase of the program aimed at studying the performance of steel encased BRBs which utilize constant width core plates. Test results indicated that these braces develop unacceptably high compression and tension resistances and the behaviors of these BRBs under uniaxial testing and subassemblage testing are markedly different. In second phase of the research program, a new type of BRB core, which utilizes a welded overlap, was developed to improve the cyclic performance observed in the first phase. Experimental results showed that the braces sustain axial strains that vary between 2.0 and 2.5% and resistances in tension and compression were found to improve significantly when compared with the findings of the first phase. Welded overlap core steel encased BRBs were found to sustain cumulative axial strains that are 419 times the yield strain when properly detailed. The third phase focused on connections of welded overlap steel encased BRBs. Two typical connection details, namely the pin connection and gusseted connection, were experimented by considering the collar detail as the prime variable. Test results indicate that the gusseted detail does not require collars to be used while the pinned detail mandates the use of collars for acceptable performance. The second experimental research program concentrated on developing replaceable links for steel eccentrically braced frames. A replaceable link detail, which is based on splicing braces and the beam outside the link, was proposed. This detail eliminates the need to use hydraulic jacks and flame cutting operations for replacement purposes. The first phase of the research program concentrated on replaceable links with direct brace attachments while the second phase concentrated on links with gusset plate connected brace attachments. Performance of these proposed replaceable links was studied by conducting eight full-scale EBF tests with directly attached braces and eleven full-scale EBF tests with gusset plate connected braces under quasi-static cyclic loading. The link length ratio, stiffening of the link, loading protocol, connection type, bolt pretension, gap size of splice connections, and demand-to-capacity ratios of members were considered as the prime variables. The specimens primarily showed two types of failure modes: link web fracture and fracture of the flange at the link-to-brace connection. No failures were observed at the splice connections indicating that the proposed replaceable link details provide excellent response. The inelastic rotation capacity provided by the replaceable links satisfied the requirements of the AISC Seismic Provisions for Structural Steel Buildings (AISC341-10). The overstrength factor of the links exceeded 2.0 which is larger than the value assumed for EBF links by design provisions. The high level of overstrength resulted in brace buckling in one of the specimens with direct connected brace and one of specimens with gusset plate connected brace which demonstrated the importance of overstrength factor used for EBF links.
Benzer Tezler
- Developing an energy dissipating plastic hinge cell for earthquake protection of buildings
Binaların depreme karşı korunması için enerji sönümleyici plastik mafsal hücresi geliştirilmesi
SADUN TANIŞER
Doktora
İngilizce
2024
Deprem MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK SUCUOĞLU
- Önüretimli betonarme yapılarda moment aktaran yeni bir kiriş kolon bağlantısı
A new moment resisting beam to column connection for precast reinforced concrete structures
ERKAN ŞENOL
Doktora
Türkçe
2023
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN YÜKSEL
- İtü pSAT II: Yönelim kontrolüne sahip nano uydular için yüksek yeterlilikli platform geliştirilmesi
Itu pSAT II: Higher precision nanosatellite adcs platform development
MEHMET CANER AKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDisiplinlerarası Adli Bilimler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN İNALHAN
- Toplam kalite yönetiminde müşteri odaklılık ve sigorta sektöründe uygulama
Costumer focusedness in total quality management and application in insurance sector
BÜLENT GÖKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
SigortacılıkMarmara ÜniversitesiSigortacılık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞAHAMET BÜLBÜL