Geri Dön

Opensees ve seismostruct programlarının doğrusal olmayan deprem analizleri için karşılaştırılması

Comparison of opensees and seismostruct programs for nonlinear earthquake analysis

PDF İndir

  1. Tez No: 609208
  2. Yazar: ŞÜKRİYE CEYDA ERGÜL
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ERKUŞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Deprem ve Yapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 195

Özet

Yapı mühendisliğinde şiddetli deprem etkileri altında yapı sistemlerinin davranışını öngörebilmek tasarım için oldukça önemlidir. Bunun için son zamanlarda performansa dayalı değerlendirme yaklaşımı ön plana çıkmıştır. Genelde deprem etkisi altında yapı sistemlerinin performans değerlendirmesinde doğrusal olmayan analizler kullanılmaktadır. Şiddetli depremler sonucunda yapıların davranışının doğrusal olmadığı, büyük yer değiştirmeler ve şekil değiştirmeler yaptığı bilinmektedir. Dolayısıyla yapı sistemlerinin deprem etkileri altında davranışını anlayabilmek için doğrusal olmayan analizlerin kullanılması daha gerçeğe yakın sonuçlar elde edilmesini sağlayabilir. Yapı davranışının doğrusal olmayan modellemesinde, doğrusal olmayan davranış malzeme bakımından ve geometri bakımından olmak üzere iki sınıfta incelenebilir. Malzeme bakımından doğrusal olmayan modeller, yığılı ve yayılı plastisite olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Doğrusal olmayan davranışı en basit şekilde ifade edebilen modeller, yığılı plastisite modelleridir. Bu modellerde doğrusalsızlık kuvvet-yer değiştirme (ya da moment-dönme) üzerinden tanımlanır ve genelde yapısal elemanın belli bir bölgesinde ya da tümünde oluşan doğrusal olmayan davranış, boyutu sıfır olan doğrusal olmayan bir yay ya da benzeri bir elemanla modellenir. Elemanın diğer bölgeleri doğrusal olarak modellenir. Kolon, kiriş gibi çubuk elemanlarda, doğrusal olmayan davranışın elemanların yüksekliği veya uzunluğu boyunca sonlu uzunluktaki herhangi bir bölgesinde toplandığı kabulü yapılır. Yayılı plastisite modellerinde ise doğrusalsızlık genelde malzeme gerilme-birim şekil değiştirme ilişkileri üzerinden tanımlanır. Bu ilişkiler sürekli bir ortamda tüm ortam için kullanılabilir. Sürekli ortam analizlerinden farklı olarak, fiber modellerde kesit bazında analizler yapılabilir ve genelde inşaat mühendisliğinde tüm yapı analizlerinde kullanılan yayılı plastisite yaklaşımı budur. Fiber modeller çubuk elemanlar için sonlu-elemanlar yöntemi kullanılarak ya da perde duvar elemanları için daha basit çoklu-yay modeli olarak tanımlanabilir. Yığılı plastisite modellerine göre analizler, daha çok işlem ve buna bağlı olarak zaman gerektirir. Buna rağmen, bu modellerin deneysel çalışmalar ile yapılan karşılaştırmalarda gerçek davranışı oldukça iyi yansıtabildikleri görülmüştür. Genellikle kolon, kiriş gibi çubuk elemanlarda daha basit olan yığılı plastisite modelleri kullanılırken, perde elemanlarda yayılı modeller tercih edilmektedir. Halihazırda, bilimsel çalışmalarda ve mühendislik uygulamalarında birçok doğrusal olmayan analiz programı kullanılmaktadır. Bu programlarda karşılaşılan en önemli zorluklardan birisi programların kullandığı modellerin, analiz yöntemlerinin karmaşık matematiksel ve fiziksel teoriler üzerine kurulu olmasıdır. Program yöntemlerini ve çıktılarını anlamak için aynı yaklaşımlar ile modellenmiş yapıların analizini farklı programlarda yaparak karşılaştırmak faydalı olmaktadır ve bu yönde çeşitli çalışmalar mevcuttur. Bu çalışmada ise OpenSees ve SeismoStruct programları karşılaştırılması hedeflenmiştir. Sonuç olarak bu tezin amacı OpenSees ve SeismoStruct programlarının doğrusal olmayan deprem analizleri için incelenmesi ve karşılaştırılması, malzeme ve eleman modellerinin, analiz yöntemlerinin ve sürelerinin incelenmesidir. Tezde doğrusal olmayan davranış, malzeme bakımından doğrusal olmayan davranışı içermektedir ve geometrik doğrusalsızlık incelenmemiştir. Yığılı plastisite modeli olarak doğrusal olmayan davranışın eleman uç noktalarına toplandığı varsayımı yapılarak dönme yaylarından yararlanılmıştır. Yayılı plastisite modeli olarak ise çubuk-fiber elemanlar kullanılmıştır. Çubuk-fiber elemanı eleman uzunluğu boyunca doğrusal olmayan davranışın söz konusu olduğu bir davranış modelidir. Yapı sistemleri olarak üç adet betonarme yapı sistemi incelenmiştir. Bunlar konsol kolon, tek katlı tek açıklıklı ve çok katlı çok açıklıklı yapı sistemleridir. Modellemelerde kullanılan beton ve çelik malzeme modelleri detaylı şekilde incelenmiştir. Bu malzeme modellerinin gerilme-şekil değiştirme ilişkileri, doğrusal olmayan davranışın modellenmesinde kullanılmıştır. OpenSees ve SeismoStruct programlarında konsol kolon, tek katlı tek açıklıklı ve çok katlı çok açıklıklı yapı sistemlerinin her biri için statik itme analizleri ve doğrusal olmayan zaman-tanım alanında dinamik analizler gerçekleştirilmiştir. OpenSees programında, fiber modellerin kullanıldığı analizlerde elemanlar 'nonlineer beam column element' olarak modellenmiştir. Moment-dönme yaylarının kullanıldığı doğrusal olmayan analizlerde ise 'zero length element' kullanılmıştır. Moment-dönme yayları kullanılmış kesitin yay dışında kalan diğer kısımları elastik eleman olarak tanımlanmıştır. Yapı sisteminin elemanlarını oluşturan kolon ve kiriş kesitleri için moment eğrilik ilişkileri XTRACT programı ile elde edilmiştir. Tezin birinci kısmında genel bilgiler ve tezin amacı, kapsamı, içeriği yer almaktadır. İkinci kısımda yapı sistemini oluşturmada kullanılan malzemelerin davranışları detaylı şekilde incelenmiş ve teorik kısmına yer verilmiştir. Üçüncü kısımda yapı sistemlerinde doğrusal olmayan davranış teorilerine yer verilmiş, histeretik modeller açıklanmıştır. Devamında doğrusal olmayan analiz yöntemlerinin teorileri ve kullanılacak olan doğrusal olmayan statik itme analizi ve doğrusal olmayan dinamik zaman-tanım alanında analizler ve bunların içerisinde kullanılan hesap yöntemleri açıklanmıştır. Dördüncü bölümde tüm araştırmaların sayısal örneklere ve analizlerine ve kullanılan iki ayrı analiz programının karşılaştırmalarına yer verilmiştir. Beşinci kısımda ise karşılaştırılmaların değerlendirilmesi ve yorumlanmasını içeren sonuç kısmıdır. Moment-dönme yay modelli yapılarda statik itme ve zaman-tanım analizleri sonucu elde edilen taban kesme kuvveti-yer değiştirme ilişkilerinin OpenSees ve SeismoStruct programlarında karşılaştırılmaları sonucunda iki programın da tüm yapı tipleri için oldukça yakın sonuçlar verdiği görülmüştür. Fiber elemanlı modellerde tüm yapılarda iki analiz tipi için bazı farklılıklar oluştuğu görülmüştür. Bu farklılığın malzeme modellerindeki farklılıktan, fiber tanımlamasından ve sönümleme matrisinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Sonraki yapılacak çalışmalar için bazı öneriler sunulabilir. Tez kapsamında geometri açısından doğrusal olmayan davranış göz önüne alınmamıştır. Daha gerçekçi davranış elde etmek için geometri bakımından ve malzeme bakımından doğrusal olmayan davranışların birlikte göz önüne alındığı analizlerin incelenmesi faydalı olabilir. Ayrıca, perde duvar gibi farklı eleman tiplerinin incelenmesi, üç boyutlu modellerin incelenmesi düşünülebilir.

Özet (Çeviri)

In structural engineering, it is important to predict the structural response under severe earthquake effects. For this reason, performance-based assessment is being used in the recent years. Generally, non-linear analyzes are used in the performance analysis of structural systems under the effect of earthquake. It is known that the behavior of the structures is not linear and causes large displacements and deformations as a result of severe earthquakes. So that, the use of nonlinear analyzes to model nonlinear behavior of structural systems can provide to more realistic results. In nonlinear modeling and analysis of of structures, nonlinear behavior is classifed into two: material and geometry nonlinearity. For material nonlinearity, two main modelling approach can be considered distributed plasticity and lumped plasticity. The simplest models are lumped plasticity models, where nonlinearity is defined by force-deformation response of the component (or moment-rotation). Lumped models for frames concentrate the inelastic deformations to the ends of the element as rigid plastic hinges or nonlinear spring elements. Other regions of the element are modelled linearly. In distributed plasticity models, nonlinearity is generally defined by material stress-strain relationships. These relationships are available for the entire body in a continuous deormable body. Unlike a continuum analysis, cross-sectional analysis can be performed on so-called fiber models, and this is the spread plasticity approach that is generally taken in structural engineering, except component analysis. Fiber models can be defined in the context of finite element method for frame elements or as more simpler multi-spring models for shear wall elements. Analyses according to the distributed plasticity models require more processing and therefore more time. On the other hand, it is observed thatn these models can reflect the actual behavior when compared to experimental studies in comparison to lumped plasticity models. Usually, lumped plasticity models are used in frame elements such as columns and beams, while spread plasticity models are preferred in shear wall elements in practical engineering. At present, many nonlinear analysis programs are used in scientific studies and engineering applications. One of the most important difficulties encountered in these programs is that the models used by the programs and the analysis methods are based on complex mathematical and physical theories. In order to understand the methods and outcomes of the program, it is useful to compare the analysis of the structures that are modeled with the same approaches in different programs and there are several studies in this direction. In this study, it is aimed to compare OpenSees and SeismoStruct programs. As a conclusion, the aim of this thesis is to examine and compare OpenSees and SeismoStruct programs for nonlinear earthquake analysis, to examine material and element models, analysis methods and durations. In the thesis, nonlinear behavior includes nonlinear behavior in terms of materials and geometric nonlinearity has not been studied. It is assumed that the nonlinear behavior of the lumped plasticity model is concentrated at the element end points and the springs are used. Fiber elements are used as distributed plasticity model. The nonlinear behavior of the fiber model is present along the length of the element. This thesis include three type structure model. These are cantilever column system, single story single span reinforced system and multi story and multi span reinforced system. The models of concrete and steel materials used in the modeling are examined in detail. The stress-strain relationships of these material models are used to model nonlinear behavior. In the OpenSees and SeismoStruct programs, static pushover analysis and nonlinear dynamic time-history analyses are performed for each of the cantilever column, single-storey single-span and multi-storey multi-span structure systems. In the OpenSees program, the elements are modeled as 'nonlinear beam column elements' in the analysis using fiber models. In the nonlinear analyzes using moment-rotation springs, 'zero length element' is used. For frame elements with moment-rotation springs, the body of the frame element is modelled lineraly. Moment-curvature relationships for the column and beam sections are obtained by XTRACT program. In the first part of the thesis, general information about thesis and the object, scope and content of the thesis are given. In the second part, the behavior of the materials used in structure system is examined in detail and the theoretical part is given. In the third part, nonlinear behavior theories are used in structural systems and hysteretic models are explained. Then, the theories of nonlinear analysis methods are given including nonlinear static pushover analysis and nonlinear time-history analyses. In the fourth chapter, numerical examples and analyzes and comparisons are given. The programs that are compared are OpenSees and SeismoStruct. The fifth part is the conclusion. As a result of the comparison of the base shear force-displacement relations obtained in static pushover and time-history analysis in the moment-rotation hinge model structures in the OpenSees and SeismoStruct programs, it is observed that programs give results that are very close to each other. Some differences in the results from two programs are observed for the structures with fiber elements. This difference is considered be due to differences in material models, fiber definitions and damping matrix. Some recommendations can be given for the future studies. In the scope of this thesis, Geometric nonlinearity is not included in the scope of this thesis. To evaluate the programs for a more realistic nonlinear behavior, geometric and material nonlinearity may be considered simultaneously. In addition, examination of different types of elements such as shear walls and three-dimensional models can be considered.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    647038

    Moment aktaran çelik çerçeveli bir yapının hasar görebilirlik analizi için bir yazılımın geliştirilmesi

    Developing a software for fragility analysis of a steel moment frame

    ABDURRAHMAN AKCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Deprem MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ANIL DİNDAR

  2. Tez No

    658977

    Çelik konsol sistem endüstriyel bir bacanın tasarımı ve doğrusal olmayan analizi

    Design and nonlinear analysis of self supporting steel stack

    HAŞİM ÇAYIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Yapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER

  3. Tez No

    603608

    Taşıyıcı sistemi çelik gömme kompozit kolonlar ve çelik kirişlerden oluşan bir binanın tasarımı ve zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizi

    Structural design and nonlinear analysis of a building with concrete encased column and steel beam frame

    FERİT ÖMERBEYOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT VATANSEVER

  4. Tez No

    801862

    Effects of surface topography on seismic response of reinforced concrete buildings

    Yüzey topografyasının betonarme binaların sismik davranışına etkisi

    YAVUZ DENİZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZEYNEP DEĞER

  5. Tez No

    793863

    Depo raf sistemlerinin birleşim bölgesinin sismik performansının incelenmesi

    Investigation of seismic performance of steel storage beam to column connection racking systems

    MUHAMMED EMRE HABERDAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDA ÖNCÜ DAVAS

Geri Dön