Experimental and numerical studies on replaceable links for eccentrically braced frames
Dışmerkez çelik çaprazlı perdelerde değiştirilebilir bağ kirişleri için deneysel ve numerik çalışmalar
- Tez No: 648571
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM TOPKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 148
Özet
Dışmerkez çelik çaprazlı perdeler (DMÇÇP'ler) yüksek sismik bölgelerde çelik yatay yük direnç sistemi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü DMÇÇP'ler moment aktaran çerçevelerin (MAÇ'lerin) sünekliği ile yüksek enerji emme kapasitesini ve merkezi çaprazlı çerçevelerin (MÇÇ'lerin) yüksek rijitliğini simüle eder. DMÇÇP'lerin yüksek rijitliği ve sünekliği çaprazlardan ve bağ kiriş elemanın akmasıyla elde edilir. Bu tez DMÇÇP'lerde değiştirilebilir bağ kirişlerii için üç aşamalı deneysel ve numerik çalışmanların bulgularını sunmaktadır. Birinci araştırma programı değiştirilebilir kesme bağ kirişleri için dört bulonlu uzatılmış alın levhasını incelemek için gerçekleştirilmiştir. Uzatılmış alın plakalı moment bağlantıları, MAÇ'lerdeki kiriş-kolon bağlantıları ve DMÇÇP'lerdeki değiştirilebilir bağ kirişi-çerçeve bağlantıları dahil olmak üzere bir dizi uygulamada kullanılır. Uzatılmış alın levhalı bağlantılar MAÇ uygulamaları için kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, DMÇÇP'lerdeki performansları hakkında çok az şey bilinmektedir. MAÇ'lerde veya DMÇÇP 'lerde kullanıldığında aynı bağlantı için yükleme koşulları ve kabul kriteri farklıdır. Değiştirilebilir kesme bağ kirişleri için kullanılan dört bulonlu uzatılmış rijitlik levhalı ve rjitlik levhasız alın levhası bağlantılarının performansını araştırmak için deneysel ve numerik bir çalışma yapılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, alın levhasının kalınlığı, genişliği ve rijitlik levhası değişken olarak kabul edildiği 10 neredeyse tam ölçekli DMÇÇP testi yapılmıştır. Sonuçlar, AISC yönergelerinde ve Eurocode şartnamesinde verilen tasarım önerilerinin alın levhası kalınlığı için konservatif tahminler sağladığını göstermiştir. Farklı plaka kalınlıkları için bükülme gerinimleri araştırmak ve tasarım kılavuzları kullanılarak belirlenen kapasitelerde muhafazakârlığın kaynaklarını belirlemek için sonlu eleman simülasyonları yapılmıştır. Gerekli alın levhası kalınlığını daha doğru bir şekilde belirlemek için AISC tasarım kılavuzlarında değişiklikler önerilmiştir. İkinci araştırma programı, DMÇÇP'ler için yeni değiştirilebilir bağ kirişleri geliştirmek için gerçekleştirilmiştir. Bağ kirişlerinin deprem sonrası değiştirilmesi, sismik bir olaydan sonra DMÇÇP'lerin kullanılmasını sağlar. Son yıllar çok sayıda değiştirilebilir bağ kirişlerinin gelişimine tanık olunmuştur. Uzatılmış alın levhalı değiştirilebilir bağ kirişler, geliştirilen detaylar arasında en verimli olanıdır. Bu bağ kirişlerinin kullanılması, değiştirilecek parçanın boyutunu ve ağırlığını en aza indirmeyi sağlar. Ek olarak, alın levhalı bağ kirişlerin performansı geleneksel bağ kirişlerin performansına benzerdir. Bugüne kadar raporlanan araştırmalar, bu bağ kirişlerinin çıkarılması ve değiştirilmesi açısından dezavantajları olduğunu göstermiştir. Bağ kiriş elemanın içinde, çıkarma işlemi için hidrolik krikoların kullanılmasını gerektirebilecek kadar büyük eksenel kuvvetler gelişebilir. Daha da önemlisi, artık ötelenme altında bağ kirişlerinin değiştirmesi ile ilgili zorluklardır. Bu çalışmada, bağ kirişinin orta uzunluğunda ayrılabilir bir ek bağlantısı kullanan yeni bir değiştirilebilir bağlantı önerilmiştir. Ek yeri bağlantısı, değiştirilebilir bağ kirişin her iki parçasına kaynaklanmış testere ile kesilmiş I kesitlerden oluşur. Detay, kolay sökülmeyi kolaylaştıran ve artık ötelenme altında değiştirmeyi sağlayan bir montaj toleransı sağlamaktadır. Önerilen bağ kirişlerinin kavram kanıt testi, ek bağlantısındaki kuvvet aktarım türünün ana değişken olarak kabul edildiği 3 numune üzerinde gerçekleştirilmiştir. Tüm numuneler, AISC341'in gerektirdiği bağ kiriş dönme açısından önemli ölçüde daha yüksek olan bağ kiriş dönme açılarında göçmüştür ve önerilen bağ kiriş konseptinin potansiyelini göstermiştir. Önerilen değiştirilebilir bağ kiriş konsepti için geliştirilen tasarım prosedürünü doğrulamak için tamamlayıcı sonlu elemanlar parametrik çalışmaları yapılmıştır. Üçüncü araştırma programı, sürtünmeli sönümleyiciler ekleyerek değiştirilebilir bağ kirişlerini geliştirmek için gerçekleştirilmiştir. Ana hedef, değiştirilebilir bağ kirişlerinin düşük çevrimsel yorulma ömrünü, bağ kirişinin akmasıyla ve yan plakaların yüzeylerinin sağladığı sürtünme direnci ile enerji sönümleyerek uzatmaktır. Bu amaç doğrultusunda, testere ile kesilmiş I-profiller ile oval delikler açılmış yan plakalar arasına pirinç levhalar yerleştirilmiş ve bulon kaymasını sağlamak için ezilme etkili bağlantı kullanılmıştır. Önerilen sürtünmeli orta ekli bağlantı, kapsamlı bir deneysel çalışma ile doğrulanmıştır. Ana parametreler olarak oval delik boyutu, bulon sayısı ve oval delik sayısı dikkate alınarak önerilen bağlantıya sahip toplam sekiz numune test edilmiştir. Ayrıca, düşük çevrimsel yorulma ömrünü önerilen orta ekli bağlantıya sahip bağ kirişleri ile karşılaştırmak için uzatılmış alın levhalı bağlantıya sahip üç numune test edilmiştir. Önerilen orta uçlu sürtünmeli bağlantılara sahip bağ kirişi, gerekli bağ kirişi dönme kapasitesinden önemli ölçüde daha yüksek dönme kapasitesi sergilemiştir. Ayrıca, önerilen bağlantıyla olan bağ kirişi, bağ kirişlerinin düşük çevrimsel yorulma ömrünü ve enerji dağıtma kapasitesini önemli derecede artırmıştır.
Özet (Çeviri)
Eccentrically braced frames (EBFs) are extensively used as a steel lateral load resisting systems in high seismic regions since EBFs simulate ductility and high energy absorption capacity of moment resisting frames (MRFs) and high stiffness of concentrically braced frames (CBFs). High stiffness and high ductility of EBFs are obtained from diagonal braces and yielding of link element, respectively. This thesis reports findings of a three phase experimental and numerical research program on replaceable links for EBFs. The first research program was conducted to investigate four-bolt extended end-plate connections for replaceable shear links. Extended end-plate moment connections are used in a number of applications including the beam-to-column connections in seismic moment resisting frames (MRFs) and replaceable link-to-frame connections in eccentrically braced frames (EBFs). While the extended end-plate connections have been extensively studied for MRF applications, little is known about their performance in EBFs. The loading conditions and the acceptance criterion are different for the same connection when used in MRFs or EBFs. An experimental and numerical study has been undertaken to investigate the performance of four-bolt extended unstiffened and stiffened end-plate connections used for replaceable shear links. Pursuant to this goal, 10 nearly full-scale EBF tests were conducted where the thickness, width and stiffening of the end-plate were considered as the variables. The results showed that the design recommendations given in AISC guidelines and Eurocode provisions provide conservative estimates of the end-plate thickness. Finite element simulations were conducted to investigate the bending strains for different plate thicknesses and to determine the sources of conservatism in the capacities determined using the design guidelines. Modifications to the AISC design guidelines were proposed to more accurately determine the required end-plate thickness. The second research program was performed to develop novel detachable links for eccentrically braced frames. Post-earthquake replacement of links enables the use of eccentrically braced frames (EBFs) after a seismic event. Recent years have witnessed the development of numerous replaceable links. The extended end-plated replaceable links are the most efficient among the developed details. The use of these links enables to minimize the size and the weight of the part to be replaced. In addition, the performance of end-plated links is similar to the conventional links. Research reported to date showed that these links have disadvantages in terms of removal and replacement. Large axial forces can develop within the link member which may require using hydraulic jacks for the removal operation. More importantly is the difficulties associated with the link replacement under residual frame drifts. A novel detachable replaceable link is proposed in this study which employs a splice connection at the mid-length of the link. The splice connection consists of saw cut I-sections welded to both parts of the replaceable link. The detail provides an erection tolerance which facilitates easy removal and enables replacement under residual frame drifts. Proof-of-concept testing of the proposed links was performed on 3 specimens where the type of force transfer in the splice connection was considered as the prime variable. All specimens failed at link rotation angles that are significantly higher than the link rotation angle required by AISC341 and demonstrated the potential of the proposed link concept. Complementary finite element parametric studies were conducted to validate the design procedure developed for the proposed replaceable link concept. The third research program was carried out to enhance replaceable links by introducing frictional dampers. The main target was to extend the low-cycle fatigue life of the replaceable links by dissipating energy through the link yielding and frictional resistance provided faying surfaces of the side plates. Pursuant to this goal, brass shims were placed between saw cut I-sections and side plates which were drilled with slotted holes, and bearing type connection was utilized to promote bolt slippage. The proposed frictional mid-spliced connection was validated through a comprehensive experimental study. A total of eight specimens with proposed connection were tested considering slot size, the number of bolts and the number of slotted holes as the primary parameters. Moreover, three specimens with extended end plated connection were tested to compare low-cycle fatigue life with the link having the proposed mid-spliced connection. The link with proposed frictional mid-spliced connections exhibited significantly higher rotation capacity that the required link rotation. Furthermore, the link with the proposed connection excessively increased low-cycle fatigue life and energy dissipation capacity of links.
Benzer Tezler
- 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
- Nonlinear finite element analyses on the bolt bending deformation
Cıvata eğilme deformasyonu üzerine doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizleri
AHKER GÜNEŞ DİLBER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET OKAN GÖRTAN
- Experimental and numerical studies on low velocity impact behavior of Glare panels
Glare panellerde düşük hızlı darbe direnci davranışının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
OĞUZHAN MAZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN
- Dairesel kesitli kompozit tüp kirişlerin eğme ve burkulma davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical studies on bending and buckling behavior of circular composite tubular beams
SEÇİL EKŞİ
Doktora
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN GENEL
- Experimental and numerical studies on lean turbulent premixed flames
Fakir önkarışımlı türbülanslı alevlerin deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
DİLAY GÜLERYÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET YOZGATLIGİL
PROF. DR. İSKENDER GÖKALP