Comparison of different load patterns for performance based seismic response of buildings
Binaların performansa dayalı sismik tepkisi için farklı yanal yük kalıplarının karşılaştırılması
- Tez No: 672251
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERTAN SÖNMEZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Atılım Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Modern deprem yönetmelikleri, yapıların deprem yükleri altında daha gerçekçi davranışlarını belirlemek için doğrusal olmayan statik (itme) ve dinamik (zaman tanım alanı) analizlerin kullanımını gerektiren performansa dayalı tasarım yöntemlerini giderek daha fazla kullanmaktadır. Doğrusal olmayan analiz yöntemleri, dayanım ve rijitlik azalımı da dâhil olmak üzere yapıların elastik olmayan davranışlarını ve dinamik özelliklerini dikkate alır. Bilgisayarların işlem güçlerindeki gelişmeler doğrusal olmayan statik ve dinamik analizleri tasarım mühendisleri için daha erişilebilir hale getirmiş olsa da itme yöntemlerinin görece daha basit olması onları mühendislik uygulamalarında daha popüler hale getirmiştir. Bu tezde, sismik itme analizinde yaygın olarak kullanılan farklı yanal yük kalıpları incelenmiş, yapıların davranış ve performanslarına etkileri karşılaştırılmıştır. Binaların betonarme olduğu varsayılmıştır. Üç farklı bina yüksekliği (3-, 7- ve 10-katlı) ve iki farklı plan (düzenli kare plan ve düzensiz L-şekli) dikkate alınmıştır. Düzenli binalar için dolgu duvarların etkileri de incelenmiştir. Binaların sismik tepkileri dört farklı analiz yöntemi ile SAP2000 yazılımı kullanılarak hesaplanmıştır: (i) eşdeğer yanal kuvvet yöntemi kullanılarak doğrusal statik analiz, (ii) doğrusal zaman tanım alanında analiz, (iii) doğrusal olmayan statik (itme) analizi ve (iv) doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz. Doğrusal olmayan analizlerde, çerçeve elemanı uçlarındaki toplanmış plastik mafsallar kullanılmıştır. Kiriş elemanlarında M3 mafsalları, kolon elemanlarında P-M2-M3 mafsalları kullanılmıştır. Mafsal özellikleri FEMA-356'ya göre belirlenmiştir. Sismik yükler, binaların ASCE 7-10 yönetmeliğinde tanımlanmış olan B saha sınıfına sahip bir zemin (kayaç zemin) üzerinde olduğu varsayılarak hesaplanmıştır. Zaman tanım alanında analizler için 1940 El Centro depreminin ölçekli ivme kayıtları kullanılmıştır. Fiber (lif) mafsalların, farklı zemin sınıfının (C saha sınıfı) ve dolgu duvarların 7-katlı bina modelin sismik davranışına etkileri için sınırlı çalışmalar da yapılmıştır. Sabit ivme (Sİ), temel mod (TM) ve modal kombinasyon (MK) yöntemlerine dayalı üç farklı itme yanal yük kalıbı dikkate alınmıştır. Her analiz yöntemi ve itme yanal yük modelleri için çeşitli tepki parametreleri (performans noktaları, kat yer değiştirmeleri, kat ötemeleri, taban kesme kuvveti ve plastik mafsal konumları vb.) tüm modeller için hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın sonuçlarına göre, modal kombinasyon yöntemiyle belirlenen yanal yük kalıbının genel olarak, diğer yük kalıplarına kıyasla doğrusal olmayan zaman tanım alanı analiz sonuçları ile daha iyi bir uyuşmaya sahip olduğunu görülmüştür. MK kalıbı çoklu mod şekillerinin birleşimi ile elde edilmiş bir kuvvet kalıbına dayanan görece basit bir yöntem olma avantajına sahiptir. Düzenli ve düzensiz binaların karşılaştırılmasından, üç yük kalıbının da 3-katlı düzenli binalarda genel olarak benzer itme sonuçları verdiği ve sonuçlardaki farkların kat sayısı (veya bina yüksekliği) ve düzensiz binalarda daha belirgin hale geldiği görülmüştür. Yüksek modlar, düzensiz binalarda ve yüksek binalarda dinamik tepkiye daha fazla katkıda bulunduğundan, bu binalarda itme ve doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizleri arasındaki farklar artar. MK yük kalıbı daha yüksek modların etkilerini dikkate alabildiğinden ve dolayısıyla daha doğru ve güvenilir sonuçlar verdiği için daha uygun bir seçimdir. TM yük kalıbı, 3-katlı bina dışında düzenli binalarda daha yüksek kat yer değiştirmelerine ve ötelemelerine, düzensiz binalarda ise daha düşük kat yer değiştirmelerine ve ötelemelerine sebep olmuştur. Düzenli binalarda dolgu duvarlar, performans noktasında taban kaymasını yaklaşık %15-25 arttırarak ve karşılık gelen çatı yer değiştirmesini yaklaşık % 20-30 azaltarak düzenli binaların itme kapasitelerini arttırmıştır.
Özet (Çeviri)
Modern seismic codes are increasingly using performance-based design methods that employ nonlinear static (pushover) and dynamic (response history) analyses to determine more realistic behavior of structures under earthquake loads. Nonlinear analysis methods consider the inelastic behavior including strength and stiffness degradation and the dynamic characteristics of the structures. Although the advancements in computer processing power have made both nonlinear static and dynamic analyses more accessible to the practicing engineers, relative simplicity of pushover analyses have made them more popular in engineering practice. In this thesis, different lateral load patterns commonly used in seismic pushover analysis are examined and their effects on the global behavior and the performance of building structures are compared. Buildings are assumed to be made of reinforced concrete. Three different building heights (3-, 7-, and 10-story) and two different layouts (regular square layout and irregular L-shape layout with re-entrant corner) are considered. Effects of infill walls are also studied for buildings with regular layout. Seismic responses of the buildings are computed using SAP2000 software by four different analysis methods: (i) linear static analysis using equivalent lateral force (ELF) method, (ii) linear response history analysis (RHA), (iii) nonlinear static (pushover) analysis, and (iv) nonlinear response history analysis. In nonlinear analyses, lumped plastic hinges at the frame element ends are employed. M3 hinges are used in beam elements and P-M2-M3 hinges are used in column elements. Hinge properties are determined in accordance with FEMA-356. Seismic loads are calculated assuming buildings were at a location having a Site Class B (rock) based on ASCE 7-10. For response history analyses, scaled acceleration records of 1940 El Centro earthquake are used. Limited studies are also performed to investigate application of fiber hinges, softer soil conditions (Site Class C), and effects of infill walls in the 7-story building model with regular layout. Three different pushover lateral load patterns that are based on uniform acceleration (UA), fundamental mode (FM) and the method of modal combination (MMC) are considered. For each analysis method and pushover lateral load patterns, various response parameters (including performance points, story displacements, story drifts, plastic hinge locations, etc.) are computed for all models and compared with the results of other cases. The results have indicated that MMC lateral load pattern in general have better agreement with nonlinear response history analysis results compared to the other load patterns. MMC has the advantage of being a relatively simple method to establish a force pattern that includes the effects of higher modes by combination of multiple mode shapes. From comparison of the results for buildings with regular and irregular layouts, it is observed that all three load patterns give somewhat similar pushover results in regular 3-story buildings and the differences in the results become more pronounced as the number of stories (or building height) increases and when the building layout is irregular. Since the higher modes have a greater contribution to the dynamic response in irregular buildings and taller buildings, the differences between the pushover and nonlinear RHA results increase in these buildings. MMC load pattern is considered to be a more appropriate choice as it gives more accurate and reliable results due to consideration of higher modes. FM load pattern leads to higher story displacements and drifts in regular buildings and lower story displacements and drifts in irregular buildings except the 3-story building. MMC load pattern usually leads to similar or lower story displacements and drifts in all cases when compared to UA load pattern. Presence of infill walls have increased the pushover capacities of the regular buildings, increasing the base shear about 15-25 % and decreasing the corresponding roof displacement about 20-30 % at the performance point.
Benzer Tezler
- Perde-çerçeve betonarme sistemlerde deprem etkisi altında doğrusal olmayan davranışın incelenmesi
Nonlinear behavior of reinforced concrete dual structural systems subjected to earthquake excitation
MEHMET BURAK YILMAZ
Doktora
Türkçe
2014
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKAİ CELEP
- Modeling of the lateral load resistance of masonry infilled frames with innovative steel ties
Yenilikçi çelik bağlar içeren yığma dolgu duvarlı betonarme çerçevelerin yatay yük direncinin modellenmesi
MIRSALAR KAMARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. OĞUZ GÜNEŞ
- Türkiye'de olasılıksal deprem tehlike haritalarının betonarme yapılarda deprem davranışının tespitine etkileri
The effect of probabilistic seismic hazard maps on seismic assessment of rc structures in Turkey
SARPER SEVİNÇ
Doktora
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İHSAN ENGİN BAL
- Kolon-kiriş birleşim yerlerindeki donatı düzeninin değiştirilmesi ile ilgili deneysel sonuçların elde edilmesi
Experimental results on different transverse reinforcements in beam-column joints
PARVİN ZAHİRTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. HASAN BODUROĞLU
- Deprem kuvvetlerine karşı betonarme perdelerin davranışı ve boyutlandırılması
The Behaviour and design of reinforced concrete structural walls for earthquake resistance
YILDIR AKKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKAİ CELEP