Development and validation of a seismic isolation system for lightweight residential construction
Az katlı konut yapıları için sismik izolasyon sisteminin geliştirilmesi ve geçerliliğinin araştırılması
- Tez No: 733818
- Danışmanlar: PROF. DR. MICHAEL C. CONSTANTINOU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: State University of New York at Buffalo
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 566
Özet
Sismik izolasyon, apartman binalarından anıtsal ve önemli tesislere kadar geniş bir uygulama alanı bulmasına rağmen, sadece Japonya önemli sayıda sismik izolasyon uygulanan konutlara sahiptir ki bu uygulamaların sayısı da 5000'den sonra duraksamıştır. Büyük bir olasılıkla, sismik izolasyon sistemleri için mühendislik hizmetinin yüksek maliyeti Japonya'dan başka yerlerdeki uygulamanın az olmasının nedenidir. Bir çok ülkede ileri teknolojik yeterlilik olmadan kolayca üretilebilecek, pratik, basit ve güvenilir sismik izolasyon sisteminin konut yapıları için geliştirilmesi hususunda ilgi mevcuttur. Burada sunulan çalışma bu özeliklere sahip bir izolatörün geliştirilmesi, üretilmesi, test edilmesi, modellenmesi ve geçerliliğinin araştırılması üzerinde yoğunlaşmıştır. Dahası, bu çalışma Türkiye'de yüksek sismik tehlike alanlarında bulunan betonarme konutların bu izolasyon sistemi ile dizayn edilmesi için gerekli yöntemin geliştirilmesi ve geçerliliğinin araştırılmasına da odaklanmaktadır. Geliştirilen izolatör lif ve çelik ile güçlendirilmiş yüksek dayanımlı beton ile 95A ve 62D sertlik derecesine sahip merkezi çelik olan yuvarlanan üretan (Adiprene) küreden oluşan tek yüzeyi içbükey izolatördür. İzolatörün ayrıca büyük yer değiştirmelerde göçmesinin önlenmesi için deplasman sınırlandırma özelliği de vardır. Türkiye'de herhangi bir yerdeki uygulama için izolatör 650mm deplasman kapasitesine sahiptir. Sünme ve yatay yük-deplasman karakterlerini de içeren özelliklerinin belirlenmesi için izolatör üretilmiş ve test edilmiştir. İzolatörün yuvarlanan kürenin sertliğinden ve yük ve hareket koşullarından hemen hemen bağımsız olarak önemli derecede yuvarlanma sürtünmesine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca izolatör yuvarlanan rijit küre modelleri ile tahmin edilenden çok büyük elastik ötesi rijitlik ve efektif akma yer değiştirmesine sahiptir. Bu özellikler arzu edilen özelliklerdir ve yuvarlanan kürenin viskoelastik davranışından kaynaklanmaktadır. Test edilen izolatörlerin davranış modelleri SAP200 ve OpenSees programlarında dinamik zaman alanında analizleri için geliştirildi ve geçerliliği araştırıldı. Dahası, yuvarlanma sürtünmesi, artan rijitlik ve yüksek akma yer değiştirmesinin gözlenen özelliklerini tahmin edebilen ileri hesaplamalı mekanik tabanlı model geliştirildi. Spektral şekil ve düşey yer hareketi etkisi dikkate alınarak, FEMA P695 prosedürleri kullanılarak Türkiye'de yüksek sismik tehlike alanlarındaki farklı özelliklere sahip iki katlı konutların göçme performansının parametrik çalışması yapıldı. Önerilen yöntemler ve geliştirilen izolatör kullanılarak Türkiye'de tasarlanan konutların göçme riskinin 2475 yıllık tekrar periyoduna sahip depremler için %10'dan az olarak kabul edilebilir olduğu gösterilmiştir, oysa Türkiye'de bulunan standartlara göre tasarlanan benzer sismik izolatörsüz binalar kabul edilebilir göçme olasılığına sahip değildir.
Özet (Çeviri)
While seismic isolation has found widespread application ranging from apartment buildings to monumental and essential facilities, only Japan has a significant number of applications of seismic isolation to houses, which after some 5000 applications has reached a halt. The high cost of highly engineered seismic isolation systems is most likely the reason for the lack of applications other than in Japan. There is an interest to develop practical, simple and reliable seismic isolation system for houses, which can be easily manufactured in most countries without the requirement for advanced technological capability. The work presented in this report concentrates on the development, construction, testing, modeling and validation of an isolator with these characteristics. Moreover, the work concentrates on the development and validation of design procedures for reinforced concrete houses equipped with this isolation system in areas of high seismic hazard in Turkey. The developed isolator is a single concave rolling isolator cast in fiber and steel-reinforced high strength concrete with a rolling ball made of urethane (Adiprene) in hardness of 95A or 62D and reinforced with a core of steel. The isolator also features a displacement-restraint system to prevent collapse of the isolator at large displacements. For applications anywhere in Turkey, the isolator has an ultimate displacement capacity of about 650mm. The isolator was built and tested to determine its properties, including creep and lateral force-displacement characteristics. It was observed that the isolator exhibits significant rolling friction that is practically independent of the hardness of the rolling ball and the conditions of loading and motion. It also exhibits a postxix elastic stiffness and an effective yield displacement that are much larger than those predicted by models assuming rigid rolling ball behavior. These properties are desirable and emanate from the viscoelastic behavior of the rolling ball. Models of behavior of the tested isolator were developed and validated for response-history analysis in programs OpenSees and SAP2000. Moreover, an advanced computational mechanics-based model was developed that was capable to predict the observed features of rolling friction, increased stiffness and large yield displacement. A parametric study of the collapse performance of two-story houses with a range of properties in areas of high seismic hazard in Turkey was performed following the procedures of FEMA P695 with due consideration of spectral shape and vertical ground motion effects. It has been shown that houses in Turkey designed by the recommended procedures and using the developed isolator have an acceptable collapse risk described by a probability of collapse that is less than 10% given the occurrence of an earthquake characterized by a 2475-year return period earthquake, whereas comparable non-isolated houses designed to meet the criteria of the applicable codes in Turkey do not.
Benzer Tezler
- Development of rocking-column (ROC) seismic base isolation system for buildings
Binalar için sallanan-kolon (SAK) sismik isolasyon sistemi geliştirilmesi
NASIR JAVED
Doktora
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET TÜRER
- Yüksek gerilim porselen izolatörlerinin deprem güvenliğinin artırılması için bir sismik yalıtım cihazı geliştirilmesi
Development of a seismic isolaton device for high voltage porcelain isolators to enhance their seismic safety
TANSU GÖKÇE
Doktora
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENGİN ORAKDÖĞEN
PROF. DR. ERCAN YÜKSEL
- Seismic performance comparison of base-isolated hospital building with various isolator modeling approaches
Farklı yaklaşımlar kullanılarak modellenen izolatörlü hastane binasının deprem performans karşılaştırması
ESER ÇABUK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Deprem MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞURHAN AKYÜZ
- Investigation of in-plane and out-of-plane seismic behavior of aac infill walls with innovative bed-joint reinforcement configurations
Yenilikçi derz donatıları ile imal edilen gazbeton bölme duvarların düzlem içi ve düzlem dışı doğrultudaki deprem davranışının incelenmesi
ÖMER FARUK HALICI
Doktora
İngilizce
2023
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ