Dynamic response of RC chimney under seismic excitations
Sismik uyarmalar altindaki RC bacalarin dinamik tepkisi
- Tez No: 882062
- Danışmanlar: Prof. Dr. ABDUL HAYIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Endüstriyel betonarme bacalar coğunlukla dairesel en kesitli ince ve narin yapılardır. Bu tip yapıların dinamik tasarım ve analizlerinde, sismik, rüzgar kaynaklı basınc ve yapının kendi ağırlığından kaynaklanan yükler göz önünde bulunduruluyor. Betonarme bacanın tam geometrisi, belirli bir dinamik kesme yükü altında yapısal davranışta önemli bir rol oynar. Betonarme bacaların geometric yapısı, onun rijitlik parametrelerini önemli ölçüde etkilemektedir. Bu nedenle bu tür yapıların modellenmesinde dikkatli olunulmalıdır. İnşa edilecek bacaların yerden yüksekliği, bacanın boyutları gibi temel büyüklükler, bacanın inşa edilecek yerin ihtiyacına göre belirlenir. Bu çalışmanın amacı, deprem etkisindeki betonarme bacanın farklı tasarım kriterlerine göre davranışları elde etmek ve karşılaştırmaktır. Bu çalışmada Türk Sismik Kodu 2018 ve Eurocode (Avrupa Tüzük ve Yönetmelikleri) 8 dikkate alınmaktadır. Bu çalışmada, bir model türetmek yerine gerçek model göz önüne alınmıştır. Bu baca 1992 yılında Çin'in Jiangsu şehrinde bir elektrik üretim şirketine hizmet vermek üzere inşa edilmiştir. Seçilen bu betonarme baca, 1989 Çin sismik tasarım yönetmeliklerine uygun olarak tasarlanmıştır. Baca aynı tasarım detayları kullanılarak modellenmiştir. Bu çalışmada Eurocode 8 ve Türk Sismik Kodu 2018'e göre sismik analiz sonuçlarının karşılaştırılmasına odaklanılmıştır. Üç boyutlu olarak lineer olmayan malzeme davranışını göz önünde bulundurularak betonarme bacanın modellenmesinde Abaques sonlu eleman programı kullanılmaktadır. Betonun elastik olmayan davranışını simüle etmek için beton hasar plastisite modeli (CDP) kullanılmaktadır. Bu model, betonun periyodik veya dinamik yükler altındaki davranışını doğru bir şekilde tanımlar ve artık beton hasarını simüle eder. Çelik inşaat demirinin plastik davranışını simüle etmek için izotropik sertleştirilmiş model kullanılmaktadır. Betonarme bacanın sismik davranışını Eurocode 8 ve Türk Sismik Kodu 2018'e göre incelemek için dinamik doğrusal olmayan (Dynamic nonlinear time history) analizleri uygulanmaktadır. Deprem ivme kayıtlarının her iki doğrultusu modele aynı anda etkitilerek analizler yapılmaktadır. Depremin düşey bileşeni dikkate alınmamıştır. Model deprem ivme kaydı doğrultularda serbest bırakılıp düşey doğrultuda tutularak mesnetlenmiştir. Sismik yükler X yönünde yatay olarak uygulanmaktadır. Yedi adet sismik kayıt Eurocode 8'e ve Türkiye sismik kodu'a secilmiş, SeismoMatch yazılımı kullanılarak spektral eşleştirme yöntemi ile %5 viskoz sönüm elastik tepki spektrumu ile eşleştirilmektedir. Abaqus'ta zaman geçmişi analizlerini uygulamak için, örtük Zaman entegrasyonu yöntemini izlenmektedir. Abaqus'un dinamik örtük adımları, Newmark β yönteminin bir uzantısı olan Hilber-Hughes-Taylor yöntemini (HHT) kullanır. (HHT) yöntemi (α), (β) ve (γ) olmak üzere üç parametre ile ilişkilendirilir. Bu parametrelerin değerleri ise − 1/3 ≤ (α) ≤ 0, (β) > 0 ve (γ) ≥ 1/2 şeklindedir. (β) ve (γ) değerleri, (α) değerine göre sayısal olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada, bu tür bir analiz için Abaqus tarafından tavsiye edildiği gibi, (α) değerinin -0.05 olduğu var sayılmaktadır. Dinamik analizler boyunca, değişiklik yapılmış olan Newton—Raphson yineleme tekniği izlenmiştir. Tanımlanan modeller için eleman ağ boyutu değiştirilerek (buna bağlı olarak eleman sayısı da değişmektedir) en uygun sonlu eleman ağ boyutunun elde edilebilmesi için modal analizler gerçekleştirilmektedir. Analizlerde sonlu elanan eleman ağı sayısına bağlı olarak, ağ sayısının frekans üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuçlar sonlu eleman ağı sayısına göre yaklaşık sabitlendiğinde, o ağ sayısı en uygun ağ saysı olarak kabul edilebilir. Bu nedenle, bacanın sismik yükleme altında yanal yer değiştirmesi, düşey gerilme dağılımı ve basınç ve çekme hasarı incelenerek ve sabit temeller için Eurocode 8 ve Türkiye sismik kodu 2018 ile karşılaştırılmaktadır. Daha sonra modele bir temel kaidesi eklenecek ve sabit kaide ile mukayese edilecektir. Sismik analizlerin sonuçları, baca alt bölgesinde maksimum gerilmelerin oluştuğunu göstermektedir. En üstte, stres önemli ölçüde azalmaktadır. Yanal yer değiştirme, bacanın tepesine doğru doğrusal olarak arttı ve çevresel yönde nispeten sabit kalmaktadır. Model basınç dan dolayı zarar görmemektedir. Belirli bir bölgede bacanın ortasında bir gerilim hasarı meydana gelmektedir. Analizlere radye temel dahil edildiğinde, düşey gerilmenin yanı sıra yanal yer değiştirme biraz artmaktadır. Düşey gerilme ise baca ile radye temel arasındaki bağlantı bölgesinde meydana gelmektedir. Ayrıca, bu durumda herhangi bir sıkıştırma hasarı oluşmadı, gerilim hasarı alanında bir miktar artış olmaktadır.
Özet (Çeviri)
The industrial reinforced concrete (RC) chimneys almost are tall and slender structures with circular cross-sections. In dynamic analyses and design of such structures, the seismic loads, wind-induced pressure and dead loads are taken into account. Exact geometry of the reinforced concrete chimney, it plays an important role in structural behaviour under the dynamic loads such as winds and earthquakes. The geometric dimensions and types of the reinforced concrete chimneys effect its stiffness parameters. Therefore, it should be careful in the modelling of the structures. Basic design parameters such as the height above the ground and the diameter at the top, etc., of the chimney frequently are determined due to the own national environmental requirements for where the structure is to be constructed. The aim of the study is to obtain and compare the behaviour of RC chimneys excited by an earthquake for different design codes. The standards considered in this study are Turkish Seismic Code 2018 and Eurocode 8 and their elastic response spectrum will be considered. In this study, the RC chimney it was built in 1992 to serve as a power generation company in Jiangsu, China. The selected reinforced chimney was designed according to 1989 China seismic design regulations. The chimney is modelled using the same design details. The focus in this work is on the comparison of seismic analyses results in accordance with Eurocode 8 and Turkish Seismic Code 2018. In 3-D modelling of the reinforced concrete chimney, Abaqus finite element program is utilized. The concrete damage plasticity model (CDP) is used to demonstrate the inelastic behaviour of concrete, defining the behaviour of concrete under periodic or dynamic loads and displaying residual concrete damage. To demonstrate the plastic behaviour of steel rebars, an isotropic hardening model is used. Nonlinear dynamic time history analyses are applied to study the seismic response of RC chimney according to Eurocode 8 and Turkish Seismic Code 2018. The analyses are performed by simultaneously affecting the model's seismic acceleration records for one horizontal directions. The vertical component of the earthquake record is not taken into account. The model is released along the seismic acceleration record and fixed along the perpendicular direction. Seismic loads are applied horizontally, in the X-axis direction. Seven seismic records are selected according to Eurocode 8 and Turkish seismic code. Using SeismoMatch software, it is matched to the elastic response spectrum of the viscous damping 5 percent by the spectral matching method. To apply time history analyses in Abaqus, the implicit method of time integration is followed. Abaqus's dynamic implicit steps use the Hilber-Hughes-Taylor method, which it is an extension of the Newmark β- method, and it is associated with three parameters, α, β, and γ. And their values, -1/3≤ α ≤ 0, β >0, γ ≥ 1/2. In this study, the value of (α) is assumed to be (-0.05), the recommended value by Abaqus. A modified iterative Newton Raphson procedure is performed during the dynamic analyses. A modal analysis is done by changing the element mesh size of the model to obtain the most appropriate finite element mesh size (the number of elements changes accordingly). In the analysis due to the mesh size of the element, the effect of it on frequency is investigated. When the obtained results are almost fixed related to the mesh number, it is acceptable as the most suitable mesh size. The lateral displacement, stress distribution, and compression and tension damages of the chimney under seismic loading are studied and compared with Eurocode 8 and Turkey Seismic Code 2018 for fixed base. Then a foundation base will be added to the model for one case, and compared with the fixed base. The results of the seismic analyses showed that maximum stress was formed in the lower area of the chimney. At the top, the stress is significantly reduced. The lateral displacement increased linearly towards the top of the chimney and remained relatively constant around the circumference. The model has not been damaged by compression. A tension damage occurred in the upper part of a chimney in a particular area. When the raft foundation is included in the analyses, the lateral displacement has slightly increased as well as the vertical stress. And the vertical stress occurs in the connection region between chimney and raft foundation. Also, in this case no compression damage occurs, some increase in the tension damage area.
Benzer Tezler
- Comparative study of an rc chimney as per different codes
Farklı standartlara göre endüstriyel betonarme bir bacanın karşılaştırılması
ISHFAQ BASHIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDEM CANBAY
- Appraisal of steel plate shear wall effect in the dynamic responce of reinforced concrete structures
Çelik plaklı perde duvarın betonarme yapıların dinamik davranışına etkisinin değerlendirilmesi
ROZHAN BAKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. ESRA METE GÜNEYİSİ
- Çok katlı binalarda zemin-temel-yapı etkileşimi
Soil-foundation-structure interaction of tall buildings
EMRE KALFA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Deprem MühendisliğiEge Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYHAN NUHOĞLU
- Seismic performance, modeling, and failure assessment of reinforced concrete shear wall buildings
Betonarme perdeli binaların deprem performansı, modellenmesi ve kırılma değerlendirmesi
ZEYNEP DEĞER
Doktora
İngilizce
2012
Deprem MühendisliğiUniversity of California Los AngelesYapı ve Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. JOHN W WALLACE
- 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