Numerical investigation of braces and replaceable links for steel frames
Çelik çerçeveli sistemlerde kullanılan çapraz ve değiştirilebilir bağ kirişlerinin nümerik incelenmesi
- Tez No: 934515
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM TOPKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 316
Özet
Merkezi Çaprazlı Çerçeveler (MÇÇ'ler) ve Dışmerkez Çaprazlı Çerçeveler (DÇÇ'ler) çelik yapılar için kullanılan yatay yük taşıyıcı sistemler arasındadır. Bu çalışma, bahsi geçen sistemlerin farklı yönlerini araştırmaya yöneliktir. DÇÇ'lere ayrılan bölüm, gelecekteki 22 araştırma ihtiyacının belirlendiği ve sunulduğu kapsamlı bir araştırma incelemesi ile başlamaktadır. Bunu, DÇÇ'lerin en önemli elemanı olan bağ kirişlerinin düşük çevrimsel yorulma davranışı üzerine deneysel bir çalışma izlemektedir. Deneysel çalışmanın sonuçları literatürde mevcut olan deneysel sonuçlarla birleştirilerek bir veritabanı oluşturulmuştur. Veritabanı doneleri kullanılarak deprem sırasında bağ kirişlerinin tükenen ve kalan ömrünü tahmin etmek için kümülatif bir hasar yasası kalibre edilmiştir. Deprem kaynaklı yükleme geçmişleri altında doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizinde hasar birikimini tahmin etmek için geliştirilmiş hasar yasasını ve bağ kirişinin göçme anını kullanan basit bir 8 aşamalı algoritma özetlenmiştir. Algoritma ayrıca deprem sonrası DÇÇ bağ kirişlerinin değiştirilmesinin karar verme sürecine önemli ölçüde katkıda bulunabilecek niteliktedir. Ayrıca tezin DÇÇ bölümünde son zamanlarda ODTÜ'de geliştirilen orta ek bağlantılı değiştirilebilir bir bağ kiriş detayı numerik olarak incelenmiştir. Ayrılabilir değiştirilebilir bağ kirişleri üzerinde yapılan önceki deneyler gözden geçirildikten sonra, yüksek bağ kiriş deformasyonları ve uç kısıtlama etkileri nedeniyle orta ek bağlantısının maruz kalacağı eksenel kuvveti tahmin etmek için kapsamlı bir parametrik çalışma gerçekleştirilmiş ve bir tasarım denklemi geliştirilmiştir. Deneysel olarak incelenen bağ kirişlerinden daha derin kesme bağ kirişleri için önerilen detayın uygulanmasını araştırmak için numeric simülasyonlar yapılmıştır. Analiz sonuçları ayrılabilir değiştirilebilir bağ kirişi konseptinin pratik uygulamalar için potansiyelini ortaya koymaktadır. Tezin MÇÇ kısmı için öncelikle Amerika ve Avrupa şartnameleri tarafından önerilen sismik tasarım kuralları iyice gözden geçirilmiş ve karşılaştırılmıştır. Daha sonra bir dizi MÇÇ modeli, Amerikan ve Avrupa şartnamelerine göre tasarlanmış ve sismik performanslarını araştırmak ve karşılaştırmak için geniş bir deprem setine tabi tutulmuştur. Sekizyüzden fazla doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizinin sonuçları, bu şartnameler arasında var olan farklılıkların gözlemlenen sismik performanslarda önemli farklılıklara yol açabileceğini ortaya çıkartmıştır. En dikkate değer fark, Avrupa şartnamelerine göre tasarlanan MÇÇ modellerinin en üst katlarında yumuşak kat davranışının ortaya çıkmasıdır. Bu olayın olası nedenleri araştırılmıştır ve öneriler sunulmuştur. Çalışmanın son bölümünde depremler sırasında çaprazların yükleme hızının MÇÇ'lerin sismik davranışına etkisi araştırılmıştır. Eksenel olarak yüklenmiş elemanlar, ani yüklemeler altında dinamik burkulmanın bir sonucu olarak statik burkulma kapasitesinin üzerinde basınç kuvvetlerine maruz kalabilirler. Konuyla ilgili teorik bir arka plan ve ardından geniş bir deprem dizisi altında çeşitli MÇÇ konfigürasyonlarını dikkate alan kapsamlı bir parametrik çalışma yapılmıştır. Toplam 1600 doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizinin sonuçları, özellikle MÇÇ'lerin kolonlarının, kirişlerinin ve guse levhalarının kapasite tasarımı için bu durumun ortaya çıkma sıklığını ve önemini göstermek için kullanılmıştır. Bu ekstra kuvvetlerin etkileri tartışılmış ve MÇÇ sistemlerinin kapasite tasarımı sırasında, dinamik burkulma etkisi dikkate alınarak, nihai çapraz kuvvetinin tahmin edilmesi için kullanılabilecek basit bir formül geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Concentrically braced frames (CBFs) and eccentrically braced frames (EBFs) are among popular lateral load resisting systems for steel structures. The present study investigates different aspects of these systems. The part devoted to EBFs begins with a comprehensive review of research where 22 future research needs are identified and presented. This is followed by an experimental study on the low-cycle fatigue behavior of links, which are the most important members of an EBF. Results of the experimental study are then combined with a comprehensive database of previous experiments available in the literature and synthesized to calibrate a cumulative damage law for estimating the exhausted as well as the remaining life of a link during an earthquake. A simple 8-step algorithm was outlined which utilizes the developed damage law for estimating the accumulation of damage as well as the instant of link fracture in nonlinear time history analysis under earthquake-induced loading histories. The algorithm can also contribute significantly to the decision-making process of the post-earthquake replacement of EBF links. In addition, in the EBF part of the thesis, a replaceable link detail with a mid-splice connection (referred to herein as the detachable replaceable link concept), recently developed at METU, is numerically investigated. After reviewing the previous experiments conducted on the concept, a comprehensive parametric study is carried out and a design equation is developed for estimating the axial force that the mid-splice connection can experience due to large link deformations and end restraint effects. In order to further investigate the application of the proposed detail for larger (deeper) shear links than those previously tested, another set of sophisticated simulations is conducted. The analysis results further suggest the potential of the detachable concept for practical applications. For the CBF part of the thesis, first, the seismic design rules recommended by American and European provisions are thoroughly reviewed and compared. A series of CBF archetypes are then designed based on American and European provisions and subjected to a large set of earthquakes in order to investigate and compare their seismic performances. Results of more than 800 nonlinear time-history analyses reveal that the differences which exist between these provisions can lead to significant differences in the observed seismic performances. The most notable difference is the occurrence of soft-story behavior at the top stories of the CBF archetypes designed according to European provisions. Possible reasons for this phenomenon are investigated and recommendations are provided. In the last part of the thesis, the effect of rapid shortening of braces during earthquakes on the seismic behavior of CBFs is investigated. Axially loaded members might experience compressive forces above their static buckling capacity as a result of dynamic buckling under such rapid shortenings. A theoretical background on the topic is provided followed by a comprehensive parametric study considering several CBF configurations under a large set of earthquakes. Results of a total of 1600 nonlinear time-history analyses are utilized to demonstrate the frequency of occurrence and importance of this phenomenon particularly for the capacity design of columns, beams, and gusset plates of CBFs. The implications of these extra forces were discussed, and a simple formula was developed which can be used for the estimation of the ultimate brace force (considering the dynamic buckling effect) during the capacity design of CBF systems.
Benzer Tezler
- Artı kesitli çekirdeğe sahip burkulması önlenmiş basınç çubuklarının eksenel yük altında deneysel ve numerik araştırılması
Experimental and numerical investigation of buckling restrained braces with cross shaped core under axial load
OĞUZ DÜĞENCİ
Doktora
Türkçe
2015
İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH ALTUN
- Experimental and numerical investigation of buckling restrained braces
Burkulması önlenmiş çaprazların deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
MEHMET EMRAH ERYAŞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. CEM TOPKAYA
- Dikdörtgen kesit çekirdekli burkulması önlenmiş basınççubuklarında beton dolgu ile çekirdek arasındaki boşlukdeğişiminin burkulma davranışına etkisinin deneyselaraştırılması
Experimental and numerical investigation of the effect ofgap exchange between concrete filling and the steel coreon bulking restrained braces
GHAMDAN YHYA ABDUALLAH SLAMA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZ DÜĞENCİ
- 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
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDA ÖNCÜ DAVAS
- Adolesan idiopatik skolyozu olan bireylerin korse memnuniyeti ile yaşam kalitesi arasındaki ilişkinin ve korse kullanımı görüşlerinin incelenmesi
Investigation of the effect of satisfaction from braces on qualit of life of patient with adolescent idiopathic scoliosis
HASAN İŞÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Ortopedi ve Travmatolojiİstanbul Medipol ÜniversitesiOrtez-Protez Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENA ÖZDEMİR