Geri Dön

Dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler için kapasite tasarımı yaklaşımının ve deprem performansının zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi ile değerlendirilmesi

Capacity design and nonlinear time history analysis approach to seismic performance assessment of eccentrically braced steel frames

PDF İndir

  1. Tez No: 936975
  2. Yazar: ALPAY IŞIN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 97

Özet

Düşey ve yatay yükleri taşıyan yapı taşıyıcı sistemleri ahşap, betonarme, yığma ve çelik gibi çeşitli yapısal malzemeler ile üretilebilmektedir. Çelik, yüksek sünekliğe ve karbon içeriğine bağlı olarak yüksek dayanıma sahip yapısal bir malzemedir. Süneklik, yük taşıma kapasitesinin önemli ölçüde korunduğu, taşıyıcı yapı elemanlarının şekildeğiştirme ve taşıyıcı sistemin yerdeğiştirme kabiliyetidir. Çelik malzemenin yüksek sünek ve dayanımlı bir malzeme olması, hafif ve dayanıklı yapılar imal edilmesine, yer hareketleri sonucu yapıda kütlesi oranında meydana gelen deprem yüklerinin de az olmasına olanak tanımaktadır. Deprem, her an meydana gelebilecek, önlem gerektiren ve sürekli riskler içeren bir doğal afettir. Türkiye, yüzey alanı olarak büyük oranda Anadolu levhası üzerinde konumlanmıştır. Türkiye'de aktif 3 adet büyük fay hattı bulunmaktadır. Bahsi geçen fay hatları; Kuzey Anadolu Fay Hattı, Doğu Anadolu Fay hattı ve Batı Anadolu Fay Hattı'dır. Türkiye nüfusunun %90'dan fazlası deprem tehlikesi altında yaşamaktadır. Bu sebeple, günümüzde yeni yapılacak yapılar bu etkiler göz önünde bulundurularak ve yetkin mühendislik hizmetleri çerçevesinde, yürürlükteki Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği ışığında üretilmektedir. Bu çalışma kapsamında, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği-2018 (TBDY 2018)'de belirtilen boyutlandırma esaslarına uygun olarak tasarımı yapılan, her iki asal doğrultusunda yatay yüklerin süneklik düzeyi yüksek dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler tarafından karşılandığı yedi katlı bir ofis binasının deprem performansı, zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Taşıyıcı sistemi oluşturan elemanların doğrusal olmayan davranışları için yığılı plastik davranış (plastik mafsal) modeli esas alınmıştır. Çalışmada, on bir farklı deprem yer hareketi kullanılarak toplam yirmi iki adet zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz gerçekleştirilmiştir. Değerlendirmede taban ve kat kesme kuvvetleri, göreli kat ötelenmeleri, çapraz ve kolonlarda oluşan iç kuvvet talepleri, bağ kirişlerindeki kesme kuvveti – yer değiştirme ve moment – dönme talepleri dikkate alınmıştır. Zaman tanım alanında doğrusal olmayan yirmi iki adet analiz sonucu elde edilen taleplerin ortalama değerleri esas alınarak, TBDY 2018'de dış merkez çaprazlı çelik çerçeveler için öngörülen kapasite tasarımı yaklaşımının yeterliliği araştırılmış ve bina taşıyıcı sisteminin deprem performansı değerlendirilmiştir. Çalışmanın sonunda, gerçek deprem kayıtları ile yürütülen zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizlere bağlı olarak elde edilen sonuçlar ışığında; bina taşıyıcı sisteminin doğrusal olmayan davranışı tasarım prensibi ile uyumlu olarak sadece bağ kirişlerinin plastik şekildeğiştirme göstermesi ile gerçekleştiği, tasarımda öngörüldüğü gibi plastik şekildeğiştirmelerin kesme kuvveti etkisinde meydana geldiği, bağ kirişi dışında kalan çerçeve elemanlarında oluşan şekildeğiştirmelerin elastik bölge içinde kaldığı, bağ kirişlerinin kesme etkileri altında performans hedefini sağlayacak yeterli şekildeğiştirme kapasitesine sahip olduğu ve boyutlandırma esaslarına göre hesaplanan en büyük bağ kirişi dönme açısı 0.07 radyan iken ZTADOA ile hesaplanan en elverişsiz bağ kirişi dönme açısı 0.05 radyan olduğu, bağ kirişleri enkesitinde oluşan ortalama-en büyük kesme kuvveti etkisinin birinci katta ve 1.26V_p olduğu, bağ kirişi dışında kalan DMÇÇÇ elamanlarının boyutlandırılmasında bağ kirişinin plastikleşmesine neden olan yüklemenin pekleşmeli beklenen malzeme dayanımı katsayıları ile büyütülmesi esasına dayalı kullanılan (1.1R_y V_p/V_E) ve (1.25R_y V_p/V_E) büyütme katsayıları ZTADOA sonucu elde edilen ortalama-en büyük iç kuvvetler ile uyumlu olduğu, bağ kirişlerinin yapı yüksekliği boyunca herhangi bir katta bir yığılma göstermeksizin üniforma yakın bir şekilde plastikleştiği, taşıyıcı sistemi oluşturan elemanların hiç birinde ileri hasar düzeyinde olmadığı ve buna göre birleşim ve eklerin yeterli dayanıma sahip olduğu varsayıldığında TBDY 2018 15.8.4 uyarınca, bina taşıyıcı sisteminin mevcut çelik yapılar için DD-2 (50 yılda aşılma olasılığı 10% olan deprem) deprem yer hareketi düzeyinde Kontrollü Hasar performans düzeyini sağladığı sonuçlarına ulaşılmıştır. Bu çalışmanın ilk bölümünde; binaların maruz kaldıkları yükler, Türkiye depremselliği, yeryüzü levhaları, fay hatları, çelik yapılar hakkında bilgiler, çalışmanın amacı ve bu konu ile ilgili daha önce yapılan çalışmalara yer verilmiştir. İkinci bölümde, model bina bilgileri dikkate alınarak dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin TBDY 2018 ışığında boyutlandırılmasına ilişkin hesap detayları sunulmuştur. Taşıyıcı sistem tanımı, eleman kesit ve malzeme bilgileri, kat planı, sistem enkesiti, yükler, depremsellik, sonlu elemanlar hesap modelinin kurulmasına ilişkin hesap ve modelleme kabulleri, taşıyıcı sistem kontrolleri, taşıyıcı sistem elemanlarının boyutlandırılmasına ilişkin mekanizma durumuna karşı gelen iç kuvvet talepleri, kapasite hesaplarına ilişkin detaylar ve talep/kapasite dağılımları bu bölümün konusunu oluşturmaktadır. Üçüncü bölümde çalışma kapsamında incelenen model binanın TBDY 2018 uyarınca deprem performansının belirlenmesine ilişkin detaylar sunulmuştur. Deprem performans hedefinin belirlenmesi, kesit hasar sınırları ve hasar bölgelerinin tayini, hesap yöntemi, taşıyıcı sistem modeli, plastik mafsal tanımları, dayanım kesiti tanımları, gerçek deprem yer hareketi kayıtlarının seçilmesi ve ölçeklendirilmesi gibi doğrusal olmayan hesap yöntemi ile model bina deprem performansının değerlendirilmesine ilişkin detaylardan bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde kapasite tasarım ilkeleri doğrultusunda boyutlandırılan ve ZTADOA yöntemi ile doğrusal olmayan dinamik davranışı araştırılan incelemeye tabi binanın her iki analiz yöntemi ile elde edilen sonuçları verilmiş ve değerlendirilmiştir. Beşinci ve son bölümde ise TBDY 2018'de dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler için öngörülen kapasite tasarımı yaklaşımı, zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analiz yöntemi ile elde edilen sonuçlar ışığında yorumlanmış ve yaklaşımlar ile ilgili sonuçlar verilmiştir. Çalışmanın sonunda elde edilen sonuçlara göre, süneklik düzeyi yüksek dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin tasarımında TBDY 2018'e göre uygulanan kapasite tasarımı esaslarının, elastik bölge içinde kalması istenen elemanların boyutlandırılması için gerekli olan deprem taleplerinin belirlenmesinde yeterli düzeyde bir yaklaşıklık sağladığı görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Structural systems that carry vertical and horizontal loads are constructred using various materials such as wood, reinforced concrete, masonry, and steel. Steel is a structural material with high ductility and strength, attributed to its carbon content. Ductility is the ability of load-bearing structural elements to undergo deformation while significantly maintaining their load-carrying capacity, as well as the capability of the structural system to displace. The high ductility and strength of steel allow for the construction of lightweight and seismic resistance structures, while also minimizing the earthquake loads generated due to ground motions relative to the mass of the structure. Earthquakes are natural disasters that can occur at any moment, necessitating precautions and posing continuous risks. Türkiye is predominantly situated on the Anatolian plate. There are three major active fault lines in Türkiye: the North Anatolian Fault, the East Anatolian Fault, and the West Anatolian Fault. More than 90% of Türkiye's population lives in areas at risk of earthquakes. Therefore, contemporary structures are designed considering these effects and within the framework of competent engineering services, in accordance with the current Turkish Seismic Code. In this study, the seismic performance of a seven-storey office building designed in accordance with the principles specified in the Turkish Seismic Code for Buildings-2018 (TSCB 2018) and resisting the lateral loads in both principal directions with highly ductile eccentrically braced steel frames is evaluated using nonlinear time history analysis method. General information regarding the structural elements, overall layout, materials, loading conditions, and seismicity of the building under investigation is presented. The capacity design approach related to the mechanism condition under seismic loading is explained, and the internal force demands used for the design of structural components—such as the beams excluding the link beam portion, link beams, braces, and columns forming the lateral load-resisting system—are defined. The demand-to-capacity ratios of the existing structural members are derived based on linear analysis results. The nonlinear seismic behavior of the building is investigated using the nonlinear time history analysis method, one of the nonlinear analysis procedures presented in the Turkish Seismic Code (TSCB 2018). In addition to the details regarding the implementation of the nonlinear analysis method, the selection and scaling of real ground motion records, the development of the structural analysis model, and the evaluation of the results are comprehensively described. The nonlinear behavior of the structural members is based on the lumped plastic behavior (plastic hinge) model. In the study, a total of twenty-two nonlinear time history analyses were performed using eleven different earthquake ground motions. Storey and floor shear forces, relative storey drifts, internal force demands on diagonals and columns, shear force - displacement and moment - rotation demands on link beams were taken into account in the evaluation. Based on the average values of the demands obtained as a result of twenty-two nonlinear analyses, the adequacy of the capacity design approach prescribed in TSCB 2018 for eccentrically braced frames was investigated and seismic performance of the structural system was also assessed. At the end of the study, based on the results obtained from nonlinear time history analyses with real earthquake records, it is concluded that the nonlinear behavior of the structural system is in accordance with the design principle where plastic deformations occured only in the link beams, as preceding in the design. The plastic deformations occured under shear force effects on the link beam web, and the deformations in the frame elements outside of the link beam remained within the elastic region. The link beams have sufficient deformation capacity under shear effects to meet the performance target. The maximum link beam rotation calculated according to the design criteria is 0.07 radians, while the most unfavourable link beam rotation calculated using nonlinear time history analysis is 0.05 radians. The average-maximum shear force effect in the link beam cross-section observed on the first floor is 1.26V_p. In the design of the frame elements outside of the link beams, the amplification factors 1.1R_y V_p/V_E and 1.25R_y V_p/V_E which are based on the loading that causes plasticization of the link beam, are found to be consistent with the average-maximum internal forces obtained from nonlinear time history analysis. The link beams plastify uniformly, without any accumulation at any floor along the building height. No element in the structural system reached advanced damage level, and assuming that the joints and connections have sufficient strength, it was concluded that the building's structural system meets the Controlled Damage (Life Safety) performance level under a DD-2 design level earthquake ground motion (with a 10% probability of exceedance in 50 years) according to TSCB 2018 15.8.4. In the first chapter of this study, information is provided regarding the loads acting on buildings, the seismicity of Türkiye, tectonic plates and fault lines, and steel structures. Additionally, the objective of the study and a review of previous research related to the subject are presented. In the second chapter, based on the characteristics of the model building, detailed calculations related to the design of eccentrically braced steel frames in accordance with TSCB 2018 are presented. This chapter covers the definition of the structural system, cross-sectional and material properties of the members, floor plan, system cross-section, loading conditions, seismicity, assumptions made for establishing the finite element analysis model, structural system verifications, internal force demands corresponding to the mechanism condition for the design of structural elements, detailed capacity calculations, and demand-to-capacity ratios. In the third chapter, detailed information is presented regarding the seismic performance evaluation of the model building investigated in this study, in accordance with TSCB 2018. The chapter discusses the determination of the seismic performance target, identification of section damage limits and damage zones, the nonlinear analysis method, structural system model, definitions of plastic hinges, strength section definitions, and the selection and scaling of real earthquake ground motion records. These topics are addressed within the scope of the nonlinear analysis method used to evaluate the seismic performance of the model building. In the fourth section, the results obtained from both analysis methods for the model building, which is designed according to the capacity design principles and investigated for nonlinear dynamic behavior using the nonlinear time history analysis method are presented and evaluated. In the fifth and final section, the capacity design approach proposed for eccentrically braced steel frames in Turkis Seismic Code is interprented in light of the results obtained from nonlinear time history dynamic analysis and conclusions regarding the approaches are provided. In conclusion, it is observed that the capacity design principles applied in accordance with TSCB 2018 for the design of high ductility eccentrically braced steel frames provides a sufficiently accurate approach for determining the earthquake demands required for design the elements that remain in the elastic region.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    934515

    Numerical investigation of braces and replaceable links for steel frames

    Çelik çerçeveli sistemlerde kullanılan çapraz ve değiştirilebilir bağ kirişlerinin nümerik incelenmesi

    SINA KAZEMZADEH AZAD

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEM TOPKAYA

  2. Tez No

    310431

    Çelik levha perdeli sistemler (ÇLPS)'nin birinci elastik titreşim periyotlarının hesabı ve deprem yükleri altında kapasite tasarımı için bir ardışık yaklaşım yöntemi

    Fundamental periods of steel plate shear walls (SPSW) and a successive iteration method for their capacity design under earthquake loads

    İSMAİL GÜRKAN ARICI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK

  3. Tez No

    477750

    Comparison of structural response of traditional and tied eccentrically braced frames

    Geleneksel ve bağlı dış merkez çaprazlı çerçevelerin yapısal davranışlarının karşılaştırılması

    IHAB AMEER MAJED AL JABURE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ESRA METE GÜNEYİSİ

  4. Tez No

    398085

    Dış merkez çaprazlı çelik çerçevelerin doğrusal olmayan davranışlarının farklı bağ kirişi teşkilleri için incelenmesi

    Investigation of nonlinear behaviour of eccentrically braced frames with different link configuration

    ABDURRAHMAN KAYGUSUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER

  5. Tez No

    629077

    Dışmerkez ters y çaprazlı çok katlı çelik çervelerin deprem performansının incelenmesi

    Investigation of the performance of multistory eccentrically inverted y braced steel frame

    MERVE DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    İnşaat MühendisliğiBurdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. GÜLHAN İNCE

Geri Dön