Çelik çerçeve yapıların doğrusal olmayan deprem davranışı

Abstract

Ill ÖZET Günümüzdeki yapı standartları, öngörülen sismik istemleri ve yapısal davranışı tahmin etmek için lineer elastik analize izin vermesine karşın, pek çok yapı, deprem yükleri etkisi altında elastik ötesi bir davranış gösterdiği için lineer elastik prosedürler yetersiz kalmakta veya tam doğru sonuç vermemektedirler. Bu nedenle, son yıllarda, performansa dayalı sismik tasarım, hem mevcut yapıların güçlendirilmesi hem de yeni yapılacak olan yapıların tasarımında dünyadaki pek çok inşaat mühendisliği kuruluşları tararından en yaygın tercih edilen hesap yaklaşımı olmuştur. Performansa dayalı tasarım, yapının maruz kaldığı risk ve gösterebileceği performansın dengesine dayanır. Bu tasarım yaklaşımı geçmişte alışık olunan tasarım yaklaşımlarmdan oldukça farklıdır. Son zamanlarda, depreme dayanıklı yapı tasarımında yapıların en büyük deplasman davranışını tahmin etmek için doğrusal olmaya statik prosedürlerin kullanılması çok yaygm hale gelmiştir. Bu konu, özellikle FEMA 273(1997) (Guidelines For The Seismic Rehabilitation Of Buildings), ATC-40(1996) (Seismic Evaluation And Retrofit of Concrete Buildings) ve ATC-32 (Improved Seismic Design Criteria For California Bridge) gibi kaynaklarda oldukça geniş yer bulmaktadır. Bu çalışmada, dört deprem bölgesi ve dört farklı yerel zemini sınıfı için, üç kath, iki açıklıkh, on altı düzenli, on iki düzensiz olmak üzere toplam yirmi sekiz model üzerinde parametrik bir inceleme gerçekleştirilmiştir. Deprem hesap yöntemi olarak eşdeğer statik deprem yükü yöntemi kullanılmıştır. Boyutlandırma AISC-ASD 89' a göre program tarafından otomatik olarak yapılmıştır. Tüm eleman kesitlerinde İPE profilleri alınmıştır. Doğrusal analize göre boyutlandırılan tüm modellerin doğrusal olmayan davranışlarının incelenmesi amacı ile deplasman kontrollü pushover analizi P-A etkileri de dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Performans analizinde ise kapasite spektrum yöntemi kullanılmıştır. Yapılan incelemeler sonunda, yapıların deprem performans analizlerinde, yapının serbest titreşiminden elde edilen periyotların kullanılması daha doğru olacağı görülmüştür. Ayrıca, bazı düzensiz yapılarda (yumuşak kath yapı gibi), mafsallaşmanın ilk kat kolonlarında meydana gelmesinin, yapının çökme mekanizmaları açısından kritik bir durum oluşturduğu tespit edilmiştir. Çapraz elemanlar, yapıların rijitiğini artırırken aynı zamanda düktiliteyi azaltmakta, bu nedenle de çelik yapılarda gerekli inceleme yapılmadan yapılacak netleştirmelerin yapıların deprem performansını olumsuz etkilemesinin söz konusu olacağı sonucuna varılmıştır. Üç kath üç açıklıklı düzenli ve düzensiz düzlem çerçevelerin doğrusal olmayan deprem davranışlarım incelemek amacıyla gerçekleştirilen bu çalışma, farklı kat ve farklı açıklıklara sahip çelik çerçeve sistemler üzerinde daha sonra yapılacak detaylı analiz ve deneysel çalışmalarda, bu tip düzensizliklere sahip yapıların deprem performanslarının belirlenmesinde yararlı olacaktır. Anahtar Kelimeler : Performansa dayalı sismik dizayn, pushover analiz, deprem, çelik yapılar.

IV ABSTRACT Until recently, procedures for seismic evaluation of buildings were concerned with life-safety objectives and did not address building performance or damage control. Current building codes, however, permit linear elastic analysis to predict the structural response and estimate seismic demands. Since the actual response of most structures under the design earthquake loading results in inelastic behavior, linear elastic procedures are clearly inaccurate and inadequate. Therefore, in recent years, Performance Based Seismic Design has gained widespread support from the structural engineering community as a better methodology for use in the design of new structures or retrofit of existing buildings. By this methodology, performance objectives are established and structural systems are designed and analyzed to ensure the objectives are met. Unfortunately, the design process usually involves nonlinear analyses, which can be tedious and time consuming. However, if the design team can work together to come up with a well defined but simple structural system, which is easy to construct, implementing this design approach can be practical and economical as well. In this study, the nonlinear earthquake response of 13 parametric 2-D structural models (1 regular. 12 irregular) has been investigated. For the response of regular models, 16 combinations of 4 seismic zones and 4 seismic site factors were considered. Only combination that is used for the response of irregular models is the combination 1st. earthquake zone and 4* seismic site factor. Following findings has been established : 1) To use the period that obtained by free vibration analysis in seismic performance analysis gives better result than the periods that determinated by empirical formulation 2) Hinging at the 1st story columns which is shown some irregular buildings (such as soft story building) is critical for the collapse mechanism of the building 3) To make building rigid with out necessary investigation is likely to affect negatively the earthquake performance of buildings, since braced elements not only increases the building rigidity but also reduces its ductility. This investigation which has been carried out to study nonlinear earthquake response of 3 story and 3 span buildings, both regular and irregular, is hoped to be useful for the further detailed analysis and experimental studies on steel frame structures. Key words: Performance based seismic design, pushover analysis, earthquake, steel structures