Nonlinear analysis of conventional and buckling restrained braced frames under near field ground motions

Abstract

Bu çalışmada, yakın alan yer hareketlerine maruz kalan değişik tipte geleneksel ve burkulması önlenmiş çaprazlarla güçlendirilmiş moment aktarabilen çerçevelere sahip binaların yapısal tepkilerini karşılaştırmak için doğrusal olmayan statik ve dinamik analizler yapılmıştır. Çalışmanın amacına yönelik olarak 6 m'lik iki eş açıklığa sahip toplam 20 m yüksekliğinde iki farklı çerçeve sistemi ömek çalışma olarak ele alınmıştır. Mevcut çelik çerçeveler iki farklı duruma göre tasarlanmıştır. Bunlar şu şekilde adlandırılmıştır: a) kat mekanizmasına bağlı göçmeyi engelleyecek özelliği bulunmayan sıradan moment aktaran çerçeve (SMAÇ) ve b) toplam mekanizma oluştuktan sonra göçmeye göre tasarlanmış özel moment aktaran çerçeve (ÖMAÇ). Daha sonra, geleneksel ve burkulması önlenmiş çaprazlar mevcut çerçeve açıklıklarına yerleştirilmiştir. Çaprazlı çerçeve yapılar için, üç farklı diyagonal şekli uygulanmıştır. Northridge ve Kobe deprem kayıtları yapay deprem şiddetini belirlemek için kullanılmıştır. Herbir çerçeve sistemi için kapasite eğrisi, katlararası öteleme indisi, genel hasar indisi, taban kesme kuvveti, tepe kesme kuvveti ve plastik mafsallaşma durumları değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, geleneksel ve özellikle burkulması önlenmiş çerçevelerin deprem performanslarında önemli iyileştirmeler gözlenmiştir.Anahtar kelimeler: Burkulması önlenmiş çapraz, Diyagonal çapraz, Deprem, Çerçeve, Doğrusal olmayan analiz, Yapısal tepki.

In this study, nonlinear static and dynamic analyses were performed to compare the structural response of different type of moment resisting frame buildings with diagonally conventional braces (CBs) and buckling restrained braces (BRBs) subjected to near-field ground motions. For the purpose of this study, two bare frames having two equal 6 m bays and a total height of 20 m were selected as case studies. The existing steel frames were designed according to two different cases. They were referred to as a) ordinary moment-resisting frames (OMRF), designed without any provision for preventing the collapse due to storey mechanism and b) special moment-resisting frames (SMRF), designed to fail after the global mechanism occurred. Then, conventional and buckling-restrained braces were inserted in the bays of the existing frames. For the braced frame structures, diagonal type with three different configurations was used. For the earthquake excitation, artificial pulses that were equivalent to Northridge and Kobe records were taken into consideration. Capacity curve, interstorey drift index, global damage index, base shear, top shear, damage index and plastification were evaluated for each frame system. The results exhibited a substantial improvement in the earthquake performance of the frames with the incorporation of conventional and especially buckling-restrained braces.Keywords: Buckling-restrained brace, Diagonal brace, Earthquake, Frame, Nonlinear analysis, Structural response.