Modelling and seismic response of structures equipped with viscoelastic dampers

Abstract

Son yıllarda yapıları dinamik dış etkilere karşı daha iyi korumak için mevcut klasik tasarıma ek olarak onu tamamlayıcı yeni yaklaşımlar üzerinde çalışılmaktadır. Bu yaklaşımlar, yapıya gelen etkilere karşı kuvvetler uygulayacak veya etkiyi kendi içinde sönümleyecek malzemeler ve sistemler üzerine yoğunlaşmaktadır. Pasif enerji sönümleme sistemleri dinamik etkilere maruz yapılardaki titreşim enerjisini iç sürtünme ve plastik deformasyonlar ile gidermektedir. Bu çalışmada, pasif kontrol sistemlerinden viskoelastik sönümleyicili yapıların analitik modeli ve deprem etkisini altındaki davranışları araştırılmıştır. Bu amaçla, referans çerçeve olarak beş katlı ve oniki katlı dört açıklıklı iki çelik çerçeve sistemi seçilmiş, moment taşıyan çerçeveler sönümleyicisiz ve viskoelastik sönümleyicili olarak tasarlanmıştır. Referans çerçevelerin ve viskoelastik sönümleyicili çelik çerçevelerin doğal deprem ivmeleri altındaki davranışları zaman tanım alanında dinamik analizleri yapılarak incelenmiştir. Dinamik analizlerde yer hareketi olarak 1991 Alkion, 1992 Erzincan ve 1999 İzmit depremleri kullanılmıştır. Böylece, elde edilen tepe yerdeğiştirmeleri, göreli kat öteleme oranları, kolon ve kirişlerdeki maksimum plastik dönme değerleri ve yapılardaki enerji dağılımları karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmiştir. Bu analitik çalışma sonucunda elde edilen verilere göre, viskoelastik sönümleyicili sistemlerin çelik çerçeveli yapıların deprem davranışları üzerinde önemli etkilerinin olduğunu göstermiştir.Anahtar kelimeler: Çerçeve yapı, Deprem performansı, Dinamik analiz, Pasif enerji sönümleme sistemleri, Viskoelastik sönümleyici

In recent years, there have been studies on innovative approaches additional to the conventional design approaches in order to better protect the structures from the external dynamic forces. These innovative approaches focus on the materials and systems that react to the dynamic forces and dissipate the energy in itself. These innovative systems that generally dissipate the energy through friction or plastic deformation are called as passive energy dissipation systems. This study is concerned with the analytical modelling and seismic response analysis of structures with passive energy dissipation devices, such as viscoelastic dampers. Viscoelastic dampers were used in structures in order to mitigate dynamic effects. For this purpose, five and twelve storey four bay steel moment resisting frames with and without viscoelastic dampers were designed. The reference frames (without damper) and the frames with viscoelastic dampers were analyzed through nonlinear time history analysis by using natural ground motions. In the dynamic analyses, 1991 Alkion, 1992 Erzincan, and 1999 İzmit earthquakes were utilized as a ground motion. As a result of these analyses, roof displacement time history, inter-storey drift ratios, maximum plastic rotation of beams and columns, and energy time history plots were evaluated. From the results of this study, it was pointed out that the viscoelastic passive energy dissipation systems had substantial positive effects on the seismic behavior of steel framed structures.Keywords: Dynamic analysis, Framed structures, Passive energy dissipation systems, Seismic behavior, Viscoelastic damper