Dolgu duvarlı çerçevelerin sonlu elemanlar yöntemi ile malzeme bakımından doğrusal olmayan hesabı

Abstract

ÖZET Dolgu duvarlar yapıyı dış ortamdan ayıran, yapıda mimari açıdan farklı mekanların oluşturulmasını sağlayan yapı elemanlarıdır. Dolgu duvarlar rijitlikleri ve ağırlıkları ile yapıyı önemli ölçüde etkilerler. Bu etkilerin göz önüne alınabilmesi için dolgu duvarlı çerçeve davranışının modellenmesi gereklidir. Yüklerin artışına bağlı olarak dolgu duvarlı çerçevede, dolgu duvar ve çerçeve arasında meydana gelen ayrılma ve dolgu duvarda oluşan çatlaklar davranışın modellenmesi açısından önemli olmaktadır. Bu amaçla, genellikle yatay yükler temel alınarak çeşitli modeller ortaya atılmıştır. Çoğunluğu doğrusal analize yönelik olan bu modellerde; eşdeğer diyagonal çubuk, polinomial gerilme fonksiyonları, eşdeğer çerçeve ve sonlu elemanlar yaklaşımları kullanılmaktadır. Doğrusal olmayan analize yönelik çalışmalar ise oldukça azdır. Bu modeller içinde sonlu elemanlar yöntemini kullanan modeller, davra nışın modellenmesi açısından daha uygun görünmektedir. Bu çalışmada dolgu duvarlı çerçevelerin gerçek davranışları göz önünde bulunduru larak malzeme bakımından doğrusal olmayan analizi yapılmıştır. Analizde dolgu duvar ve çerçeve arasında ayrılma meydana gelmesi, dolgu duvar ve çerçeve elemanları arasındaki bağıl hareketten doğan sürtünme kuvvetleri ile yapımdan kaynaklanan boşluk bulunması hali göz önüne alınmıştır. Dolgu duvarda yüklerin artışına bağlı olarak meydana gelen kırılma ve çatlaklar dikkate alınmış, burkulma kontrolü yapılmıştır. Dolgu duvarda iki eksenli geril meler için verilen bünye denklemleri kullanılmış, değişken bir yapıya sahip olan bu bünye denklemlerinin doğrusal olmayan analizde kullanılması sağlanmıştır. Statik yükler için yapı lan analizde yüklerin genel konumlu olduğu kabul edilmiştir. Dinamik yer hareketlerinden doğan atalet kuvvetlerinin dikkate alınabilmesi için çalışma yapılmıştır. Yapılan modelleme kullanılarak bilgisayar programları hazırlanmıştır. Dolgu duvarlı çerçeve davranışını etkileyen oldukça çok parametre vardır. Bu parametrelerden bazıları ha zırlanan bilgisayar programlan kullanılarak incelenmiştir. Yapılan incelemelerde dolgu duvarlı çerçevenin yalın çerçeveye göre oldukça rijit davrandığı gözlenmiştir. Çerçeve elemanlarının kırılmadan kalmaları halinde dolgu duvarda kırılma ve çatlaklar oluşsa bile, dolgu duvarlı çerçeve rijitliği tümüyle kaybolmamaktadır. Dolgu duvar içinde boşluk bulunması, dolgu duvarlı çerçeve rijitliğini önemli ölçüde azalt maktadır. İncelenen modellerde kırılmaların gerilme çatlakları nedeniyle meydana geldiği görülmüştür. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Dolgu Duvarlı Çerçeve, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Ayrılma, Sürtünme, Doğrusal Olmayan Analiz, Ortotropi, Kırılma ve Çatlama, Burkulma, Statik Yükler, Yer İvmeleri VI

SUMMARY Infill walls are the parts of the structure that separate the inner space from outdoor and serve to form architectural partitions inside. Infill walls, further affect the structure in its stiffness and weight. To take these effects into consideration, the behaviour of frames with infill walls must be modelled. In frames with infill walls, depending on the load level, seperation at the infill wall and the frame-interface and cracks in the infill wall are the two prominant features in modelling the behaviour. In this context, various models that are generally based on lateral loading have been proposed. These models which generally appeal to linear analysis use equivalent diagonal strut, polynomial stress function, equivalent frame and finite element approaches. Studies utilizing nonlinear methods, however are rare. Among these models those employing finite element methods appear to be more suitable in modelling the behaviour. In this study, materially nonlinear analysis of frames with infills walls are made considering their real behaviour. In the analysis, seperation at the wall-frame interface, friction between the wall and the frame due to relative movement of the wall and frame members and lack of fit effects coming from constructional inefficiencies. Formation of cracks and crushing in the walls with increasing loads are considered and buckling is checked. In the infill walls, constitutive equations for biaxial loading are used, and utilization of these highly nonlinear constitutive relations in such an analysis is provided. In the statical analysis no restriction is assumed for positioning and distrubution of loads. Effects of inertia forces arising from base translations is considered except for the stiffness softening effect under large load reversals. The procedure is coded in MS-BASIC for use in personal computers. There are a plethora of parameters that affect frame behaviour with infill walls. Several of these parameters are investigated through these programmes. In the investigations, frames with infill walls observed to respond more rigidly than frames without infill walls. Provided that frame members do not fail, infill walled frames still have some extra stiffness when cracks and local crushing occur in the walls. Openings in the walls reduce crushing rigidity of an infill walled frame significantly. In the case studies, it is observed that wall failure is due to tension cracks rather than wall buckling. Key Words: Infilled Frame, Finite Element Method, Separation, Friction, Nonlinear Analysis, Ortotrophy, Crushing and Cracks, Buckling, Statics Loads, Ground Acceleration VII