An adaptive 3-D pushover procedure for determining the capacity of existing irregular reinforced concrete (RC) buildings

Abstract

Özellikle son 20 yılda, yapıların kapasiteleri doğrusal olmayan klasik statik metotlar kullanılarak tespit edilmektedir. Statik yaklaşımlar, dinamik metotlara nazaran daha az bilgisayar emeği ve daha az hesaplama zamanına ihtiyaç duydukları için, çoğu tasarım mühendisi tarafından tercih edilirler. Buna rağmen, statik yöntemlerle yüksek modların etkilerini ya da modların işaret değişimlerini incelemek mümkün olamamaktadır.Bu olumsuzlukların önüne geçebilmek için, araştırmacılar yaygın olarak kullanılan klasik yöntemlerin geliştirilmesi gerektiği konusunda birleşmişlerdir. Uyarlamalı yöntemler ya da enerjiye dayalı yaklaşımlar bu çalışmaların sonuçlarına örnek olarak gösterilebilirler. Önerilen uyarlamalı yöntemlerin esas farklılıkları, yanal yük vektörünün tespiti sırasında ortaya çıkmaktadır. Literatür taraması yapıldığında, önerilen bu yöntemlerin çoğunda dahi, yüksek modların etkileri ve modların tersinir etkilerinin ihmal edildiği gözlemlenmektedir. Söz konusu metotların çoğu, iki boyutlu düzlemde modelleme esasına dayanır ve burulma etkilerini analizlerde dikkate almamaktadırlar. Oysaki günümüzde, burulma etkilerinin özellikle de, yüksek modların etkileri önemli olduğunda dikkate alınması gereken bir etmen olduğu bilinmektedir.Kat kesme kuvvetlerine dayalı uyarlamalı yöntemin temelinde, yanal yük bileşeninin kat kesme kuvvetleri dikkate alınarak hesaplanması yatmaktadır. Bu yöntemle modların tersinir etkilerini de dikkate almak mümkündür. Bu çalışmada, kat kesme kuvveti esasına dayalı uyarlamalı itme analizi yöntemi, üç boyutlu modelleme ve çözüm yapabilen bir program, NASAP, ile burulma etkilerini de dikkate alacak şekilde geliştirilmiştir. ELSA Laboratuvarında deneyleri gerçekleştirilen ve Türkiye'deki mevcut birçok yapı gibi düzensizlikleri bulunan SPEAR binası, geliştirilen yazılım ile test edilmek üzere örnek model olarak seçilmiştir.Uyarlamalı statik itme analizi sonuçları, PERFORM 3-D kullanılarak yapılan zaman tanım alanı sonuçları ile mukayese edilmiş ve kat ötelemeleri karşılaştırmaları belirlenmiştir. ELSA Laboratuvarından elde edilen deney verileri, geliştirilen yazılım ile bulunan teorik hesap sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Önerilen yöntem ile bulunan sonuçların, deney sonuçları ile tutarlı oldukları gösterilmiş ve klasik yöntemle elde edilen sonuçlar ile zaman tanım alanı sonuçları arasında %20'ye yakın fark olduğu tespit edilmiştir.

Especially in the last two decades, determining the structural capacity by using the nonlinear conventional static analysis methods has been widely used. Besides the fact that they lack of investigating the sign changes and the reversal effects of the higher modes, the static approaches need less computational time then the dynamic ones. This is the main reason why the majority of the design engineers prefer to use them.To overcome the mentioned deficiencies, the researchers proposed to determine the capacity by using different techniques. Adaptive pushover procedures, energy based approaches might be some examples to them. The main difference between the proposed adaptive procedures is the determination of the lateral load pattern. When the literature is checked, it can be concluded that majority of the investigated procedures are not able to take in to account the higher mode effects and the sign changes of the modal quantities since they use SRSS or CQC to combine the modal effects. Besides, most of the techniques are only applicable for 2-D models. They neglect the issue of torsion, whilst today it is a known fact that, irregularities should be investigated especially when higher modes are effective.Story shear adaptive based procedure is where the lateral load pattern is defined basing on the story forces. In the procedure, the lateral load pattern is calculated by investigating the sign changes. In this study, the story shear based adaptive pushover procedure has been improved for including the torsional effects by using a computer code, NASAP, which is capable of 3-D modeling. SPEAR building which was tested in ELSA laboratories, has been chosen as the test model since it is an irregular reinforcement concrete (RC) building assembling the majority of existing structures in Turkey.The results of the adaptive pushover procedure is compared with the time history analysis that are implemented using Perform 3-D and the drift profiles are determined. The experimental results that are gathered from ELSA, are compared with the theoretical results of the developed nonlinear static program. It has been stated that, the calculated results using the proposed procedure are in good agreement with the experimental ones. It is also shown that, the conventional procedures overestimates the capacity according to the time history domain analysis by 20%.