2007 Türk Deprem Yönetmeliği`nde revize edilen doğrusal yöntemin doğrusal olmayan yöntem ile parametrik olarak karşılaştırılması

Abstract

Yapı sistemlerinin dış yükler ve deprem etkileri altındaki davranışlarının incelenmesinde doğrusal ve doğrusal olmayan hesap yöntemleri kullanılabilmektedir. Doğrusal teoriye göre hesapta, malzemenin doğrusal-elastik ve yerdeğiştirmelerin çok küçük olduğu varsayılmakta, yönetmeliklerde yer alan doğrusal hesap yöntemleri uygulanarak yapı sisteminin analizi ve boyutlandırması yapılmaktadır. Doğrusal olmayan hesapta ise, malzemelerin doğrusal-elastik sınırın ötesindeki davranışı hesaba katılmakta ve yerdeğiştirmelerin çok küçük olmadıkları gözönünde tutulmaktadır.Aktif bir deprem kuşağı üzerinde bulunan ülkemizde yaşanan depremlerin sonuçları incelendiğinde, yapılardaki hasar miktarının ve bunun sonucunda oluşan can kayıplarının depremlerin büyüklüğüne oranla çok daha fazla olduğu görülmektedir. Bu durum, binaların depreme karşı dayanıklı, yeterli güvenlikte ve ekonomik olarak tasarımının önemini göstermektedir. Diğer taraftan, yapı ve deprem mühendisliğindeki ilerlemeler sonucunda, günümüzde depremlerin yapılar üzerindeki etkileri daha gerçekçi olarak elde edilmekte ve yapı taşıyıcı sistemlerinin doğrusal olmayan davranışlar daha yakından izlenebilmektedir.Ülkemizde, 1998 Türk Deprem Yönetmeliği'ne mevcut binaların deprem güvenliklerinin belirlenmesi ve güçlendirilmesi ile ilgili bir bölüm eklenerek 2006 Türk Deprem Yönetmeliği hazırlanmış ve bu kapsamdaki çalışmalar uygulanmaya başlanmıştır. 2006 yönetmeliğindeki doğrusal yöntemin revize edilmesi sonucunda oluşan 2007 Türk Deprem Yönetmeliği ise günümüzde kullanılmaktadır.Yüksek Lisans Tezi olarak sunulan bu çalısmada, ülkemizdeki orta yükseklikli mevcut betonarme binaları temsil etmek üzere seçilen bir grup yapı sistemi üzerinde, mevcut binaların deprem performansları doğrusal olmayan hesap yöntemi ile ve 2006 Türk Deprem Yönetmeliğinde yayınlandıktan sonra 2007 Türk Deprem Yönetmeliğinde revize edilerek yenilenen doğrusal elastik hesap yöntemi ile parametrik olarak değerlendirilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.Beş bölümden oluşan yüksek lisans tezinin birinci bölümü, konunun açıklanmasına ve konu ile ilgili çalışmaların gözden geçirilmesine ayrılmış, çalışmanın amacı ve kapsamı hakkında bilgi verilmiştir.İkinci bölümde, yapı sistemlerinin doğrusal olmayan davranışları incelenmekte ve doğrusal olmayan sistemlerin hesap yöntemleri gözden geçirilmektedir.Bu bölümde, malzeme bakımından doğrusal olmayan betonarme sistemlerinin iç kuvvet-şekildeğiştirme bağıntıları verilmiş, doğrusal olmayan şekildeğiştirmelerin belirli kesitlerde toplandığı varsayımına dayanan plastik mafsal hipotezi ve bu hipotezi esas alan hesap yöntemi açıklanmıştır.Üçüncü bölüm, mevcut yapıların deprem performanslarının belirlenmesi ve yeni inşa edilecek olan yapıların depreme dayanıklı olarak tasarımı amacıyla geliştirilen performansa dayalı tasarım ve değerlendirme kavramının açıklanmasına ayrılmıştır.Dördüncü bölümde, sayısal parametrik incelemeler yer almaktadır. Bu bölümde, ülkemizdeki orta yükseklikteki mevcut betonarme binaları temsil etmek üzere seçilen taşıyıcı sistem modelleri, çeşitli tarihlerde yürürlükte olan deprem yönetmeliklerine göre boyutlandırılmıştır. Bu sistemlerin ve bunların malzeme kalitesi ve sargı donatısı etkisi gibi parametrelerin değiştirilmesi ile elde edilen alternatiflerinin, 2007 Türk Deprem Yönetmeliği'nde revize edilen doğrusal yöntem ve doğrusal olmayan hesap yöntemleri ile deprem performansları belirlenmiş ve her iki yöntem ile elde edilen sayısal sonuçlar karşılaştırılmıştır.Beşinci bölüm, bu çalışmada varılan sonuçları kapsamaktadır. Çalışmanın başlıca özellikleri, sayısal sonuçların değerlendirilmesi ve incelenen konunun olası genişleme alanları bu bölümde sunulmuştur.Çalışmanın sayısal incelemelerinde elde edilen sonuçların başlıcaları aşağıda özetlenmiştir :i.2007 Türk Deprem Yönetmeliği'nde yer alan doğrusal ve doğrusal olmayan hesap yöntemleri ile belirlenen kesit hasar bölgeleri belirli ölçüde benzerlik göstermektedir. İki yöntemin sonuçlarının farklılık gösterdiği elemanlardaki değişim taşıyıcı sistemin boyutlandırıldığı yıllara ve tasarımda kullanılan deprem yönetmeliklerine bağlı olarak değişmektedir.ii.Beklenildiği gibi, 2007 TDY'nde öngörülen doğrusal hesap yöntemiile elde edilensonuçlar, 2006 TDY doğrusal hesap yöntemi ile eldeedilensonuçlara göre daha düşük hasar seviyeleri göstermektedir.iii.Beton kalitesinin düşük, sargı donatısının yeterli olmadığı durumlarda, kesitlerde görülen hasar seviyesi değişimi genellikle iki veya dahafazla hasar bölgesi aralığı mertebesindedir.iv.Doğrusal olmayan hesap yöntemi ile belirlenen kesit hasar bölgeleri genelde daha düşük hasar seviyeleri ifade etmektedir.

Both linear and non-linear methods are used to analyze the structural systems subjected to earthquake loads. In the linear theory, it is assumed that the material is linear-elastic and displacements are small, so that the structural analysis can be performed by the conventional linear methods given in the codes. In the non-linear analysis however, the second-order effects and the strength and deformation characteristics of materials beyond linear-elastic limit are taken into account.The high level of damage and loss of life experienced during the last earthquake events indicate the importance of safe and realistic structural design. On the other hand, the recent developments in structural engineering, computer technology and material science enable engineers to predict the real behavior of structural systems under earthquake effects, more accurately.In our country, by adding a new chapter to the 1998 Turkish Earthquake Code on the seismic evaluation and strengthening of existing buildings, the 2006 version of earthquake code was issued. One year later, some revisions were made on the linear seismic evaluation method given in the code and the 2007 Turkish Earthquake Code was finalized.In this study, which is presented as a Master of Science Thesis, a parametrical study is carried out on a group of structural systems which represent the mid-rise existing buildings. The purpose of the study is to evaluate the seismic performances of the selected structural systems through the non-linear method and linear methods given in 2006 and 2007 codes and to compare the results.The thesis consists of five chapters. The first chapter covers the subject, the results of a literature survey and the scope and objectives of the study.In the second chapter, the non-linear behavior of structural systems and non-linear analysis methods are investigated. The internal force-deformation relationships of materially non-linear reinforced concrete sections, the basic principles of plastic hinge hypothesis and the load increments method based on this hypothesis are explained.The third chapter is devoted to the seismic performance evaluations of existing structures, as well as the performance based design of new structures.In the fourth chapter, parametrical numerical studies are carried out. In this chapter, several framed structures which represent mid-rise reinforced concrete existing buildings are selected and designed in accordance with the code regulations recently used or currently effective in our country. Then, the earthquake performances of these structural system models and their alternatives with different concrete strength and confinement level are determined according to the 2006 version and revised version of linear method and non-linear method given by the 2007 Turkish Earthquake Code and the results are compared and discussed.The fifth chapter covers the results achieved in this study. The basic features of the study, the evaluation of the numerical results and possible extensions of the study are presented in this chapter.The basic conclusions of the numerical investigations are summarized below.i.The beam and column damage levels obtained through the linear and non-linear methods given 2007 Turkish Earthquake code are similar to some extent. The difference between the results of these two methods generally depends on the time of design and construction of the building and earthquake regulations used in the design.ii.As expected, the results obtained by the linear method given in the 2007 code indicate lower levels of damage as compared by thoseobtained by the 2006 code.iii.The beam and column damages obtained for structural systems with low concrete strength and unsufficient confinement are generally two or more levels lower.iv.The damage levels obtained through the non-linear evaluation method are lower than those obtained by the linear evaluation method.