Çelik çerçevelerin enerjiye dayalı tasarımında kat yatay yer değiştirmelerinin etkisi

Onur MERTER; Taner UÇAR; Mustafa DÜZGÜN

Makale detayları

Çelik çerçevelerin enerjiye dayalı tasarımında kat yatay yer değiştirmelerinin etkisi

Yazarlar:

Onur MERTER | Taner UÇAR | Mustafa DÜZGÜN

Yayıncı:

Dicle University

Dergi:

Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 2011 Vol.2 Issue 2, pp.67-78

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

11/2011

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2000950872

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2146-4391

pISSN:

1309-8640

Anahtar kelimeler:

Özet:

 

Earthquake-resistant design methods for the
 structures are generally force-based and
 displacement-based. In the force-based methods;
 internal forces must not exceed the bearing capacity
 of the structural members under external forces. It is
 aimed that excessive displacement of the structure
 under earthquake effects must be prevented in the
 displacement-based design methods. In the energybased
 methods; earthquake input energy must be
 consumed in the structural members with the
 nonlinear behavior and as a result the structure
 must remain stable without collapsing.
 In the study, multi-story steel frames, which are
 predesigned by considering the Turkish Seismic
 Design Code (2007), are redesigned according to
 the different predefined sway displacements and
 selected yield mechanism using the energy equations
 which are written at each story level. The effect of
 sway displacements on the energy-based design of
 steel frame is studied. The variations in the
 dimensions of the steel structural systems are
 searched by choosing different interstory drift ratios
 in connection with the different sway displacements
 which correspond to different performance levels.
 The sway target displacements in the design are
 compared with the displacement results of the
 nonlinear static pushover analysis and dynamic time
 history analyses for chosen earthquake records.
 Dimensions of the steel profiles that constitute the
 structural system of the frames decrease with
 increasing target displacement of the story. It is
 observed that the sway displacement results of the
 nonlinear static pushover analyses and dynamic
 time history analyses do not exceed the target
 displacement limits which are defined at the
 beginning of the energy-based design.
 The design method in the study is for the design of
 new structures. It is accepted in the study that the
 stored energy to the steel structures under the effect
 of an earthquake is calculated using Housner’s input
 energy equation. Housner’s total input energy is
 expressed as the sum of the elastic and plastic
 energies assuming the total energy is consumed by
 the linear elastic and nonlinear behavior of the
 structural system. The elastic energy of the system is
 defined by Akiyama’s elastic energy equation. The
 plastic energy of the system is obtained from
 Housner’s total input energy and Akiyama’s elastic
 energy. The plastic energy equation is obtained by
 subtracting the elastic energy from the total input
 energy of the system. Then the plastic energy is
 obtained again by equating the external and internal
 works of the plastic hinges of the system. Plastic
 energies which are defined by different approaches
 are equated to each other. Energy-based base shear
 force of the system is obtained from the equation of
 the plastic energies. Energy-based base shear force
 expression that is obtained within the study depends
 on the properties such as yield mechanism, story
 displacements, period of vibration and story heights,
 story numbers and story weights of the structures.
 The effect of story displecements in the energy-based
 base shear force equation is expressed in terms of
 interstory drift ratios. After calculating the energybased
 base shear, beam and column design are
 performed according to the plastic design concept.
 Beams are designed writing energy balance
 equation in the story beam levels. Then columns are
 designed according to combined both the axial force
 and bending moment values. In the study, European
 Norm Profiles are chosen for the steel structural
 system. Five-story regular steel frames with two
 bays and three meters story heights are designed
 taking 1.5%, 2% and 3.5% interstory drift ratios. It
 is assumed that there is a 30 kN/m total uniformly
 distributed load in all spans.
 As a conclusion, the effect of story displacements on
 the energy-based structural design is searched
 within the study. Taking different interstory drift
 ratios or indirectly different story displacements,
 different base shears are calculated in the design.
 So; different steel profile dimensions are obtained
 for different story displacements. Steel profile
 dimensions decrease with increasing the story
 displacement values. Nonlinear static pushover
 analyses and dynamic time history analyses are used
 to check the results of the energy-based design
 method. It is seen from the results of nonlinear static
 analyses and time history analyses for the chosen
 earthquake effects that the predefined story
 displacements or interstory drift ratios at the
 beginning of the energy-based design are not
 exceeded.

 

Günümüzde depreme dayanıklı yapı tasarımı genellikle dayanım ve yer değiştirme esaslı yöntemlerle
 gerçekleştirilmektedir. Dayanım esaslı tasarım yöntemlerinde, dış yükler altında taşıyıcı sistem
 elemanlarında oluşacak iç kuvvetlerin elemanların taşıma gücünü aşmaması gerekmektedir. Yer değiştirme
 esaslı yöntemlerde, deprem etkisi altındaki yapının aşırı yatay yer değiştirme yapmasının önlenmesi
 amaçlanmaktadır. Enerji esaslı yöntemlerde ise hedeflenen durum; depremle birlikte yapı sistemine giren
 toplam enerjinin, taşıyıcı sistem elemanlarının doğrusal olmayan davranışı sonucu tüketilebilmesi ve yapının
 toptan göçme yapmadan ayakta kalabilmesidir.
 Çalışmada, yapı kat seviyelerinde yazılan enerji denklemlerinden yola çıkılarak, 2007 Türk Deprem
 Yönetmeliğine göre ön boyutlandırması yapılan çok katlı çelik çerçeve yapıların, seçilen göçme
 mekanizmasına ve öngörülen farklı kat yatay yer değiştirmelerine göre tasarımı yapılmıştır. Enerji esaslı
 çelik çerçeve tasarımında kat yatay yer değiştirmelerinin etkisi araştırılmıştır. Farklı performans
 seviyelerine karşılık gelen farklı göreli kat ötelenmesi oranlarının, dolayısıyla farklı kat yatay yer
 değiştirmelerinin seçilmesi ile çelik taşıyıcı sistem boyutlarındaki değişim gözlenmiştir. Tasarımda
 hedeflenen kat yatay yer değiştirmeleri, doğrusal olmayan statik artımsal itme analizi ve seçilen deprem
 kayıtları için gerçekleştirilen zaman tanım alanında dinamik analizlerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
 Hedeflenen kat yatay yer değiştirmesinin artması ile birlikte, taşıyıcı sistemi oluşturan çelik profillerin
 boyutlarında azalma meydana geldiği görülmüştür. Beş katlı çelik çerçevelerin doğrusal olmayan statik
 analizi ve zaman tanım alanında dinamik analizleri sonucunda elde edilen kat yatay yer değiştirmesi
 değerlerinin, enerjiye dayalı tasarım yönteminin başlangıcında öngörülen değerleri aşmadığı gözlenmiştir.

Makale detayları

Çelik çerçevelerin enerjiye dayalı tasarımında kat yatay yer değiştirmelerinin etkisi

Yazarlar:

Onur MERTER | Taner UÇAR | Mustafa DÜZGÜN

Yayıncı:

Dicle University

Dergi:

Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 2011 Vol.2 Issue 2, pp.67-78

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

11/2011

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2000950872

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2146-4391

pISSN:

1309-8640

Enerji esaslı tasarım

Kat yatay yer değiştirmesi

Göçme mekanizması

Doğrusal olmayan statik artımsal itme analizi

Zaman tanım alanında dinamik analiz

Sayı

Makale detayları

Çelik çerçevelerin enerjiye dayalı tasarımında kat yatay yer değiştirmelerinin etkisi

Yazarlar: Onur MERTER | Taner UÇAR | Mustafa DÜZGÜN

Yayıncı: Dicle University

Dergi: Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 2011 Vol.2 Issue 2, pp.67-78

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 11/2011

Belge Dili: Türkçe

Document ID (Org No.): 2000950872

Sıklık: Üç Aylık

eISSN: 2146-4391

pISSN: 1309-8640

Enerji esaslı tasarım

Kat yatay yer değiştirmesi

Göçme mekanizması

Doğrusal olmayan statik artımsal itme analizi

Zaman tanım alanında dinamik analiz

Sayı

Yazarlar:

Onur MERTER | Taner UÇAR | Mustafa DÜZGÜN

Yayıncı:

Dicle University

Dergi:

Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 2011 Vol.2 Issue 2, pp.67-78

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

11/2011

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2000950872

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2146-4391

pISSN:

1309-8640