Yapıların plastik enerji dengesine göre sismik tasarımı

Yapı sistemlerinin doğrusal olmayan analizi ve tasarımında enerji kavramına dayalı hesaplamalar, yer değiştirme esaslı yöntemlere bir alternatif olarak gelişmektedir. Enerjiye dayalı yapı tasarımı aynı zamanda yer değiştirme kavramını da içermekte ve diğer analizlere kıyasla daha rasyonel bir yöntem olarak anılmaktadır. Çalışmada kullanılan yöntemde, deprem etkisi yapıya bir enerji girişi olarak ele alınmakta ve yapı sistemi için genel enerji denge denklemi yazılmaktadır. Plastik mafsalların kiriş uçlarında ve kolon alt uçlarında oluştuğu ideal göçme mekanizması esas alınmaktadır. Yapı için bir göreli kat ötelemesi oranının hedeflenmesi ile tasarım yatay kuvvetlerinin sistem üzerinde yaptığı dış işin genel enerji dengesinden elde edilen plastik enerji ile eşitlenmesi sonucunda taban kesme kuvveti ifadesi türetilmektedir. Enerji esaslı taban kesme kuvvetinin seçilen 3 ve 5 katlı çelik çerçeve yapıların kat seviyelerine eşdeğer statik yük olarak etkitilmesinin ardından, belirli bir yönetmeliğe göre önceden boyutlandırılmış yapı taşıyıcı sisteminin plastik tasarımı belirlenen yeni taban kesme kuvvetine göre tekrarlanmaktadır. İteratif bir yaklaşım sunan tasarım yönteminde, bir önceki iterasyonun kesit boyutları elde edilene dek tasarım devam etmektedir. Tasarım sonucunda belirlenen taşıyıcı sistemin, enerji esaslı taban kesme kuvveti ile doğrusal olmayan artımsal itme analizinden belirlenen göreli kat ötelemesi oranları ile tasarımda hedeflenen göreli kat ötelemesi oranı karşılaştırılmaktadır. Esas alınan ideal göçme mekanizması durumunun oluşup-oluşmadığı kontrol edilmektedir. Sonuçlar ölçekli gerçek deprem ivme kayıtları ile gerçekleştirilen zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizlerin verdiği sonuçlarla karşılaştırılıp, yorumlanmaktadır.

Seismic design of structures based on plastic energy balance

Energy-based approaches are developed as an alternative to displacement-based methods in nonlinear analysis and design of structures. The structural design methodology based on energy concepts incorporates the displacement concept simultaneously and it may be mentioned more rational by comparison with the other existing methods. Earthquake is considered as an energy input to the structure within the study and then the general energy-balance equation is written for the structure system. Ideal collapse mechanism, where plastic hinges are assumed to be located on beam ends and column bases, is considered. An admissible interstory drift ratio is targeted for the design and base shear force expression is derived by equating the plastic energy from general energy-balance with the external work done by the design lateral forces. The new energy-based base shear force is distributed to story levels of 3- and 5-story steel structures as equivalent static lateral forces and then plastic design of structural system, which is predesigned that comply with a seismic code at the beginning of the methodology, is implemented. The structural design method involves an iterative technique and it is continued until the same sections of the former iteration are obtained. The interstory drift ratios obtained from pushover analysis using the inverted triangular distribution of energy-based base shear force are compared with the target drift of the design. The accepted ideal collapse mechanism is checked whether it occurs or not. The results are interpreted and compared to the results of nonlinear time history analyses performed by using the time histories of real earthquakes scaled in time domain.

___

  • Applied Technology Council. “ATC40 Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings Volume 1”. California, USA, SSC 96-01, 1996.
  • Federal Emergency Management Agency. “FEMA 356 Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings”. Washington, DC, USA, 2000.
  • Federal Emergency Management Agency. “FEMA 440 Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures”. Washington, DC, USA, 2005.
  • Structural Engineers Association of California. “Vision 2000 Performance Based Seismic Engineering of Buildings”. Sacramento, CA, USA, 1995.
  • Akbaş B, Shen J. “Earthquake resistant design and energy concepts”. Technical Journal of Turkish Chamber of Civil Engineers, 14(2), 2877-2901, 2003.
  • Bertero VV, Teran-Gilmore A. Use of Energy Concepts in Earthquake-Resistant Analysis and Design: Issues and Future Directions. Advances in Earthquake Engineering Practice: Series 2, University of California, Berkeley, 1994.
  • Leelataviwat S, Goel SC, Stojadinovic B. “Energy based seismic design of structures using yield mechanism and target drift”. ASCE Journal of Structural Engineering, 128(8), 1046-1054, 2002.
  • Teran-Gilmore A, Avila E, Rangel G. “On the use of plastic energy to establish strength requirements in ductile structures”. Engineering Structures 25(7), 965-980 2003.
  • Khashaee, P, Mohraz B, Sadek F, Lew HS, Gross JL. “Distribution of Earthquake Input Energy in Structures”. The National Institute of Standards and Technology (NIST), Building and Fire Research Laboratory, NISTIR 6903, USA, 2003.
  • Fajfar P, Vidic T, Fischinger M. “On the energy input into structures”. Proceedings of the Pacific Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, 20-23 November 1991.
  • Zahrah TF, Hall WJ. “Earthquake energy absorption in SDOF structures”. Journal of Structural Engineering, 110(8), 1757-1773, 1984.
  • Leelataviwat S, Saewon W, Goel SC. “Application of energy balance concept in seismic evaluation of structures”. Journal of Structural Engineering, 135(2), 113-121, 2009.
  • Akiyama H. Earthquake-Resistant Limit State Design for Buildings. Japan, The University of Tokyo Press, 1985.
  • Housner GW. “Limit design of structures to resist earthquakes”. The First World Conference on Earthquake Engineering, Berkeley, California,12-15 June 1956.
  • Chopra AK. Dynamics of Structures, Theory and Applications to Earthquake Engineering. Upper Saddle River, NJ, USA, Prentice Hall, 1995.
  • Kuwamura H, Galambos T. “Earthquake load for structural reliability”. Journal of Structural Engineering, 115(6), 1446-1462, 1989.
  • Fajfar P, Vidic T. “Consistent inelastic design spectra: hysteretic and input energy”. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 23(5), 523-537, 1994.
  • Benavent-Climent A, Pujades LG, Lopez-Almansa F. “Design energy input spectra for moderate seismicity regions”. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 31(5), 1151-1172, 2002.
  • Benavent-Climent, A, Lopez-Almansa F, Bravo-Gonzales DA. “Design energy input spectra for moderate-to-high seismicity regions based on Colombian earthquakes”. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30(11), 1129-1148, 2010.
  • Bai J, Ou J. (2012). “Plastic limit-state design of frame structures based on the strong-column weak-beam failure mechanism”. 15th World Conference on Earthquake Engineering, Lisboa, Portugal, 24-28 September 2012.
  • Çevre ve Şehircilik Bakanlığı. “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik”. Ankara, Türkiye, 2016.
  • Zahrah TF, Hall WJ. “Earthquake energy absorption in SDOF structures”. Journal of Structural Engineering, 110(8), 1757-1773, 1984.
  • Uang CM, Bertero VV. “Use of Energy as a Design Criterion in Earthquake Resistant Design”. Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, USA, UCB/EERC-88/18, 1988.
  • Manfredi G. “Evaluation of seismic energy demand”. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 30(4), 485-499, 2001.
  • Lopez-Almansa F, Yazgan AU, Benavent-Climent A. “Design energy input spectra for high seismicity regions based on Turkish registers”. Bulletin of Earthquake Engineering, 11(4), 885-912, 2013.
  • Leelataviwat S, Goel S, Stojadinović B. "Energy-based seismic design of structures using yield mechanism and target drift". Journal of Structural Engineering, 128(8), 1046-1054, 2002.
  • International Conference of Building Officials. “Uniform Building Code”. Whittier, California, USA, 1994.
  • International Conference of Building Officials. “Uniform Building Code”. Whittier, California, USA, 1997.
  • European Committee for Standarization. “Eurocode 8: Design of Structures for Earthquake Resistance-Part 1: General Rules, Seismic Actions and Rules for Buildings”. Brussels, 2004.
  • Kalkan E, Kunnath SK. “Effective cyclic energy as a measure of seismic demand”. Journal of Earthquake Engineering, 11(5), 725-751, 2007.
  • Bayındırlık ve İskan Bakanlığı. “Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik”. Ankara, Türkiye, 2007.
  • Yüksel İ, Polat Z. “Betonarme çerçeve sistemlerinde sistem akma parametrelerinin tespiti”. Uluslararası Yapı ve Deprem Mühendisliği Sempozyumu, Ankara, Türkiye, 14 Ekim 2002.
  • Tjhın TN, Aschheim MA, Wallace JW. “Yield displacement estimates for displacement-based seismic design of ductile reinforced concrete structural wall buildings”. The 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada, 1-6 August 2004.
  • Özer E. Yapı Sistemlerinin Lineer Olmayan Analizi. İstanbul, Türkiye, Ders Notu, İTÜ, 2004.
  • Computers and Structures Inc. “SAP2000 Ultimate: Integrated Solution for Structural Analysis and Design”. Structural Analysis Program, Version 18.0.1, Berkeley, CA, 2015.
  • Liao WC. Performance-Based Plastic Design of Earthquake Resistant RC Moment Frames. PhD Thesis, The University of Michigan, Ann Arbor, USA, 2010.
  • Pacific Earthquake Engineering Research Center. “PEER Ground Motion Database”. http://ngawest2.berkeley.edu/ (12.12.2015).
  • Seismosoft Ltd. “SeismoSpect v2.1.2”. Italy, 2015.
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-7009
  • Başlangıç: 1995
  • Yayıncı: PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yanal yüklere maruz kalan betonarme bacalarda boşluk köşe donatılarının farklı yerleşimlerinin sayısal olarak incelenmesi

Sami And KILIÇ

Dünya ve Türkiye’de gemilerden kaynaklanan deniz kirliliği ve atık kabul tesisleri: Genel perspektif, yönetim ve öneriler

Neslihan DOĞAN-SAĞLAMTİMUR, Emre SUBAŞI

Uçucu kül, kireç ve cam tozu kullanarak blok üretimi

Paki TURGUT

İklim değişikliğinin bitki yetiştiriciliğine etkisi: model bitkiler ile Türkiye durumu

Fulya AYDIN, Hasan SARPTAŞ

Sandıklı havzası (Afyonkarahisar-Türkiye) içme sularında doğal radyoaktivite ve duraylı izotop özelliklerinin belirlenmesi

Fatma AKSEVER, Ayşen DAVRAZ, Remzi KARAGÜZEL

Statik ve dinamik yüklere maruz betonarme konsol istinat duvarlarının diferansiyel gelişim algoritması ile optimum tasarımı

Ali Haydar KAYHAN, Ahmet DEMİR

Yatay deşarj edilen soğuk-yoğun atıksuların bazı deşarj parametrelerinin belirlenmesi

Naim SEZGİN

Kapak altı batmış akım mansabında meydana gelen oyulmaların sayısal simülasyonu

Mehmet Cihan AYDIN, Çimen KARADUMAN

Kükürt dioksit analizi için West-Gaeke ve hidrojen peroksit yöntemlerinin uygulanabilirliğinin araştırılması

Sibel ÇUKURLUOĞLU, Elif Gözde TEMÜR

Tekstil endüstrisinde bütünleşik membran sistemi ile su geri kazanımı ve hibrit ileri oksidasyon/membran filtrasyonu ile konsantrelerin arıtımı ve yönetimi

Berna KIRIL MERT, Esra C. DOĞAN, Esin BALCI, Yasemin M. TİLKİ, Şeyda AKSU, Ayşegül Y. GÖREN, Coşkun AYDINER