YAPILARIN STATİK VE DİNAMİK YÜKLER ETKİSİNDEKİ DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

Abstract

Mevcut deprem yönetmeliklerinde yer alan lineer statik yöntemler, uygulama mühendislerince binaların analiz ve tasarım amaçları için sıkça kullanılmaktadır. Bununla birlikte, deprem yükü azaltma katsayısı kullanılarak azaltılmış bir deprem yüküne göre tasarlanmış binaların, tasarım depremine maruz kaldıklarında elastik ötesi bir davranış göstermeleri beklenmektedir. Şiddetli bir deprem altında göçmeyi önlemek için bir binanın yeterli dayanım ve sünekliğe sahip olması istenir. Mevcut deprem yönetmeliklerine göre tasarlanmış bir binanın güvenliği elastik olmayan uygun bir analiz yöntemiyle de belirlenebilir. Binaların doğrusal olmayan modellemesi yapılırken, genellikle toplanmış ve yayılı plastik mafsal modelleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında betonarme yapıların statik ve dinamik yükler altındaki davranışı yayılı plastik mafsal modeli (fiber eleman modeli) kullanılarak incelenmiştir. Tez çalışmasının birinci bölümünde betonarme malzemenin özellikleri, binaların deprem davranışını etkileyen parametreler, çalışmasının amacı ve kapsamı ifade edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde yayılı ve toplanmış plastik mafsal modellerini kullanarak yapılan çalışmalar sunulmuştur. Çalışmanın üçüncü bölümünde yapı sistemlerinin doğrusal olmayan davranışları ve nedenleri hakkında bilgi verilmiştir. Tez çalışmasının dördüncü bölümünde yayılı plastik mafsal ve toplanmış plastik mafsal modelinin teorik kısmı ile ilgili bilgi verilmiştir. Çalışmanın beşinci kısmında yayılı ve toplanmış plastik mafsal modellerini kullanarak sayısal uygulamalar yapılmıştır. Bunun için birbirinden farklı, betonarme yapılar tasarlanarak doğrusal olmayan dinamik ve statik itme analizleri yapılmıştır. Dinamik analizler için seçilen ivme kayıtları kullanılmıştır. Tez çalışmasının birinci nümerik uygulamasında, toplanmış plastik mafsal ve yayılı plastik mafsal modelleri kullanılarak çerçeveli bir sistemin statik itme analizleri farklı yanal yük şekilleri için yapılmış ve bu mafsal modelleri için bir karşılaştırma yapılmıştır. İkinci sayısal çalışmada ise, seçilen bir çerçeve sisteminde yayılı plastik mafsal modeli kullanılarak zemin sınıfı etkisinin oluşturduğu hasarlar incelenmiştir. Bunun için Türk Deprem Yönetmeliği'nde (DBYBHY–2007) zemin sınıfları için tanımlanan tasarım spektrumlarına göre seçilen deprem kayıtları ölçeklendirilmiş ve doğrusal olmayan dinamik analizleri yapılmıştır. Analizler sonucunda seçilen yapı modelinde oluşan hasarlar belirlenmiştir. Ayrıca bu yapı modellerinin statik itme analizi yapılarak, doğrusal olmayan dinamik analiz sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Üçüncü sayısal uygulamada, betonarme yapı sistemlerinin artan yanal statik yükler altındaki davranışı yönetmeliğe uygun sargı donatısının bulunup bulunmaması ve farklı beton basınç dayanımları dikkate alınarak yayılı plastik mafsal modeliyle incelenmiştir. Bunun için 11 katlı, 4 açıklıklı sırasıyla C20, C25, C30 ve C35 beton dayanımlarına sahip betonarme yapı sistemleri tanımlanmıştır. Seçilen bu yapı sistemlerinin kolon ve kirişlerindeki sıklaştırmalar DBYBHY–2007'ye uygun ve uygun olmayan şekilde dikkate alınarak karşılaştırmalar yapılmıştır. Dördüncü sayısal çalışmada ise, Türk Deprem Yönetmeliği ve Eurocode–8 yönetmeliğinde tanımlanan tasarım spektrumları kullanılarak bir karşılaştırma yapılmıştır. Bunun için her iki yönetmelikte tanımlanan tepki spektrumlarına göre seçilen deprem kayıtları ölçeklendirilmiş ve yayılı plastik mafsal modeli kullanarak doğrusal olmayan dinamik analizler yapılmıştır. Yapısal hasarlar, elde edilen sonuçlara göre değerlendirilmiştir. Bu tez çalışmasıyla, betonarme yapıların doğrusal olmayan statik ve dinamik analizlerinde yayılı plastik mafsal modelinin uygulanabilirliği gösterilmeye çalışılmış ve gelecek çalışmalara kaynak olması hedeflenmiştir.

Linear static methods existed in the current seismic codes are used by civil engineers for analyses and design of buildings. However, it is expected that buildings, designed according to decreasing earthquake load which decreased using earthquake load reduction coefficient, show post elastic behaviour. To provide collapse of a building during a destructive earthquake, it is desired that the building has adequate strength and ductility. Earthquake safety of a building which designed current seismic code could be determined by appropriate nonlinear analysis methods. Generally lumped and distributed plastic hinge models are used while nonlinear modelling of a building. In this thesis, behaviour of reinforced concrete buildings under static and dynamic loads is investigated by using distributed plastic hinge model (fiber element model). In the first chapter of the thesis; properties of reinforced concrete material, parameters which effect to earthquake behaviour of the buildings, object of the study and scope are expressed. In the second chapter of the thesis, the studies including distributed and lumped plastic hinge models in the literature are presented. In the third chapter of the study, it is informed that about nonlinear behaviour of structural systems and causes of them. In the fourth chapter of the study, numerical applications are performed by using distributed and lumped plastic hinge models. Therefore, various reinforced concrete structures are designed and nonlinear dynamic and static pushover analyses are performed. Selected earthquake acceleration records are used for dynamic analyses. In first numerical study of this thesis, static pushover analyses of a reinforced concrete frame are performed according to various lateral load shape by using lumped plastic hinge and distributed plastic hinge and results are compared for these hinge models. For second numerical study, damages which occurred by soil effect, for selected plane system are investigated by using distributed plastic hinge model. For this, selected earthquake acceleration records are scaled according to design spectrum which defined for local soil classes in Turkish Seismic Code and nonlinear dynamic analyses are performed. Damages occurred in the selected structure model are evaluated after analyses. Also, static pushover analysis of the structure model is performed and compared with results of nonlinear dynamic analysis. In third numerical application, behaviour of reinforced concrete structure systems which subjected to increasing lateral static loads by considering whether or appropriate confined reinforcement and various concrete compressive strength is investigated by using distributed plastic hinge model. For this, reinforced concrete structure systems are designed which have 11 stories and 4 spans and C20, C25, C30 ve C35 concrete strength respectively. Confinement reinforcement spacing of columns and beams of selected structural systems is designed as appropriate and inappropriate to Turkish Seismic Code and after the analyses obtained results are compared. In fourth numerical study, a comparison is made by using design spectrums of Turkish Seismic Code and Eurocode-8. Therefore, selected earthquakes acceleration records are scaled according to response spectrum which defined each codes and nonlinear dynamic analyses are performed by using distributed plastic hinge model. Structural damages are evaluated according to obtained results. In this thesis study, it is aimed to show applicability of distributed plastic hinge model for nonlinear static and dynamic analyses of reinforced concrete structures and to be source for future studies.