Development of hysteretic dampers for concentrically braced frames
Merkezi çaprazlı çelik çerçeveler için histeretik enerji sönümleyicilerin geliştirilmesi
- Tez No: 973544
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM TOPKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çelik yapısal sistemlerde, deprem ve rüzgar gibi yatay yükler altında dayanım sağlamak amacıyla moment aktaran çerçeveler ile merkezi veya dışmerkez çaprazlı çerçeveler kullanılabilir. Bu sistemler arasında en verimli çözümü sağlayan yapı, merkezi çapraz çerçevelerdir (MÇÇ'ler). Bu sistemlerde, yatay yüklere karşı dayanım, çapraz elemanının eksenel dayanımı ile elde edilir. Deprem yükleri altında, çapraz elemanlarının akma ve burkulmasıyla enerji sönümlenir. Ancak, çapraz elemanlarının burkulması, MÇÇ sisteminin enerji sönümleme kapasitesini sınırlamaktadır. Son yirmi yıl içinde, MÇÇ sistemlerinin davranışını iyileştirmek amacıyla burkulması önlenmiş çapraz elemanlar (BÖÇ) geliştirilmiştir. Son yıllarda, yapıların sismik dayanıklılığı ve çabuk iyileşme özelliği ön plana çıkmıştır. Yapıların deprem sonrasında hızlı ve etkin bir şekilde güçlendirilmesi de büyük önem taşımaktadır. Ancak BÖÇ'lü sistemlerin kullanımında iki önemli dezavantaj bulunmaktadır. Birincisi, BÖÇ elemanlarının uzunlukları nedeniyle mevcut yapılarda değiştirilmesi zorlu bir işlemdir. İkincisi ise, BÖÇ'lü sistemlerde deprem sonrası kalıcı ötelenmelerin oluşmasıdır. Geleneksel çapraz elemanların uçlarına histeretik enerji sönümleyiciler monte edilerek değiştirilebilirlik sağlanmaya çalışılmaktadır. Ayrıca, kalıcı ötelenmeleri ortadan kaldırmak için kendinden merkezleme özelliklerine sahip sistemler üzerinde çalışmalar sürdürülmektedir ancak bunlar genellikle karmaşık ve pahalıdır. Geçmişte yapılan sayısal çalışmalar, yüksek gerinim sertleşmesine sahip olan sistemlerin kalıcı deplasmanları önemli ölçüde azaltabileceğini göstermektedir. Bu çalışmanın amacı, BÖÇ'lerin her iki büyük dezavantajına da hitap eden çözümler geliştirmektir. Bu hedef doğrultusunda, beş farklı tipte histeretik sönümleyici geliştirilmiştir. Bu sönümleyicilerin boyutları, tipik BÖÇ'lere kıyasla çok daha kısadır ve bu da büyük bir deprem sonrası kolayca değiştirilmesini sağlamaktadır. Ayrıca, bu sönümleyicilerin yük-deplasman karakteristikleri, tipik BÖÇ'lerin sertlik eğrisine göre çok daha sert bir sertlik dalgası sunarak, teorik olarak deprem sonrası oluşan kalıcı deplasman miktarını azaltmaktadır. Bu sönümleyicilerin performansını değerlendirmek amacıyla deneysel ve sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen sönümleyiciler üzerine yapılan deneyler, önce eleman düzeyinde başlayıp, ardından çerçeve sistemindeki çapraz eleman uçlarına entegrasyonu ile ilerlemiştir. Bu deneyler için üç ayrı test düzeneği kullanılmıştır: iki test düzeneği eleman düzeyinde, diğeri ise çerçeve sistemi düzeyinde yapılan deneyler içindir. Deneyler çeşitli yükleme yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu deneysel çalışmalar, sönümleyicilerin performansını değerlendirmek için kritik yük-deplasman verilerini sağlamıştır. Deneysel çalışmalara ek olarak, ABAQUS ve ANSYS programlarında 2D ve 3D modeller kullanılarak kapsamlı sayısal analizler yapılmıştır. Bu analizler, sönümleyicilerin maksimum deplasman kapasitesi gibi kritik parametrelerin belirlenmesine yardımcı olmuş ve sönümleyicilerin davranışını daha iyi anlamamıza katkıda bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Moment-resisting frames (MRFs) and concentrically or eccentrically braced frames (CBFs or EBFs) are commonly used in steel structural systems to resist lateral loads from wind and earthquakes. CBFs dissipate energy through the yielding and buckling of diagonal brace members. In the past two decades, buckling-restrained braces (BRBs) have been developed and commercialized to improve the energy dissipation capabilities of CBFs. Over the last decade, seismic resilience has become a critical focus, with modern structures expected to perform satisfactorily during major seismic events and be repairable in a reasonable amount of time. However, BRBs have two significant limitations related to the resilience of structural systems. First, replacing BRBs in an existing structure is a challenging task due to their size and weight. Second, BRB systems often experience residual drifts after a seismic event. Ongoing research aims to address these challenges, including the development of hysteretic energy dampers that can be mounted at the ends of conventional brace members to improve replaceability. Additionally, self-centering systems are being explored to minimize or eliminate residual drifts, though they tend to be complex and costly. Previous numerical studies have shown that using systems with high post-yielding stiffness can significantly reduce residual drifts. This study aims to develop solutions that address both of the major disadvantages of BRBs. To achieve this, five types of hysteretic dampers were developed. These dampers are shorter in length compared to typical BRBs, facilitating easier replacement after a seismic event. Furthermore, the load-displacement characteristics of these dampers feature a hardening branch with much higher stiffness than typical BRBs, which theoretically reduces the residual drifts following an earthquake. To evaluate the performance of these dampers, both experimental and numerical studies were conducted. Full-scale experiments were conducted on the developed dampers, beginning at the element level and progressing to their integration at the ends of brace members in frame systems. Three distinct test setups were used: two for element-level experiments and another for frame-system-level experiments. The experiments employed various loading methods, including monotonic loading, stepwise cyclic loading, low-cycle fatigue (LCF) loading, and the AISC341 BRB loading protocol. These tests provided valuable load-displacement data critical for evaluating damper performance. To complement the experimental work, comprehensive numerical analyses using 2D and 3D models in ABAQUS and ANSYS were performed. These analyses helped identify critical parameters, such as the maximum displacement capacity of the dampers, and contributed to a deeper understanding of their behavior.
Benzer Tezler
- Torsional hysteretic damper for seismic protection of structures
Yapıların depreme karşı korunması için burulmalı histeretik enerji sönümleme cihazı
ALI SALEM MILANI
Doktora
İngilizce
2014
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT DİCLELİ
- Development of a new hybrid damper for steel bracing systems
Çelik bağlantı sistemleri için yeni hibrit bir sönümleyici geliştirilmesi
NEFIZE SABAHATIN SHABAN
Doktora
İngilizce
2017
Deprem MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALP CANER
- Effects of viscoelastic dampers on two dimensional frames
Viskoelastik sönümleyicilerin iki boyutlu çerçeveler üzerindeki etkileri
MUSTAFA ÜMİT ÖZKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN BODUROĞLU
- Seismic resilience of steel plate shear walls enhanced with innovative hybrid viscoelastic dampers: A numerical investigation
Yenilikçi hibrit viskoelastik sönümleyicilerle güçlendirilmiş çelik levha perde duvarların sismik dayanımı: Nümerik bir inceleme
RAGAB GOMAA TOHAMY MOHAMMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARLAS ÖZDEN ÇAĞLAYAN
- Burkulması önlenmiş çapraz (BÖÇ) ile güçlendirilmiş betonarme bir binanın doğrusal olmayan analiz yöntemleriyle performans değerlendirmesi
Evaluation seismic performance of a reinforced concrete building which is retrofitted with buckling restrained braces (BRB) by non-linear methods
ERHAN MOLLAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KONURALP GİRGİN