Fragility analysis of a substandard reinforced concrete structure by using incremental dynamic analysis
Standart altı betonarme bir yapının artımsal dinamik analiz kullanılarak kırılganlık analizinin yapılması
- Tez No: 981895
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPER İLKİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Marmara Bölgesi'nde yer alan standart altı betonarme yapıların deprem sırasında yüksek hasar alma ihtimali yüksektir. Standart altı binaları, düşük beton dayanımına sahip, etriye aralıkları fazla olan, etriye kanca açıları ve kanca boyları yetersiz durumdaki, nervürsüz donatılara sahip, taşıyıcı eleman boyutları küçük, düzensiz ve asimetrik yapısal taşıyıcı sisteme sahip binalar olarak tanımlayabiliriz. Ayrıca bu binaların büyük bir kısmı 2000 yılından önce tasarlanarak inşa edildiğinden kapasite tasarımı ilkerlerine de uygun olarak tasarlanmamışlardır. Bu sebepten dolayı yapı boyunca dağılım gösteren plastik deformasyonlar yerine belirli bölgelerde yoğunlaşmış hasarlar gözlemlenmektedir. Bu durum da yapının enerji sönümleme kapasitesinin düşük seviyede olmasına sebep olmaktadır. Bunlara ek olarak standart altı betonarme yapıların bir çoğunda boyuna donatı burkulması ve bindirme boyu yetersizlikleri gibi istenmeyen erken göçme modlarına rastlanmaktadır. İstanbul Beşiktaş'ta yer alan“Seda Apartmanı”yukarıda bahsedilen standart altı betonarme yapıların sahip olabileceği yetersizliklerin çoğuna sahip bir yapıdır. Bu yapı yukarıda bahsedilen bindirme boyu yetersizliği ve boyuna donatı burkulması davranışı da hesaba katılarak artımsal dinamik analiz yöntemi ile değerlendirilerek kırılganlık eğrileri elde edilmiştir. Artımsal dinamik analiz deprem büyüklüğü arttıkça gözlemlenen yapıların global dinamik davranışını anlamamız açısından kullanışlı bir yöntemdir. Artımsal dinamik analiz sırasında kullanılan önemli parametreler; kuvvetli yer hareketini sınıflandırmak için kullanılan deprem şiddeti indeksi ve yapıda gözlemlenen hasarı tanımlamak için kullanılan hasar parametresidir. Deprem şiddetini tanımlayabilmek adına kullanılan indeks maksimum yer ivmesi, maksimum yer hızı, maksimum yer değiştirmesi veya yapının ilk hakim periyoduna karşılık gelen spektral ivme katsayısı olarak seçilebilmektedir. Bu çalışmada, yapıya etkiyen deprem kuvvetleri ile doğrudan ilişkili olduğundan dolayı yapının ilgili yönündeki ilk hakim periyoduna karşılık gelen spektral ivme katsayısı deprem şiddeti indeksi olarak kullanılmaktadır. Hasar indeksi olarak ise kolonlardaki dönme değerleri, taban kesme kuvveti veya yapıda gözlemlenen maksimum göreli kat ötelenmesi kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, hasar indeksi olarak gözlemlenen maksimum göreli kat ötelenme oranları kullanılmaktadır, çünkü çoğu deprem yönetmeliklerinde de bahsedildiği üzere yapıda gözlemlenecek hasar ile doğrudan ilişkili bir özellik olup kontrol edilmesi zorunlu bir parametredir. Beşiktaş Bölgesi'nde yer alan standart altı betonarme bir yapı olan“Seda Apartmanı”14 farklı deprem kaydı kullanılarak artımsal dinamik analiz ile değerlendirilmiş ve hemen kullanım, can güvenliği ve göçme öncesi performans sınırları için kırılganlık eğrileri elde edilmiştir. Seçilen deprem kayıtları, yapının iki yönü için ayrı ayrı olacak şekilde yapının ilgili yönündeki ilk hakim periyoduna karşılık gelen spektral ivme değerleri 0.05g'den 0.5g'ye kadar artımsal olarak ölçeklendirilerek yapıya etkitilmiştir. Her bir ölçeklendirilmiş deprem kaydı için, yapı zaman tanım aralığında doğrusal olmayan hesap yöntemi kullanılarak değerlendirilmiş ve maksimum göreli kat öteleme değerleri elde edilmiştir. Zaman tanım aralığında doğrusal olmayan hesap yönteminin kullanılmasının sebebi; deprem büyüklüğü, zemin durumu, frekans içeriği ve deprem süresi gibi güçlü yer hareketi özelliklerinin yapıya olan etkisini gerçeğe en yakın olacak şekilde gözlemleyebilmemezi sağlamasından dolayıdır. Kullanılacak deprem kayıtlarının seçilmesi aşamasında, yukarıda bahsedilen özelliklerin analizlere olan etkisini göz önünde bulundurabilmek amacıyla, farklı özelliklere sahip deprem kayıtları kullanılmıştır. Analizler sırasında aynı zamanda yapıda gözlemlenebilecek boyuna donatı burkulması ve bindirme boyu yetersizlikleri de hesaba katılmıştır. Etriye aralığı ve boyuna donatı çapı, donatı burkulmasını etkileyen en önemli parametrelerdir. Bindirme boyu yetersizliğini etkileyen en önemli parametreler ise donatı çapı, donatının nervürlü veya nervürsüz olması, bindirme boyu, sargılama etkisi, beton dayanımı ve net beton örtüsü kalınlığıdır. Değerlendirilen standart altı betonarme yapıda yukarıda bahsedilen parametreler boyuna donatı burkulmasına ve bindirme boyu yetersizliğinden kaynaklanan donatı sıyrılmasına sebebiyet verecek derecede yetersiz durumdadır. Tezin ilk bölümünde yapılan çalışmanın amacından, kullanılan yöntemden ve önceki çalışmalardan farkı anlatılmıştır. Tezin ikinci bölümünde artımsal dinamik analiz kullanılarak yapılan kırılganlık analizinin tanımı ve kullanım amacı anlatılarak kullanılan parametrelere değinilmiştir. Üçüncü bölümde boyuna donatı burkulması ve donatı sıyrılması gibi göçme modlarının hesaba katılması anlatılmıştır. Dördüncü bölümde, genel kabuller, modelleme esasları, yapılan varsayımlar ile incelenen standart altı yapının incelenmesi, taşıyıcı sistem tipi, malzeme özellikleri ve yapının genel özellikleri anlatılmıştır. Beşinci bölümde ise artımsal dinamik analiz sonuçları ile spektral ivme, maksimum yer hızı ve maksimum yer ivmesine göre farklı performans seviyeleri için kırılganlık eğrileri elde edilmiştir. Sonuç olarak, artımsal dinamik analiz kullanılarak değerlendirilen ve kırılganlık eğrileri çıkartılan standart altı betonarme bir yapıda, bindirme boyu yetersizliğinin ve boyuna donatı burkulmasının global davranışa olan etkisi ve performans sınırlarını aşma ihtimalleri elde edilmiştir. Bindirme boyunun ve boyuna donatı burkulmasının yapının global davranışına olan etkisi dört farklı durumda incelenmiştir. İlk durumda bindirme boyunun kolon boyuna donatısı çapının 20 katına eşit olduğu durum, ikinci durumda bindirme boyunun kolon donatısı çapının 40 katına eşit olduğu durum, üçüncü durumda bindirme boyunun donatı sıyrılması sebebiyet vermeyecek şekilde olması ve boyuna donatı burkulmasının gözlemlendiği durum ve dördüncü durumda ise bindirme boyu yetersizliğinin veya boyuna donatı burkulmasının bulunmadığı durum incelenmiştir. Yapıda bindirme boyundaki değişimin yapının global davranışına olan etkisi de hesaba katılarak yapılan analizler doğrultusunda ve kırılganlık eğrilerinden çıkarılan sonuç, bindirme boyunun ve boyuna donatı burkulmasının özellikle yapının zayıf yönündeki davranışa büyük etkisinin bulunduğudur.
Özet (Çeviri)
Substandard reinforced concrete buildings located in Marmara Region are prone to large damages under seismic actions. The definition of substandard reinforced conrete buildings is the buildings with low concrete quality, large spacings between stirrups, inadequate hook angles and lengths, smooth reinforcements, small structural member dimensions, nonuniform and unsymmetric structural configuration. In addition, since most of them are designed and constructed before 2000, the capacity design priciples are not satisfied that is the reason why accumulation of damage is observed instead of spread plastic deformations that will provide high energy dissipation capacity. Unfortunately, most of the substandard reinforced concrete structures have deficiencies such as buckling of longitudinal reinforcement and lap-splice deficiency. A reinforced concrete structure called“Seda Building”, which has the most of the properties that a substandard reinforced concrete structure could have, is evaluated by using incremental dynamic analyis considering aforementioned deficiencies to obtain fragility curves. Incremental Dynamic Analysis is a useful methodology that shows the global dynamic behavior of the structure as intensity of the earthquake increases. The dynamic behavior of the structure is defined by using intensity and damage measures. The intesity measure is the parameter that is used to identify the strong ground motion. It could be chosen as peak ground acceleration, peak ground velocity, peak ground displacement or spectral acceleration at the first period of the structure. The best option for intensity measure seems to be the spectral acceleration value since the seismic forces acting on the structure is directly related to spectral acceleration values. The damage measure is the parameter that is used to define the performance level of the structure and it could be chosen as chord rotations, rotation of the columns or maximum interstory drift ratios. The latter one is chosen to be damage measure because maximum interstory drift ratio gives us a clear idea about global response of the structure. The substandard reinforced conrete structure is subjected to fourteen strong ground motion records by scaling such that spectral acceleration values at the first period of the stucture varies between 0.05g to 0.5 g. For each ground motion record, nonlinear time history analysis is performed since it is the decent way to represent the effects of earthquake such as magnitude, site condition, frequency content and duration of ground motion. The strong ground motion records are chosen with changing aforementioned parameters. Finally, incremental dynamic analysis (IDA) curves are obtained and the global behavior of the structure is evaluated considering buckling and bond-slip deficiencies as seismic intensity increases. One of the important issues is to define limit states. The limit states are defined according to slope of the IDA curves and pre-executed Push Over Analysis. The immediate occupancy limit state is defined as a point where the IDA curves leave linear path. The collapse prevention limit state is defined as the point where the slope of the IDA curves is equal to twenty percent of the elastic slope or the inter-story drift ratio where the strain levels reach to collapse prevention strain limits defined by Turkish Building Earthquake Code (2018) at the pushover capacity curve. The life safety limit state is defined as the point where the maximum interstory drift ratio equals to 75% of the collapse prevention state drift limit. After incrementral dynamic analyses are completed and the limit states are defined, fragility curves are drawn for each cases. The fragility analysis is a methodology that shows the probability of exceedence values for different performance levels with respect to intensity measure. In conclusion, fragility analysis of a substandard reinforced conrete structure called“Seda Building”located in Istanbul is performed by using Incremental Dynamic Analysis considering deficiencies such as buckling of longitudinal reinforcement and bond-slip deficiency. Four different cases are considered while Incremental Dynamic Analysis performed. First case is the building with lap splice lengths of the column reinforcements are equal to twenty times diameter of the column reinforcement. Second case is the building with lap splice lengths of the reinforcements are equal to fourty times diameter of the column reinforcement. Third case is the building with lap splice length such that debonding problem will not occur. The fourth case represents a building without debonding deficiency or buckling deficiency. The first two cases represent different levels of debonding problem while third case includes the buckling of longitudinal reinforcements since there will be no debonding problem. These four cases are obtained by modifying the stress-strain relation of the longitudinal reinforcements. Finally the results of fragility analysis for four cases are compared to achieve the effect of lap splice lentgh and the buckling behavior of longitudinal reinforcement to the global behavior of the structure. It is observed that the lap splice length and buckling behavior of longitudinal reinforcement has a significant effect on fragility curves of the structure especially in X direction which is the weaker direction of the building.
Benzer Tezler
- Yönetmelik kurallarına uymayan yapılar için kullanılabilecek farklı deprem güçlendirme yöntemlerinin kırılganlık eğrileri ile değerlendirilmesi
Use of fragility curves for evaluation of different seismic retrofitting techniques applicable to substandard structures
MEHMET AKİF ALTINOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Impact of support settlement on the seismic fragility of a substandard RC frame with plan irregularity
Mesnet oturmasının planda düzensizliğe sahip deprem dayanımı yetersiz betonarme çerçevetürü bir binanın kırılganlığı üzerindeki etkisi
FERAS ABLA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. UFUK YAZGAN
- Yenileme yatırımları
Başlık çevirisi yok
OSMAN NURİ FİLİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
İşletmeGazi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN OKKA
- Development, design and realization of a television transposer test unit employing microprocessor for remote measurement and testing
Başlık çevirisi yok
HASAN HÜSEYİN TEZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. HALİL BENGİ
- Sağlık hizmetleri yöneticilerinin yönetim eğitimi ihtiyaçlarının belirlenmesi Kocaeli örneği
Başlık çevirisi yok
FİKRİYE TOKER