Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımında Enerji Kavramı

Abstract

Bu çalışmada güncel araştırma konusu olan ve yapı analizinde güçlü bir yaklaşım sağlayan enerji kavramı incelenmiştir. Dört bölümden oluşan bu çalışma giriş, enerji miktarlarının analitik ve istatistik yöntemlerle elde edilmesi ve yapıların enerjiye dayalı sismik tasarımı konularını içermektedir. Birinci bölümde yapıların kuvvete veya yer değiştirmeye dayalı analizinden meydana gelmiş geleneksel depreme dayanıklı yapı tasarımının güçlükleri anlatılmış ve bu zorlukların enerji yaklaşımı ile aşılabileceği ortaya konmuştur. Ayrıca enerji kavramının oluşum süreci anlatılmıştır. İkinci bölümde tek serbestlik dereceli sistemlerdeki enerji bileşenlerinin analitik olarak elde edilmesi mutlak enerji denklemi ve nispi enerji denklemi şeklinde ifade edilmiş ve özellikleri bir sayısal örnekle karşılaştırılmıştır. Buna ek olarak çok serbestlik dereceli sistemlerdeki enerji değerlerinin elde edilmesi kısaca anlatılmıştır. Üçüncü bölümde istatistik araştırma sonuçlarından yararlanılarak, önce yer ivmesinin toplam gücü cinsinden ifade edilmiş en büyük girdi enerjisini elde eden bir yöntem tanıtılmıştır; sonra deprem özelliklerine bağlı olarak ifade edilmiş eşdeğer çevirim sayısına dayalı, en büyük plastik enerji ve girdi enerjisini elde eden bir yöntem daha tanıtılmıştır. Dördüncü bölümde temel tasarım aşamaları, tasarım ilkeleri ve önceden belirlenmiş akma mekanizması ve yer değiştirmesini esas alan bir enerjiye dayalı sismik tasarım yöntemi tanıtılmıştır.

In this paper, the energy concept which is a current issue of study and provides a powerful approach in structural analysis is investigated in four parts consisting of the introductory presentation, analytical and statistical evaluation of energy quantities, and the preliminary knowledge of energy-based seismic design of structures. In Part 1, it is explained that the drawbacks of the conventional earthquake resistant design methodologies generated from the force-based or displacement-based analysis of structures can be eliminated by using energy approach. Additionally, the history of energy theory is presented. In Part 2, analytical evaluation of energy components in the single-degree-of-freedom-systems is explained in the absolute energy equation and the relative energy equation and their properties are compared by a numerical example. Moreover, the analytical procedures for the evaluation of energy quantities in the multi-degree-of-freedom systems are briefly presented. In Part 3, utilizing the results of statistical study, firstly, a procedure for estimating input energy spectra in terms of the total power of the ground acceleration is introduced; secondly, a method based on the evaluation of the equivalent number of cycles associated with the earthquake characteristics is introduced in order to evaluate the hysteretic and input energy spectra. In Part 4, the basic design procedures, principles as well as an energy-based seismic design method using yield mechanism and predetermined deformation are presented.