Estimations of seismic input energy and inelastic top displacement demand in moment resisting frame type structures

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2020-07
Yazarlar
Çalım, Furkan
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Institute of Science and Technology
Özet
Energy-based seismic design (EBSD) methodology has an edge over force-based seismic design (FBSD) and displacement-based seismic design (DBSD) methodologies in many ways. Unlike FBSD and DBSD used in the current seismic design codes, it accounts for the type (near-fault, far-fault, etc.), frequency content, and total duration of the EQ record. Also, it takes the cumulative damage potential of an earthquake excitation into account. A basis for the EBSD was created in the content of this thesis study by proposing a methodology to calculate the seismic demands of a moment resisting frame fast and with an acceptable level of accuracy. Firstly, mass-normalized input energy response spectrum is calculated for SDOF systems using the ground acceleration and velocity response of the structure. Input energies (EI) imparted into each story of a MDOF system are estimated using the suggested formula which uses mode shapes, modal participation factors, and EI/m spectra constructed for SDOF systems. After total EI per unit mass is estimated, maximum inelastic top displacement (δtop) of a MDOF system during a seismic excitation is predicted using the proposed relation between EI/m and δtop. Model frames and EQ records to be used in the application and verification of the methodology were selected and nonlinear time history analyses (NLTHA) were performed on the model frames using Perform 3D software. In order to make sure that the methodology can be applied on moment resisting frames using different materials and with different number of stories, three-story reinforced concrete Manoukas frame, three- and six-story steel Akbas frames, nine- and twenty-story steel SAC-LA frames were selected. For the selection of EQ records, energy-displacement capacity curves were calculated for the model frames using the force-displacement capacity curves that were obtained after running static push-over analyses.
Açıklama
Mevcut deprem yönetmeliklerinde (ASCE/SEI 7, FEMA 356, Eurocode 8, TBDY 2018 gibi) kuvvet esaslı ve yerdeğiştirme esaslı sismik tasarım yöntemleri kullanılmaktadır. Kuvvet esaslı tasarım yönteminde, daha önceden belirlenmiş bina performans hedefi için sistem sünekliği ve malzeme dayanım fazlalığı katsayısına karşı gelen azaltma katsayısı "R" belirlenir. Elastik ivme spektrumu kullanılarak elde edilen elastik deprem kuvvetleri R katsayısı ile küçültülerek tasarım deprem kuvvetleri hesaplanır. Bu azaltma, yapının tasarım deprem kuvvetleri altında doğrusal olmayan davranış göstereceği varsayılarak yapılır. Yapısal elemanların tasarım deprem kuvvetlerini güvenle taşıdığı durumda yeterli sismik tasarım elde edilmiş olur. Yerdeğiştirme esaslı tasarım yönteminde ise, öncelikle yapının kuvvet-yerdeğiştirme ilişkisi hesaplanır. Elde edilen kapasite eğrisi kullanılarak yapının yerdeğiştirme talepleri belirlenir. Yerdeğiştirme taleplerinin yönetmeliklerde verilen limitlerden daha az olduğu durumda yeterli sismik tasarım elde edilmiş olur. Geleneksel sismik tasarım yöntemleri (kuvvet esaslı ve yerdeğiştirme esaslı) depreme ait bazı önemli özellikleri hesaba katmadıkları için güvenilir bir sismik tasarım ortaya koyma konusunda büyük bir eksikliğe sahiplerdir. Özellikle Türkiye gibi depreme sıklıkla maruz kalan ülkelerin yönetmeliklerinde bahsi geçen yöntemlerin kullanılması yerine, bu eksiklikleri bünyesinde barındırmayan yeni bir sismik tasarım yöntemi geliştirilmelidir. Henüz mevcut yönetmeliklerde yer almayan enerji esaslı tasarım yöntemi ise bu yöntemlerin olumlu özelliklerini barındırmasına ek olarak; depremin türü, süresi ve frekans içeriği gibi kuvvet ve yerdeğiştirme esaslı yöntemlerce göz ardı edilen önemli özellikleri de dikkate almaktadır.
Anahtar kelimeler
Energy-based seismic design, structure type
Alıntı