Betonarme Kolonlar İçin Yeni Bir Plastik Mafsal Boyu Modeli Ve Mevcut Sismik Verilerin Değerlendirilmesi

Abstract

Elastik olmayan şekil değiştirme istek ve kapasitesin hesabında kullanılan performans değerlendirme yöntemleri, yer değiştirme kontrollü sismik tasarım ve plastik mafsal metodu kullanılarak bulunan analiz ile elde edilir. Başka bir deyişle, elastik olmayan şekil değiştirmelere maruz kalan plastik mafsal davranışının tahmin edilmesinde buyuk yuklar kullanılır. Bu yükler, deprem v.b, çerçeveli betonarme yapıların maksimum yer değiştirme kapasitesinin tayininde önemli rol oynar. Yapıların analizinde, doğrusal olmayan analiz yönteminin doğrusal analiz yöntemine göre daha çok tercihedilmesi sebebi bu yöntemle gerçeğe daha yakın sonuçların alınabilmesidir. Yapılarda doğrusal olmayan performans değerlendirmesi sonuca doğrudan etki eden bir çok parametreye bağlıdır. Parametre sayısını fazlalığı ve işlemin karmaşıklığı işlemi basitleştirici bir takım varsayımlar yapılmasını gerektirir. Yapı malzemelerinin doğrusal-elastik sınır ötesindeki taşıma kapasitesini gözönüne alarak, çok küçük olmayan yerdeğiştirmelerin denge denklemlerine ve gerekli olduğu hallerde geometrik uygunluk koşullarına etkilerini hesaba katmak suretiyle, yapı sistemlerinin dış etkiler altındaki davranışlarının daha yakından izlenebilmesi ve bunun sonucunda daha gerçekçi ve ekonomik çözümler elde edilmesi mümkün olabilmektedir. Doğrusal olmayan malzemeden yapılmış sistemlerde, artan yüklerle birlikte iç kuvvetler de artarak bazı kesitlerde doğrusal elastik sınır aşılmakta ve bu kesitler dolayında doğrusal olmayan (plastik) şekildeğiştirmeler meydana gelmektedir. Doğrusal olmayan şekildeğiştirmeler genel olarak sistem üzerinde sürekli olarak yayılmaktadır. Buna karşılık kopma sırasındaki toplam şekildeğiştirmelerin doğrusal şekildeğiştirmelere oranının büyük olduğu sünek malzemeden yapılmış sistemlerde, doğrusal olmayan şekildeğiştirmelerin plastik mafsal adı verilen belirli kesitlerde toplandığı, bunun dışındaki bölgelerde ise sistemin doğrusal-elastik davrandığı varsayılabilir. Bu varsayım plastik mafsal hipotezi olarak isimlendirilmektedir. Plastik mafsal hipotezinin esas alındığı bir yapı sisteminin birinci mertebe teorisine göre hesabında oluşan plastik mafsal nedeniyle sistemin tümünün veya bir bölümünün mekanizma durumuna gelmesi taşıma gücünün sona erdiğini ifade eder. Yapıların artan yükler altında, performansı ile ilgili daha gerçekçi bir tahmin için yapı elemanlarının elastik ötesi davranışları hakkında yeterli bilgiye sahip olunması geremektedir. Yapı elemanlarının elastik ötesi davranışları plastik mafsal hipotezi kullanılarak dikkate alınabilir. Plastik mafsal hipotezinde betonarme kesitin eğilme davranışı moment-eğrilik ilişkisi vasıtasıyla temsil edilebilir. Bu çalışmada moment-eğrilik ilişkileri belirlenirken sargılı, sargısız beton ve donatı çeliği davranışları için Mander et. Al. tarafından önerilen model kullanılmıştır. xxii Birinci kısım kapsamında, teorik hesaplar deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu tez içerisinde, performans limitlerinin hesabında DBYBHY 2007 (Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik) ve Eurocode8 (Binaların sismik dizaynı) adlı yönetmeliklerden faydalanılmıştır. Ayrıca, her iki yönetmeliğin de sonuçlarının tutarlılığının kontrolü için ilgili yönetmeliklerde önerilen plastik mafsal boyları kullanılmıştır. Bu çalışmada, PEER veritabanında bulunan 306 adet dikdörtgen kolonlar içerisinden; belirli kriterlere sahıp olan 57 adet kolon seçilmiştir. Kolonlar seçilirken:  Numunelerin konsol kolon (cantilever) olmasına,  Numunelerin iyi sargılı olarak tasarlanmış olmasına,  Kolon göçme modunun eğilme nedeniyle oluşmasına dikkat edilmiştir. Göçme modunun kesme veya kesme–eğilme olduğu numuneler bu çalışmanın kapsamı dışındadır. Eğilme hasarında numunenin dayanımının %20 azaldığı veya basınç bölgesindeki boyuna donatının burkulduğu nokta göçme noktası olarak kabul edilmiştir. Her kolonun geometrik, eksenel yük ve donatı özellikleri hakkında bilgiler ekte sunulmuştur.. Türk Deprem Yönetmeliği 2007 (Bölüm 7)’ ye göre hasar sınırları, minimum hasar sınırı (MN), can güvenliği hasar sınırı (CG) ve ileri hasar sınırı (GÇ) olarak kategorize edilmiştir. Benzer şekilde Eurocode 8’de de hasar bölgelere üç bölgeye ayrılmıştır. Buna göre; minimum hasar bölgesinde(LD), taşıyıcı elemanlarda belirgin bir plastikleşme söz konusu değildir ve bu elemanlar rijitlik ve dayanımlarını muhafaza etmektedır. Belirgin hasar bölgesinde (SD), yapıda belirgin hasar sözkonusu olmasına rağmen hala bir miktar rijitlik ve dayanım söz konusudur ve düşey taşıyıcı elemanlar düşey yükleri taşıyabilecek durumdadır. Göçme öncesi hasar bölgesinde (NC), binada ağır derecede hasar olmasına rağmen hala az miktarda rijitlik ve dayanım söz konusudur ve düşey taşıyıcı elemanlar düşey yükleri taşıyacak durumdadır. Yönetmeliklerde kabul edilen hasar sınırları, deneysel çalışmalar dıkkatı alınarak aşağıdaki kriterler dikkate alınarak tanımlanan hasar sınırlari ile karşılaştırılmıştır. Bu tanıma göre hasarların oluştuğu deplasman ve mınımum hasar bögesinin maksimum yerdeğiştirme sınırı, akmaya karşı gelen yerdeğiştirme miktarının 1.2 katı, göçmeye ve beton dayanım kapasıtesinin %20 düştüğü noktaya karşı gelen yerdeğiştirme nihai yerdeğiştirme hasar sınırı ve ileri hasar bolgesinin yerdeğiştirme sınırı, nihai yerdeğiştirmenin %75’i olarak alınmıştır. Sonuç olarak, Türk Deprem Yönetmeliği’nde malzeme gerimelerini bağlı olan, ve Eurocode 8’e göre ise kesitin kord dönmesine bağlı olarak tanımlanan performans tahmınlerı deneysel veritabanından elde edilen verilere göre konservatif bulunmuş ve sözü edilen yönetmeliklerin tahminlerinin tanımlanan sınır mıkararlarına yakınlığıt tayın edılmiştir. Bu karşilaştirma sırasında iki yönetmeliğin verdiği sonuçlar dikkate alınarak ileriki çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur. İkinci kısımda, plastik mafsal boylarının hesabında kullanılan modellerin ve betonarme kolonların plastik mafsal boylarını etkileyen faktörlerin kıyaslanması ile mevcut denklemleri geliştirecek yeni bir model öne sürülmeye çalışılmıştır. Yönetmeliklerle belirlenmiş olan hesap modelleri ve plastik mafsal boylarının hesabında kullanılan modeller birbirleri ve deney sonuçlarıyla kıyaslanmıştır. Son olarak, bu çalışma kapsamında, betonarme kolonların performanslarının tayinini daha tutarlı olarak ortaya koyacak yeni bir model ortaya çıkarılmıştır. xxiii Bu bölümde, öncelikle daha önceki araştırmacıların önermiş olduğu formüllerle birlikte, DBYBHY 2007, EUROCODE 8-2008 ve MODELCODE 2010 yönetmelikleri karşılaştırılarak, en kabul edilebilir ve en gerçekçi sonuçlar veren, modelin ortaya çıkarılmasına çalışılmıştır. Toplam 22 kolon numunesi, aşağıda yer alan iki özelliğe sahip olacak şekilde, tezin birinci bölümünde analize konu olan 57 adet kolon arasından seçilmiştir:  Analitik hesaplarla tahmin edilen moment-eğrilik, test sonuçlarından ortaya çıkan yanal yük-deplasman eğrileri, bire bir uyum göstermelidir.  Numune dayanım kapasitesi deney sırasında yük-deplasman diyagramında, %15 ila %20 oranında azalma göstermelidir. Yapılan araştırmalara göre plastik mafsal boyu eleman üzerinde bulunan eksenel yük, donatı oranı gibi parametrelere bağlıdır. Bu nedenle yönetmeliklerde ve bazı araştırmacılar tarafından, sadece geometriye bağlı olarak sunulan modeller hatalı sonuçlara sebep olabilir. Son olarak, analitik hesaplar ve deney verilerinden elde edilen sonuçlar kullanılarak hesaplanan plastik mafsal boyuna en çok uyum gösteren model tespit edildi. Sonuç olarak plastik mafsal boyuna etkili olan parametrelerin de (eksenel yük vb.) etkisini göz önüne alarak yeni teorik model önerilmiştir. Önerilen teorik modelin geçerliliği veritabanında bulunmayan, literatürden elde edilmiş deney sonuçları kullanılarak değerlendirilmştir.

Application of displacement-based seismic design and analysis that is derived from plastic hinge method is still employed extensively to estimate the performance assessment procedures to evaluate the inelastic displacement demand and capacity. In other word, prediction of behavior of plastic hinges, subjected to large inelastic deformations, caused by extreme loads is used. These loads that affect structures significantly, such as earthquakes, play an important role in assessing the maximum stable deformation capacities of framed concrete structures. In structural analysis, non-linear analysis is more preferable than linear analysis because of more realistic assessments. Because of dealing with high amount of effective factors on non-linear assessments, some assumptions and damage limit boundaries are required to assess the performance under seismic actions. In this thesis, Turkish Seismic Design, code DBYBHY 2007 (Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik) and Eurocode8 (Seismic Design of Buildings) are considered for assessing performance limits. Moreover, the most accepted previous models of plastic hinge length are employed, to investigate the accuracy of each. Finally, a new model proposed for determine the potential plastic hinge length of reinforced concrete columns. In the first part, differences of codes, ways of approaches about the performance of reinforced concrete columns are assessed based on the results given by PEER database. For this purpose, damage limit states and boundaries are evaluated from codes. In the second part, with comparing various plastic hinge length models, and the factors, which significantly influence plastic hinge length variation of reinforced concrete columns, it is tried to propose new model by improving the existing equations. The estimation of methods given by codes and the considered plastic hinge length models, are compared with each other, and with the experimental results. Finally, in this study, it is tried to extract a more accurate model for RC columns performance.