Yıl: 2010 Cilt: 9 Sayı: 6 Sayfa Aralığı: 169 - 177 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı

Öz:
Bu çalışmada tek serbest dereceli betonarme sistemlerde hemen kullanım performans seviyesi için sürtünmeli sönüm elemanının rijitliği ve kayma yer değiştirme değerlerinin seçilmesine yönelik ya-pılan doğrusal olmayan dinamik analizlerin sonuçları sunulmuştur. Farklı betonarme sistem ve sö-nümleyici elemanların oluşturduğu 360 sistem için maksimum yer değiştirme ve taban kesme kuvve-ti performans kıstası olarak seçilmiştir. Mevcut betonarme sistemlerde iki farklı akma dayanım ve 0.1 sn-0.9 sn aralığında 9 farklı periyot değeri kullanılmıştır. Sönüm elemanlarında kullanılan dört farklı rijitlik ve beş farklı kayma yer değiştirme değerleri mevcut sistemin rijitlik ve akma yer değiş-tirme değerlerinin oranları olarak belirlenmiştir. Gevşek ve sıkı zemin profili için faya en fazla 15 km mesafedeki deprem kayıtları kullanılarak oluşan 14400 adet doğrusal olmayan dinamik analizin yapılması için algoritma geliştirilmiştir. Elde edilen sonuçlardan zemin koşuluna bağlı olarak be-tonarme sistemin özelliğine göre uygun sürtünmeli sönüm elemanının rijitliği ve kayma yer değiş-tirme değerleri performans kıstası temel alınarak belirlenmiştir. Optimum sürtünmeli sönüm ele-manlarının özellikleri karşılaştırıldığında, aynı kayma yük seviyesinde sönüm elemanının rijitliğinin büyük olmasının yer değiştirme talebinde daha büyük azalmaya sebep olduğu gözlemlenmiştir. Ak-ma dayanımı düşük mevcut betonarme sistemler, daha yüksek seviyede kayma yer değiştirme değe-rine sahip sürtünme sönümlü elemanla birlikte performans kıstaslarını karşılayabilmiştir. Periyodu 0.5 sn’den büyük olan mevcut betonarme sistemler için, kayma yük seviyesi, sıkı zemin profili için azalırken gevşek zemin profili için aynı kalmaktadır.
Anahtar Kelime:

Seismic performance of RC systems with friction damper

Öz:
In recent years, researchers have modified masses, stiffness or damping in structures to control their vibration instead of using traditional method which provides dissipation of earthquake-induced energy by the inelastic response of the structural members. Damage due to this yielding action is usually re-paired expensively or may be so serious that demol-ishing of building must be required. Here damping due to friction is considered as an energy dissipation method due to some advantages. Friction devices are generally capable of repeated cycles of dis-placement without loss of strength, stability or ener-gy dissipation. In addition, since they are fabricated from traditional materials. They require little maintenance; their use in seismic design and retrofit applications appears to be very promising. The new significant feature in performance-based earthquake engineering is the selection of seismic performance level for a given earthquake ground motion. In this article, the effectiveness of friction dampers on rein-forced concrete systems for immediate occupancy (IO) performance level is investigated considering the properties of the system and friction damper. A number of studies toward deriving a reasonable criterion for optimal design of frames with supple-mental dampers have been reported. Some of them have defined performance indexes which evaluate the performance of the system as the ratio of suitable parameters calculated for the damped brace frame to that for the unbraced frame. The others have used the acceptability limits for the structural response as performance criteria to select appropriate damper properties. In this study, the selection of brace stiffness and slip displacement level of friction damper for SDOF RC systems having different period and strength ratio is made considering the peak response values for IO level obtained from the comprehensive nonlinear time history analyses. The reason of selecting IO performance level is that the structure is only slight-ly damaged and the capacities of force resisting sys-tems have almost the same pre-earthquake ones in this level. Since both dynamic and inelastic response is modeled in nonlinear dynamic analysis permitted to be used for structures without any re-strictions, this procedure is used for the evaluation. Nonlinear time history analyses are performed using the force displacement relationships of bare RC sys-tem and friction damped brace. Q-hyst model is con-sidered for nonlinear dynamic response of RC sys-tem while elasto-plastic model is used to represent that of the damped brace here. Algorithm is devel-oped to perform 14400 nonlinear dynamic analyses formed by 9 different periods (0.1s-0.9s), 2 strength ratios for bare RC system and 4 brace stiffness, 5 slip displacement values for friction damper using 40 earthquake records. The earthquake records are taken at stations whose closest distances are less than 15 km to the fault. The average peak ground acceleration of 20 unscaled earthquakes for each soil profile is 0.35 g. Peak values of displacements and shear forces are stored. The limit value for average peak displace-ment is considered as the yielding displacement of bare RC system. The damper properties are selected from the cases providing this limitation with low base shear. As a conclusion, ductility and base shear demand are strongly dependent on the brace to the frame stiffness ratio, the device slip to the frame yield displacement ratio and the soil profile. Gener-ally base shear increases with the ratio of the brace stiffness to the frame stiffness and the device slip to the frame yield displacement. On the other hand, these conditions are opposite for the displacement demands. Although high brace stiffness ratio and slip displacement ratio warrant the displacement limitation, dissipated energy by friction damper de-creases and the behavior of the system shows simi-larity with braced one without any dissipation fea-ture. Higher brace stiffness causes greater decre-ment in displacement demand under the same slip load which can be obtained by using different brace stiffness and slip displacement ratio. For the period of bare RC system higher than 0.5s, required slip load level decreases for stiff soil profile while almost same load level is required for soft soil profile. In addition, lower slip load level is required to obtain performance objective for lower strength ratio of bare RC system. The results obtained are limited since only IO level is aimed for sites whose closest distances are less than 15 km.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • ATC-40, (1996). Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings, Report ATC40, Applied Technology Council, Redwood City, CA.
  • Belev, B., (2000). Numerical studies on the seismic performance of friction-damped steel frames, Proceedings of the Third Japan-Turkey Workshop on Earthquake Engineering, Volume 1, Istanbul,Turkey, February 21-25.
  • FEMA-356, (2000). Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
  • FEMA-440, (2005). Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures, Washington, D.C.
  • Filiatrault, A. ve Cherry, S., (1990). Seismic design spectra for friction-damped structures, Journal of Structural Engineering, 116, 5, 1334-1355.
  • Filiatrault, A., Tremblay R. ve Wanitkorkul, A., (2001). Performance evaluation of passive damping systems for the seismic retrofit of steel moment-resisting frames subjected to near-field ground motions, Earthquake Spectra, 17, 3, 427-456.
  • Fu Y., ve Kasai, K., (1998). Comparative study of frames using viscoelastic and viscous dampers, Journal of Structural Engineering, ASCE, 124, 5, 513-522.
  • Grigorian C.E. ve Popov, E.P., (1994). Energy dissipation with slotted bolted connections, Report UCB/EERC-94/02, Earthquake Engi-neering Research Center, University of California, Berkeley, CA.
  • PEER (Pasific Earthquake Engineering Research Center) strong motion database _____http://www.peer.berkeley.edu>
  • Saiidi, M., (1982). Hysteresis models for reinforced concrete, Journal of Structural Division, ASCE, 108, No.ST5, 1077-1087.
  • Takeda, T., Sozen, M. ve Nielsen, N.N., (1970). Reinforced Concrete Response to Simulated Earthquakes, Journal of Structural Division, ASCE, 96, No.ST12, 2557-2573.
  • Wanitkorkul, A., Lukkunaprasit, P. ve Filiatrault, A., (2003). Friction damped steel moment-resisting frames subjected to long-distance earthquakes: influence of weld fractures, Journal of Earthquake Engineering, 7, 3, 495-510.
APA ŞİRİN KIRIŞ S, BODUROĞLU H (2010). Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. , 169 - 177.
Chicago ŞİRİN KIRIŞ SEMRA,BODUROĞLU Hasan Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. (2010): 169 - 177.
MLA ŞİRİN KIRIŞ SEMRA,BODUROĞLU Hasan Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. , 2010, ss.169 - 177.
AMA ŞİRİN KIRIŞ S,BODUROĞLU H Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. . 2010; 169 - 177.
Vancouver ŞİRİN KIRIŞ S,BODUROĞLU H Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. . 2010; 169 - 177.
IEEE ŞİRİN KIRIŞ S,BODUROĞLU H "Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı." , ss.169 - 177, 2010.
ISNAD ŞİRİN KIRIŞ, SEMRA - BODUROĞLU, Hasan. "Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı". (2010), 169-177.
APA ŞİRİN KIRIŞ S, BODUROĞLU H (2010). Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik, 9(6), 169 - 177.
Chicago ŞİRİN KIRIŞ SEMRA,BODUROĞLU Hasan Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik 9, no.6 (2010): 169 - 177.
MLA ŞİRİN KIRIŞ SEMRA,BODUROĞLU Hasan Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik, vol.9, no.6, 2010, ss.169 - 177.
AMA ŞİRİN KIRIŞ S,BODUROĞLU H Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik. 2010; 9(6): 169 - 177.
Vancouver ŞİRİN KIRIŞ S,BODUROĞLU H Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik. 2010; 9(6): 169 - 177.
IEEE ŞİRİN KIRIŞ S,BODUROĞLU H "Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı." İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik, 9, ss.169 - 177, 2010.
ISNAD ŞİRİN KIRIŞ, SEMRA - BODUROĞLU, Hasan. "Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı". İTÜ Dergisi Seri D: Mühendislik 9/6 (2010), 169-177.