Yapıların deprem davranışının belirlenmesi için çok modlu uyarlamalı yük artımı yöntemi

Abstract

Çalışmada, yüksek modların akili olduğu binaların deprem etkileri altındaki lineer olmayan davranışının belirlenebilmesi amacıyla, etkin bir çok Modlu Uyarlamalı Yük Artımı Yöntemi (CMUYAY) geliştirilmiştir. Yöntemde geometri değişimlerinin denge denklemlerine etkisi ve malzemenin elasto-plastik davranışı gözönüne alınmaktadır. Plastik sekildeğiştimelerin plastik kesit adı verilen belirli kesitlerde toplandığı, bunun dışındaki bölgelerde davranışın lineer-elastik olduğu varsayılmaktadır. ÇMUYAY'inde sistemin belirli sabit düşey yükler ve artan modal yatay yükler için hesabı yapılmaktadır. Yöntemde, sabit düşey yükler için hesap yapıldığından ikinci mertebe etkileri lineerleştirilebilmektedir. Ayrıca, akma koşulları da doğru parçalarından oluşacak şekilde lineerleştirilerek idealleştirilmektedir. Yöntemin bu özellikleri nedeniyle, plastik kesitlerin oluşumu arasındaki lineer davranış bölgelerinde yük artımı uygulanmasına gerek kalmadan, her plastik kesitin oluşumuna karşı gelen yatay yük artımı ve davranış büyüklükleri (kesit tesirleri, yerdeğiştimeler, plastik dönmeler vb.) doğrudan doğruya belirlenebilmektedir. Böylece bütün plastik kesitlerin oluşumu ve yapı davranışı ayrıntılı olarak izlenebilmektedir. Yöntemde yüksek mod etkilerini gözönüne almak amacıyla ardışık iki plastikleşen kesit arasındaki lineer davranış bölgesinde, davranış spektrumu analizi esaslarından yararlanılmaktadır. Buna göre, her plastik kesit oluşumundan sonra sistemin değişen modal özellikleri gözönüne alınarak belirlenen modal yatay yük dağılımları için analiz yapılmaktadır. Yöntemin betonarme binalar üzerindeki sayısal uygulamalarına olanak sağlamak üzere MEPARCS adı verilen bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem, Lineer Olmayan Dinamik Analiz (LODA). I.mod esaslı Geleneksel Lineer Olmayan Statik Analiz (G-LOSA) ve FEMA 356'da önerilen üniform ve modal dağılımları için LOSA ile karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla, farklı deprem yer hareketi kayıtlar için, cesitli periyotlara sahip betonarme çerçeveler üzerinde sayısal uygulamalar yapılmıştır. Değerlendirmeler, kat yatay yerdeğiştirmeleri, göreli kat ötelemeleri, maksimum kiriş plastik dönme değerleri, kat kesme kuvvetleri, kapasite eğrileri ve sistemdeki plastikleşen kesit dağılımlan incelenerek yapılmıştır. Buna göre geliştirilen ÇMUYAY'nin diğer üç dağılımdan (G-LOSA, LOSA-üniform ve modal) elde edilen sonuçlara göre LODA'e daha yakın sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Ayrıca CMUYAY’nde spektral ölçeklemenin, mod sayısının ve ikinci mertebe etkilerinin analiz sonuçları üzerindeki etkileri de incelenmiştir.

In this study, an effective Multi Modal Adaptive Load Increments Method (MMALIM) is developed for the determination of nonlinear behaviour of buildings affected by higher modes under earthquake loads. Elastic-plastic behaviour of material and second-order effects are considered in the method. It is assumed that plastic deformations are accumulated at certain sections defined as plastic sections and the other portions of the system remain linear-elastic. The system is analysed under factored constant gravity loads and increasing modal lateral loads in the method. The second-order effects can be linearilized due to the fact that the structure is analyzed under factored constant gravity loads. In addition, yield conditions are idealized as compose of linear segments. By these properties of the developed method, load increment for the formation of each plastic section and response quantities (internal forces, displacements, plastic rotations etc.) are determined directly without additional load increments in the linear regions between plastic sections. Formation of all plastic sections and behaviour of the system are tracked in detail. In the method, higher mode effects are considered by using response spectrum analysis approach at linear region between the two successive plastic sections. Therefore, modal lateral loads obtained by using the modal properties of the system with plastic sections are used in the analysis. A computer program called MEPARCS is developed for analysis of reinforced concrete buildings by using MMALIM. The developed method is evaluated by comparing with Nonlinear Dynamic Analysis (NDA), Traditional Nonlinear Static Analysis (T-NSA) based on first mode and Nonlinear Static Analysis (NSA) proposed for uniform and modal distribution on FEMA 356. For this reason, reinforced concrete frames with different natural periods are analysed for different earthquake records. Floor displacements, interstory drifts, maximum beam plastic rotations, story shears, capacity curves and distribution of plastic sections on the system are investigated in the evaluations. The results of the developed MMALIM are more closer to the results of NDA when compared with the results of other distributions (T-NSA, NSA-uniform and modal). Furthermore, effects of spectral scaling, number of modes and geometrical changes (second-order effects) on results of analysis are investigated in the developed MMALIM.