Yarı rijit birleşimli çelik çerçevelerin deprem performansının değerlendirilmesi

Abstract

Moment dayanımlı çelik çerçeveli sistemler, yüksek süneklik kapasiteleri ve ekonomik tasarım olanakları nedeniyle depremselliği yüksek bölgelerde az ve orta katlı binalarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tip yapılarda plastik mafsalların kolonlardan önce kirişlerde oluşmasını sağlamak ve yapının sünekliğini arttırıp, göçmesini geciktirmek için güçlü kolon zayıf kiriş ilkesi uygulanır. Az katlı büyük açıklıklı yapılarda uygulanan bu ilke gerekenden daha büyük kolon kesitlerinin seçilmesine ve ekonomik olmayan, aşırı güvenli tasarımlara neden olabilmektedir. Bu sorunu gidermek için özellikle Amerika'da uygulanan yöntem yapıların sadece dış çerçevelerini yatay yük taşıyan sistemler olarak tasarlamaktır. Ancak bu yapıların başlıca dezavantajlarından biri, sistemin yeniden dağılım imkânının sınırlı olmasıdır. Ayrıca 1994 Northridge ve 1995 Kobe depremleri sırasında rijit birleşimli moment dayanımlı çelik yapılarda ve özellikle tamamen kaynaklı birleşimlerde ağır ve beklenilmeyen hasarlar oluşmuş ve bu tip yapıların tasarım yöntemlerinin gözden geçirilmesine neden olmuştur. Bu çalışmalar kapsamında yarı rijit birleşimlerin doğru tasarlandığı takdirde deprem etkileri altında yeterli sünekliğe ve kararlı histeretik davranışa sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca az katlı yapılar için rijit çerçevelerin en ekonomik ve uygun çözüm olmadığı belirtilmiştir.Bu çalışmada, depremselliği yüksek bölgelerde enerji sönümlemesinin kiriş kolon düğüm noktalarında oluşacağı yarı rijit birleşimli, az katlı büyük açıklıklı yapılar tasarlanmış ve farklı birleşim kapasiteleri, çerçeve geometrileri ve deprem etkileri altında performansları analitik olarak incelenmiştir. Yapıların bu şekilde tasarlanmasıyla güçlü kolon zayıf kiriş ilkesinin gerekliliği ortadan kaldırılmış ve sadece dış çerçeveleri yatay yük taşıyan sistemlere alternatif ekonomik sistemler araştırılmıştır. Sahada kaynak gerektirmeyen sadece bulonlu bağlantıları bulunan birleşimlerin kullanılmasıyla 1994 Northridge ve 1995 Kobe depremlerinde ortaya çıkan sorunlar büyük ölçüde giderilmiştir. Ayrıca yarı rijit birleşimli çerçevelerin, rijit birleşimli çerçevelere göre daha elverişli sonuçlar verdiği koşullar da araştırılmıştır.Bu amaçla farklı geometrik özelliklere sahip çerçeveler, rijit, %70, %60 ve %50 eğilme kapasiteli birleşimler kullanılarak tasarlanmıştır. Yarı rijit birleşimlerde %10 ve %40 olmak üzere iki ayrı pekleşme oranı ele alınmıştır. Ardından bu çerçevelerin deprem performansları özdeğer, doğrusal olmayan statik itme ve zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizlerle değerlendirilmiştir. Statik itme analizleriyle, yapıların kapasite eğrileri, lokal ve global sınır değerlerinin gerçekleşme anları, performans parametreleri, plastik mafsal oluşum sıraları ve yerleri, hedef deplasman ve kabul edilebilirlik değerleri belirlenmiştir. Dinamik analizlerde 25 adet gerçek yer hareketi 3 farklı deprem seviyesine göre ölçeklendirilmiş ve 26 örnek çerçeveye 1950 adet analiz yapılmıştır. Devamında ise 3 farklı azalım ilişkisiyle 9 adet faya uzak ve 9 adet faya yakın yapay yer hareketi üretilerek 4 farklı deprem seviyesi için 26 örnek çerçeveye 1872 adet analiz yapılmıştır. Analizler neticesinde, çerçevelerin maksimum kesme kuvveti ? maksimum deplasman değerleri, kat ötelemeleri, kiriş, kolon gerilmeleri ve yay dönmeleri, plastik mafsal sayıları ve birleşim dönmeleri belirlenmiştir. Ayrıca tepe ivme tepkileri Fourier analiziyle incelenmiş ve yapıların elastik ötesi periyotları irdelenmiştir.Tasarlanan 26 örnek çerçeveden 25'inin, tüm kabul edilebilirlik şartlarını sağladığı ve deprem etkileri altında güvenilir bir performansa sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca faya yakın kayıtlar altında, SMTR birleşim modelli tüm yarı rijit çerçevelerde, rijit birleşimli çerçeveden daha az tepe deplasmanı oluşmuştur. Hem faya yakın, hem de faya uzak kayıtlar altında en düşük tepe deplasmanları 7.0m açıklıklı çerçevelerde %70 birleşim kapasiteli, 9.0m açıklıklı çerçevelerde ise %60 birleşim kapasiteli yarı rijit çerçevede gözlenmiştir. Sonuç olarak az katlı büyük açıklıklı sistemlerde rijit birleşimli yapıların en uygun çözüm olmadığı, birleşim rijitliği ve kapasitesi değiştirilerek en uygun çözüme ulaşılabileceği gösterilmiştir.