Çelik ve alüminyum alaşımlı çekirdekli burkulması önlenmiş çaprazların (BÖÇ) tasarımı, üretimi ve yön değiştiren tekrarlı yükler etkisindeki davranışı
Design, fabrication, and cyclic behavior of steel and aluminum alloy core buckling restrained braces (BRBs)
Yazar: ÇİGDEM KARATAŞ
Danışman: PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Deney tasarımı = Experimental design ; Deneysel inceleme = Experimental research ; Yapısal sistem analizi = Structural system analysis ; Çapraz elemanlar = Bracing elements ; Çelik yapılar = Steel structures ; Çelik çerçeveler = Steel frames ; Çelik-metal = Steel-metal

Özet:
1994 Northridge ve 1995 Kobe depremleri sonrasında moment aktaran çerçeve sistemlerinin beklenen performansı gösterememesi üzerine, depremin yıkıcı etkisini azaltmayı sağlayacak yeni çözümler arama yoluna gidilmiştir. Öncelikle Japonya'da yapılan bu çalışmalar ABD'de yayılmaya ve son zamanlarda hızlanmaya başlamıştır. Deprem enerjisinin yutulmasını sağlayan değişik türdeki yapısal sönümleyiciler bu anlamda yararlı sonuçlar vermiştir. Burkulması Önlenmiş Çaprazlar (BÖÇ) bu bağlamda üzerinde yoğun biçimde çalışılan elemanlardandır. Bunlar, bir tür metalik sönümleyiciler olup önemli depremlerde çekmede ve basınçta akarak dengeli bir histeretik davranış gösterirler. BÖÇ'lü çerçeveler mevcut betonarme ya da çelik binaların rijitlik ve dayanımlarının arttırılması için güçlendirme amacıyla, yeni binalarda ise etkin enerji yutma elemanı olarak kullanılabilmektedir. Köprülerde de özellikle sünek enerji yutma elemanları olarak yine Japonya ve ABD'de başlatılmıştır. BÖÇ'lerin çekme ve basınçta yaklaşık simetrik davranış göstermesi, rijitlik ve dayanım kaybı göstermeden, aynı zamanda stabil histeretik eğrilerin elde edilmesi kullanım alanını genişletmiştir. Bu özellik ve göreli olarak daha ekonomik olmaları diğer alternatif sistemlere göre önemli üstünlükler getirmektedir. Yapılan ön araştırmada BÖÇ'lü çerçevelerin tekrarlı yükler altındaki davranışını incelemek için çoğunlukla ideal elasto-plastik hesap modellerinin kullanıldığı, ancak Bouc-Wen (BW) ya da benzeri bir hesap modelinin pekleşmenin etkisini de dikkate alarak davranışı en iyi şekilde yansıtan model olduğu görülmüştür. Ayrıca, sünek çaprazın üretim kolaylığı ve davranışının daha iyi tahmin edilebilmesi için olabildiğince az bileşenli, basit elemanlar olarak ve basit uç detaylarıyla üretilmesi benimsenmektedir.Çalışmanın amacı, farklı çekirdek malzemesine sahip BÖÇ'lerin yön değiştiren tekrarlı yükler altındaki histeretik davranışını deneysel ve kuramsal olarak incelemektir. Çalışmanın özgün yönlerinden biri ise alüminyum alaşımlı çekirdekli ve alüminyum alaşımlı dış tüplü BÖÇ'lerin, bilindiği kadarıyla bu tezde incelendiği şekliyle ilk kez tasarlanması, üretilmesi ve denenmesidir. Alüminyum, çeliğe göre hafif, yumuşak, düşük sıcaklıklarda bile ani darbelere gösterdiği dayanım, estetik ve kolay şekil verilebilme (ekstrüzyon gibi) özelliklerine sahiptir. Enerji sönümleme kapasitesine getireceği yararlılıklar açısından alüminyum alaşımlı BÖÇ'lerin üretimi inşaat sektörünün bir isteği olarak görülmüştür. Çelik BÖÇ'lerde oluşan çekme ve basınç dayanımı arasındaki belirgin farkın, üretilen alüminyum alaşımlı BÖÇ'lerde azalacağı düşünülmektedir. İlk olarak, Amerika ve Japonya'da bulunan çeşitli firmaların patentinde üretilen BÖÇ'lere alternatif, farklılığı olan, aynı akma dayanımlı, basit uç detayına sahip, 5'i çelik çekirdek ve dış tüp, 3'ü alüminyum alaşımlı çekirdek ve alüminyum dış tüp olmak üzere toplam 8 adet BÖÇ tasarlanmış, üretilmiş ve denenmiştir. Birinci grupta 3'ü çelik çekirdek ve çelik dış tüp, 1'i alüminyum alaşımlı çekirdek ve alüminyum alaşımlı dış tüp olmak üzere 4 adet BÖÇ bu çalışmada ?Ön Çalışmalar? başlığı altında Ek A'da değerlendirilmiştir. Ana deneyler olan ve ikinci grup BÖÇ serisi olarak üretilen 2'si çelik çekirdek ve çelik dış tüp, 2'si alüminyum alaşımlı çekirdek ve alüminyum alaşımlı dış tüpten oluşan toplam 4 adet BÖÇ'ün yön değiştiren tekrarlı yükler altındaki histeretik davranışının deneysel ve kuramsal olarak incelenmesi esas alınmıştır. Üretilen BÖÇ'ler, İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi, Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı'nda bulunan ve tez yürütücüsünün diğer doktora öğrencisi İnş.Yük.Müh. Cem Haydaroğlu tarafından tasarlanıp üretilen çok amaçlı mevcut deney çerçevesinde deneysel olarak incelenmiştir. Maksimum 250kN çekme ve itme kapasiteli, toplam ±300mm yerdeğiştirme uygulayabilen hidrolik veren ile numunelere çekme ve basınç kuvvetleri, akmadan önce ve sonra yerdeğiştirme kontrollü olarak uygulanmıştır. Numunelerin yön değiştiren tekrarlı yükler altındaki statik yükleme deneyleri, AISC-341 (2010)'te BÖÇ'ler için verilen standart yükleme protokolü kriterlerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir. BÖÇ'lerin üretiminin yapıldığı çelik ve alüminyum alaşım malzemelerinin mekanik özelliklerini tam olarak belirleyebilmek için çok sayıda çekme deneyi numunesi (kupon testleri) öngörülen standartlara göre (ASTM-A370-08a, ASTM-E8/E8M-09) ve gerçeğe yakın boyutlarda hazırlanmıştır. Malzeme deneylerinden elde edilen sonuçlara göre hesaplar revize edilerek üretime başlanılmıştır.Üretilen BÖÇ'ler Amerika ve Japonya'daki mevcut BÖÇ'lerle karşılaştırıldığında, onlardaki teknolojik üstünlükleri üzerinde birleştirirken, varolan sakıncaları en alt düzeyde tutan özgün bir tasarımdır. BÖÇ'lü çelik çerçeveler konusunda yapılan literatür taramasında yön değiştiren tekrarlı yükler altındaki davranışın daha net tahmin edilebilmesi bakımından özellikle kuramsal eksikliklerin olduğu görülmüştür. Tez içerik bakımından da bu boşluğu doldururken, deneysel içerik bakımından üstünlükleri olan, farklı tiplerde BÖÇ'lerin üretilmesi ile varolan teknolojiyi geliştirme bakımından önemlidir. BRB-AC1 ve BRB-AC2 numuneleri A5083-H111 alüminyum alaşımlı malzemeden çekirdeği olan BÖÇ'lerdir. BRB-AC1 numunesinin kesit alanı 525mm2 (15mmx35mm), BRB-AC2 numunesinin kesit alanı 600mm2 (15mmx40mm)'dir. BRB-SC1 ve BRB-SC2 numuneleri sırasıyla S235JR normal ve S355JR yüksek akma dayanımlı çelik malzemesinden çekirdeği olan BÖÇ'lerdir. BRB-SC1 numunesinin kesit alanı 480mm2 (16mmx30mm), BRB-SC2 numunesinin kesit alanı 300mm2 (12mmx25mm) seçilmiştir. Kupon deneyleri sonucu numunelerin elde edilen akma dayanımları BRB-AC1 için 182MPa, BRB-AC2 için 177MPa, BRB-SC1 için 257MPa, BRB-SC2 için 373MPa'dır. BRB-AC1 ve BRB-AC2 numuneleri için A6060-T66 alüminyum alaşımında, 150*150*4 kare tüp kesitli ve akma dayanımı 200MPa olan dış tüpler kullanılmıştır. BRB-SC1 ve BRB-SC2 numuneleri için S355JR çelik malzemesinden, 140*140*5 kare tüp kesitli ve akma dayanımı 345MPa olan dış tüpler kullanılmıştır. Çelik BÖÇ'lerin üretim, montaj ve nakliyesi, üretimde gerekli olan yüksek dayanımlı dolgu malzemesinin sağlanması, sürtünmesiz yüzey malzemesi olarak kendinden yapışkanlı Teflon bantların sağlanması için sanayiden Ar-Ge ve malzeme desteği alınmıştır. Akma bölgesi uzunluğu olarak toplam çapraz uzunluğunun %73'ünü geçmemesine dikkat edilmiştir. Toplam uzunluğu 2275mm olan numuneler, eksenel normal kuvveti S355JR çelik kalitesindeki bayrak levhaları aracılığı ile sürtünme tipi yüksek dayanımlı bulonlarla deney düzeneğine aktarmaktadırlar. Her bir numuneye ilişkin deneylerden, yatay kuvvet-yatay yerdeğiştirmeye göre histeretik eğriler elde edilerek farklı tasarım özelliklerine sahip BÖÇ'lerin davranış özellikleri ve enerji yutma kapasiteleri karşılaştırılmıştır. Buna göre çelik BÖÇ'ler grubunda enerji yutma BRB-SC1/BRB-SC2 oranı 1.02'dir. Alüminyum alaşımlı BÖÇ grubunda enerji yutma BRB-AC2/BRB-AC1 oranı 3.48'dir. Bunun nedeni, BRB-AC1 numunesinde alüminyum kaynaktan ileri gelen dayanım azalması ile erken hasarın oluşmasıdır. Tüm numuneler içinde en fazla enerji sönümleyen numune BRB-SC1 numunesidir. BRB-AC1 numunesi dışındaki tüm numuneler standart yükleme protokolünü başarıyla tamamlamışlardır. Tüm numuneler içinde en yüksek basınç dayanımı düzeltme katsayısı BRB-SC2 numunesinde ? =1.76 olarak elde edilmiştir. En yüksek çekme dayanımı düzeltme katsayısı ise BRB-AC2 numunesinde ? =1.81 olarak olarak elde edilmiştir. Malzeme özelliklerinden gelen bu katsayılarda ? katsayısını arttıran faktörlerin çekirdek merkezlendirme ve sürtünmesiz yüzey oluşturma kusur ve eksikleri ile iç boşluk verme şekli olduğu anlaşılmıştır. Kümülatif inelastik yerdeğiştirmeler ( ? ) alüminyum alaşımlı numunelerde 100 ? by, çelik numunelerde 172 ? by'nin üzerinde elde edilmiştir. Numunelerin deneysel ve kuramsal çalışmalarla elde edilen histeretik eğrilerinin monotonik davranışla elde edilen eğrilere benzer ve yakın olduğu görülmüştür. Başlangıç rijitlikleri açısından tahmin/deney başarı oranı alüminyum ve çelik numuneler dikkate alındığında %90 ? 99 aralığındadır. Üretilen alüminyum alaşımlı BÖÇ'lerin sağladığı en büyük üstünlüklerden birisi ise korozyon dayanımının mükemmel olmasıdır. Sektörde patentli olarak satılan BÖÇ üreticilerinin karşılaştığı en büyük sorun olan bu durum, çaprazın kullanım ömrünü azaltan ve davranışını olumsuz yönde etkileyen önemli bir ayrıntıdır. Sektörün talebi olan, korozyon dayanımı yüksek, korunan BÖÇ üretimi çalışma kapsamında alüminyum alaşımlı BÖÇ'lerle gerçekleştirilmiştir. Kuramsal çalışmada ANSYS-Workbench v12.0.1 programı kullanılarak, sonlu eleman yöntemiyle pekleşmenin dikkate alındığı gerçeğe yakın, deney sonuçlarıyla uyumlu, dengeli ve kararlı histeretik davranış eğrileri elde edilmiştir. Malzeme nonlineerliliği von Mises akma koşulu kullanılarak tanımlanmış, böylece çelik ve alüminyum alaşımlı malzeme karakteristiklerinin davranış üzerine olan etkisi ve enerji yutma kapasiteleri karşılaştırılmıştır. Deneysel bölüm için mevcut veritabanı bu kapsam doğrultusunda incelenerek, modelleme için gerekli ve sistemin davranışına etkisi olan hesap parametreleri belirlenmiştir. Çalışmanın ana bölümlerinin kapsamı aşağıda özetlenmiştir:Birinci Bölüm'de konu ve kapsamdan sözedilerek bu alanda önceden yapılmış çalışmalar kısaca özetlenmiştir.BÖÇ'ü oluşturan malzemelerin özellikleri açıklanarak, BÖÇ çekirdeğinde kullanılan çelik/alüminyum alaşım malzemelerine ilişkin çekme deneyleri İkinci Bölüm'de verilmiştir.Üçüncü Bölüm'de, 2'si çelik çekirdek ve çelik dış tüplü, 2'si alüminyum alaşımlı çekirdekli ve alüminyum alaşımlı dış tüplü toplam 4 BÖÇ'ün tasarımı, üretimi, deney düzeneği ve numunelerin montajı ile deneylerde kullanılan ölçüm aletleri verilmiştir. Alüminyum alaşımlı BÖÇ grubunda üretilen BRB-AC1, BRB-AC2, çelik BÖÇ grubunda üretilen BRB-SC1, BRB-SC2 numunelerinin tasarım ve boyutlandırılmasında yapılan varsayımlar ve nedenleri açıklanmıştır. BÖÇ bileşenleri, çelik ve alüminyum alaşımlı BÖÇ'lerde uygulanan kaynak yöntemi, mevcut deney düzeneğinin montajı, üretilen BÖÇ'lerin deney sırasına göre deney düzeneğine montaj adımları, deney yöntemleri ile birlikte deneylerde kullanılan cihazların kodları ve yerleri de bu bölümde açıklanmıştır.Tahmin edilen BÖÇ davranışı, statik itme (pushover) analizi sonuçları verilerek deneysel yöntem ve gözlemler deney sırasına göre Dördüncü Bölüm'de incelenmiştir.Beşinci Bölüm'de denenen tüm BÖÇ'lerin deney sonuçlarının değerlendirilmesi yapılarak, elde edilen yatay kuvvet-yatay yerdeğiştirme histeretik davranış eğrileri, histeretik enerji grafikleri, yatay kuvvet-düzlem dışı yerdeğiştirme histeretik eğrileri, yatay-kuvvet-çekirdek şekildeğiştirme histeretik eğrileri, yatay kuvvet-bayrak plakası yerdeğiştirme histeretik eğrileri verilmiştir. BÖÇ numunelerinin etkili sönüm oranları da hesaplanarak karşılaştırmalar yapılmıştır.BÖÇ'lerin yön değiştiren tekrarlı yükler altında üç boyutlu modellenmesi ve elde edilen sonuçlar Altıncı Bölüm'de incelenmiştir.Elde edilen tüm deney datası Yedinci Bölüm'de özetlenerek ve karşılaştırılarak verilmiştir. Genel sonuçlar değerlendirilerek sonraki araştırmacılar için önerilerde bulunulmuştur.Deneysel sonuçlar, alüminyum alaşımlı çekirdekli BÖÇ'lerin kümülatif enerji yutma kapasitelerinin kaynaksız tasarımla arttırılabileceğini göstermiştir. Üretilen BÖÇ'lerde herhangi bir tümsel burkulma sorunu gözlenmeksizin istenilen histeretik davranışlar elde edilmiştir. Kaynaklı alüminyum alaşımlı BÖÇ'lerin erken göçmesinin nedeni çekirdek akma bölgesinden güçlendirme bölgesine geçişte bulunan kaynaklarda ısıdan etkilenen bölgelerden dolayı dayanım kaybının oluşmasıdır. Alüminyum alaşımlı BÖÇ'ler özellikle yoğun korozyon ortamlarından olumsuz etiklenen köprü ve binalarda tercih edilmesi beklenilmektedir. Çelik BÖÇ'lerle karşılaştırıldığında, alüminyum alaşımlı BÖÇ'lerde nispeten daha simetrik histeretik eğriler elde edilmiştir. Sonuç olarak, alüminyum alaşımlı çekirdekli BÖÇ'lerin mevcut betonarme ya da çelik binaların rijitlik ve dayanımlarının arttırılması için güçlendirme amacıyla, yeni bina ve köprülerde ise etkin enerji yutma elemanı olarak kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
Since steel moment resistant frame systems did not show the expected performance especially during the 1994 Northridge and the 1995 Kobe earthquakes, new structural solutions which could reduce the destructive effects of earthquakes have been sought. These studies which began in Japan and then have started to spread in the USA, have recently increased. Structural dampers of different types which dissipate seismic energy have beneficial results in this sense. Buckling Restrained Braces (BRBs, also as known as unbonded braces), being a sort of metallic damper, display a balanced hysteretic behavior by axial yielding under reversed cyclic tension and compression forces during major earthquakes. Frames incorporating BRBs could be used with the purpose of seismic retrofitting in order to increase lateral stiffness and strength of existing reinforced concrete (RC) or steel buildings. Recently, some further applications are being made in Japan and in the USA, particularly as ductile energy dissipating end diaphragms in steel bridges. Approximate symmetric behavior of BRBs under tension and compression and their feature of not causing any degradation in terms of stiffness and strength as well as obtaining stable hysteretic curves expand their area of use. Furthermore, when compared to other alternative seismic energy dissipation systems, BRBs have several advantages such as easy replacement following an earthquake (if needed), easy fabrication and construction with relatively low cost, simple end connection details.The purpose of this thesis is to experimentally and analytically investigate the hysteretic behavior of BRBs having different core materials and end connection details under cyclic loadings. One of the unique aspects of this study is that, to the best knowledge of this research team, aluminum alloy core and aluminum alloy outer tube BRBs having details developed in this thesis are designed, produced, and tested for the first time in this area. Aluminum alloy is being used increasingly in a variety of structural engineering applications due to potential superior characteristics such as low density, high strength-to-weight ratio, good corrosion resistance, durability, recyclability properties, high strength similar to steel and, excellent formability (e.g., extrusion). These characteristics are of particular significance in the design of lightweight and transportable BRBs for which ease and speed of construction, low maintenance, and long service life are important considerations. When compared to steel core BRBs, aluminum alloy core BRBs are expected to dissipate seismic energy through more similar compression and tension inelastic cycles.As an alternative to commercially avaliable BRBs, produced firstly under the patent of various firms in the U.S.A and in Japan, a total of 8 BRB types, 4 as preliminary/pilot studies, 2 with steel core and outer steel tube, 2 with aluminum alloy core and aluminum alloy outer tube having the same yield strength and simple end connection details were designed, fabricated, and tested.All BRBs were tested in the Structural and Earthquake Engineering Laboratory (STEEL) at the Technical University of Istanbul using a versatile test set-up designed and fabricated by one of the PhD students of the thesis advisor. The set-up composed of a steel L frame was designed to accommodate different bracing sizes and lengths. Using high safety factors, the test set-up was designed to remain elastic under the maximum actuator force. The steel grade for test set-up is S275JR. Loads were applied by a computer-controlled MTS hydraulic actuator, capable of producing up to 250kN horizontal loading. All specimens were designed well less than the capacity of the actuator?s load cell. The AISC-341 (2010) loading protocol was used for all BRB tests.In order to exactly determine the mechanical properties of steel and aluminum alloy core materials from which the BRBs were produced, numerous tensile test specimens (coupons) were prepared in almost prototype samples following the recommended standards (ASTM-A370-08a, ASTM-E8/E8M-09). Material test results contain valuable information on choosing the material classes to be used in designing and manifacturing the steel and aluminum alloy BRBs. Coupon test results were used as material data in static pushover analyses.The BRBs used in the main tests, 2 of which were manufactured from steel core element and steel outer tube and 2 of which were manufactured from aluminum alloy core element and aluminum alloy outer tube material, have a unique design, combining their technological superiorities and minimizing the disadvantages of the existing BRBs developed in the U.S.A and in Japan.Cross-sectional areas of the BRBs were selected based on the possible smallest core geometry. For all specimens, the longest core lengths used 73% of the total brace length. Aluminum alloy group BRBs (BRB-AC1 and BRB-AC2) use rectangular plates as core material having dimensions of 15mm x 35mm for BRB-AC1, and 15mm x 40mm for BRB-AC2. The core material is made of A5083-H111 nonheat-treated aluminum alloy, which mostly expands at the ends to form a cruciform section. Aluminum alloy tubes of BRB-AC1 and BRB-AC2 were made of A6060-T66 material. Steel core sections of BRB-SC1 and BRB-SC2 used rectangular plates (for BRB-SC1, 16mm x 30mm, and for BRB-SC2, 12mm x 25mm). Two types of steel grades are considered, namely S235JR (normal yield strength steel) for BRB-SC1, and S355JR (high yield strength steel) for BRB-SC2 respectively. Outer steel tubes were also made of S355JR steel material.All specimens were subjected to reversed cyclic quasi-static loading. Standard displacement controlled loading protocol and low-cycle fatigue tests (in one specimen only) were conducted. Experimental results are tabulated and presented in the form of hysteresis loops. Cyclic performances of BRBs based on the acceptance criteria given in AISC-341, 2010 are investigated. All tests were performed until the brace fractured. Hysteretic curves, behavioral values such as the maximum strength in tension and compression cycles, hysteretic damping, and cumulative hysteretic energy dissipation values are presented.All specimens, except for BRB-AC1, performed well under the Standard Loading Protocol. No fracture in welds, brace instability or no brace-to-end connection failures were observed. Plots showing the applied load versus brace deformation showed stable, repeatable behavior with positive incremental stiffness. Among all the BRBs, the highest compression adjustment factor at the design displacement level was obtained as ? =1.76 in BRB-SC2. The highest tension adjustment factor at the design displacement level was obtained as ? =1.81 in BRB-AC2. It was understood that the reason for the increase in ? factor is attributed to the higher bond features of the mortar used, potential flaws of unbonding surface, and the inner gap.? values of cumulative inelastic deformations were obtained to be 100 ? by in aluminum alloy BRBs and grater than 172 ? by in steel BRBs. It was observed that hysteretic curves of specimens obtained as a result of experimental and analytical studies were similar and close to the curves obtained with coupon test results. Estimation of experimental success ratio in terms of initial stiffness ranged between 90% ? 99% when aluminum alloy and steel specimens were taken into consideration.The most significant superiority that would be obtained from aluminum alloy BRBs is the perfect corrosion resistance. This is the biggest problem faced by the licensed manufacturers for BRBs. Potential corrosion problems shorten the expected life of a brace and affect their behavior adversely. BRBs with high corrosion resistance requested by the industry were manufactured with aluminum alloy BRBs within the scope of this thesis.In the analytical part, a nonlinear finite element method (FEM) is used with the help of ANSYS-Workbech v12.0.1. Hysteretic curves in which strain-hardening effect is also considered, are compliant with the experimental results. Well-balanced and stable curves are obtained. Non-linearity of materials was defined by using the von Mises yield criterion. Thus, effect of characteristics of steel and aluminum alloy materials on behavior and their energy absorption capacities were compared. For the experimental part of the thesis, the existing database was examined in the direction of this scope. Numerical parameters that are required for modeling were determined.Contents of the main sections of this thesis are given below:In Section 1, the subject and scope of the thesis are described. Brief review of past and current theoretical and experimental works on the hysteretic behavior of BRBs and steel frames braced with BRBs is given.Coupon test results to exactly determine mechanical properties of steel and aluminum alloy core materials from which the BRBs were produced are presented in Section 2.In Section 3, design, fabrication, and cyclic testing of the BRBs used in the main tests, 2 of which have steel core element and steel outer tube and 2 of which have aluminum alloy core and aluminum alloy outer tube, are given. The experimental program, testing set-up, data acquisition systems, and instrumentation are described. Furthermore, components of BRBs are explained, and the welding procedure to be applied to steel and aluminum alloy BRBs is summarized. Assembly of the existing test set-up in its current place in the laboratory, steps of assembly of BRBs to the test set-up according to the order of the test program, and channel codes and position of instruments used in the tests are explained.Using the static pushover analysis results, the estimated BRB behavior is discussed in Section 4. Experimental observations are presented in detail. Hysteretic loops representing the cyclic behavior are given.In Section 5, test results are analyzed, and obtained horizontal force- horizontal displacement hysteretic curves, cyclic energy dissipation curves, quantity of cyclic energy dissipation, horizontal force-out-of-plane displacement hysteretic curves, horizontal force-core deformation hysteretic curves, and horizontal force?gusset plate displacement hysteretic curves are provided. Effective (or equivalent) damping ratios of BRBs are calculated and compared.A 3D modeling of BRBs under reversed cyclic tension and compression loadings is developed in Section 6. Numerically obtained behavioral values are compared with the experimental results.In Section 7, all the experimental and analytical results from this thesis are summarized. Recommendations are made for potential future studies.Experimental results show that, cumulative energy dissipation of aluminum alloy core BRBs can be significantly increased when weld-free BRBs are used in design. The fabricated BRBs achieved the desired behavior while no global buckling occurred under inelastic displacement cycles. The BRB having welded details experienced premature failure due to the strength loss in heat effected zone from the core to the stiffened zone. Aluminum alloy BRBs could be preferable in buildings or bridges where severe corrosion effects are expected. Compared to steel core BRBs, relatively symmetrical hysteretic curves are obtained in aluminum alloy core BRBs.As a result, aluminum alloy core BRBs showed promise for use in new buildings/bridges or as a retrofitting technique in buildings/bridges that lack strength, stiffness, and ductility.