Kısmi boşluklu dolgu duvarlı betonarme çerçevelerin doğrusal olmayan davranışının incelenmesi
Investigation of nonlinear behavior of reinforced concrete frames with partially infilled walls
Yazar: ONUR ÖZTÜRKOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. YUSUF YEŞİLCE ; YRD. DOÇ. TANER UÇAR
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dolgu duvarlar, yapıyı dış ortamdan izole etmek ve farklı iç mekanları birbirinden ayırmak amacıyla betonarme binalarda sıkça kullanılmaktadır. Analiz modelinde genellikle taşıyıcı eleman olarak tanımlanmayan dolgu duvarlar, düşey yayılı yük olarak dikkate alınmaktadırlar. Buna karşın, dolgu duvarlarda deprem etkisi altında hasarların oluşması, dolgu duvarın çerçeve elemanlarıyla etkileşim halinde olduğunu ve yük aktarımı gerçekleştirdiğini göstermektedir. Aydınlatma ve giriş-çıkış gibi fonksiyonel ve mimari gereksinimlerden dolayı açılan kısmi boşluklar da, dolgu duvarlı betonarme yapıların yatay rijitlik ve dayanımını azaltarak deprem davranışını etkileyen önemli parametredir.
Çalışmada, farklı kat ve açıklık sayısına sahip 12 adet düzlem çerçeve dolgu duvarsız, kısmi boşluklu dolgu duvarlı ve tam dolgulu olarak modellenmiştir. Farklı konum ve boyutlardaki boşlukların neden olduğu rijitlik kaybı, rijitlik azaltma faktörleri yardımıyla göz önünde bulundurulmuştur. Bu faktörler, çerçeve-duvar etkileşiminin dikkate alındığı ve dolgu duvarların sonlu elemanlarla modellendiği analizlerden elde edilmiştir. Eşdeğer basınç çubuğunun doğrusal elastik olmayan davranışını tanımlayan eksenel basınç kuvveti-kısalma ilişkisine ait parametreler, dikkate alınan tüm boşluk konumları ve oranları için elde edilmiş ve bu özellikler eşdeğer basınç çubuklarının orta noktasında tanımlanan plastik kesitlere atanmıştır. Betonarme elemanların doğrusal elastik olmayan davranışı ise yığılı plastik davranış modeli esas alınarak idealleştirilmiş ve plastik mafsallar kiriş ve kolonların uç kesitlerine atanmıştır. Dolgu duvar kalınlığının etkisini gözlemleyebilmek için, kısmi boşluklu dolgu duvarlı çerçeveler farklı duvar kalınlığı ile tekrar modellenmiş ve toplamda 48 adet hesap modeli oluşturulmuştur. 
Çerçevelerin doğal titreşim periyotları ve itme eğrileri karşılaştırmalı olarak sunulup yorumlanmıştır. Seçilen bir çerçeve için artımsal itme analizinin ilk adımından itibaren ortaya çıkan plastik kesit dağılımı, itme eğrisi üzerindeki artımlarla birlikte gösterilerek boşluklu dolgu duvarlı çerçevelerin yatay yükler etkisinde genel davranışı irdelenmiştir. Çerçevelerin akma noktalarındaki tepe yerdeğiştirmesi değerleri ve taban kesme kuvveti katsayıları belirlenmiştir. Çerçevelerin tepe yerdeğiştirmesi istemleri Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmeliğe göre hesaplanmış ve bu noktadaki taban kesme kuvvetleri, kat yatay yerdeğiştirmeleri, göreli kat ötelemesi oranları ve seçilen bir plastik mafsaldaki plastik dönme değerleri tablolar ve grafikler ile sunulmuştur. Sonuçlar yorumlanarak dolgu duvarların, dolgu duvar düzleminde açılan kısmi boşlukların ve dolgu duvar kalınlığının betonarme çerçevelerin doğrusal olmayan davranışına etkisi değerlendirilmiştir.

Abstract:
Infill walls are widely used as exterior walls and interior partitions in reinforced concrete (RC) buildings. Infill walls are generally not taken into account in structural analysis and design and treated as non-structural components acting as a distributed gravity load. However, several damages occurred in infill walls when structures are subjected to earthquakes have definitely demonstrated that infill walls interact with the bounding frame and a part of the lateral load is transferred through infills. Furthermore, prevalent openings within the infill wall due to functional needs and architectural considerations, such as daylighting and entrances and exits, are significant parameter affecting the seismic behavior of infilled frame thereby decreasing the lateral stiffness and strength.     
In this study, twelve plane frames with different number of stories and bays are considered. Analyses of bare frames, partially infilled frames with various percentage and configurations of openings and fully infilled frames are performed. Stiffness reduction factors obtained from finite element analysis considering infill wall-frame interaction are used to estimate the strength and stiffness degradation due to opening. Parameters of nonlinear force-displacement relationships of equivalent compression struts are calculated for considered opening positions and percentages and are assigned to diagonal struts. Nonlinear behavior of RC members is considered by adopting a lumped plasticity model. Plastic hinges are assigned at both ends of elastic beam and columns. Partially infilled frames are remodelled considering different thickness of infill in order to investigate the effect of infill thickness to seismic response of partially infilled RC frames. Totally, forty eight analytical models are created. 
Structural periods obtained from modal analysis are tabulated and pushover curves obtained from nonlinear static analysis, or so-called pushover, are shown and the results are discussed. Nonlinear structural behavior of partially infilled RC frames has been analytically studied considering formation of plastic hinges at each lateral load increment and the corresponding incremental top displacement of a particular frame. Yield displacements and resulting yield base shear coefficients are estimated from pushover curves. Additionally, inelastic displacement demands of the frames are calculated in accordance with the procedure given in Turkish Seismic Design Code and corresponding base shears, lateral top displacements, interstory drift ratios of frames and plastic hinge rotations of a particular RC member are given in details. The effect of infill walls, particularly with partial openings, and infill wall thickness to nonlinear seismic response on partially infilled RC frames is evaluated based on the results of the present study.