Ön üretimli iskelet sistemlerin dünyadaki gelişimi ve depreme dayanıklı tasarım yaklaşımları
Worldwide developments of precast frame structures and innovative methods in earthquake resistant design
Yazar: SUNAY SEYDİOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. Z. CANAN GİRGİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Bölümü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Deprem = Earthquake

Özet:
Ön üretimli elemanlar ile inşa edilmiş yapılar, İkinci Dünya Savaşından sonra özellikle Doğu Avrupa ülkeleri, Japonya, ABD ve SSCB'de yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Söz konusu yapılar, tümü veya bir bölümü sismik açıdan aktif bu ülkelerde meydana gelen depremlerden, değişik seviyelerde etkilenmiştir. Depremlerden elde edilen deneyimler, bu yapılarda en kritik noktaların birleşim bölgeleri olduğunu göstermiştir. Ön üretimli sistemlerin depreme dayanıklı olması, büyük ölçüde birleşim bölgelerinin depreme dayanıklı olmasına bağlıdır. Northridge ve Kobe depremlerinde oluşan hasarlar, özellikle sismik açıdan aktif bölgelerdeki taşıcı sistem tasarımında yapısal bütünlüğün sağlanmasının ne denli önemli olduğunu ortaya koymuştur.Bu tez çalışmasının çıkış noktası ağırlıklı olarak, ülkemizde ve dünyada daha fazla uygulama alanı bulan, ön üretimli iskelet sistemlerin; gelişimi, mevcut durumu ve düğüm noktalarının deprem dayanımının arttırılması üzerine son dönemdeki geliştirme çalışmaları üzerine odaklanmıştır. 1990'lardan başlayarak ön üretimli iskelet sistemlerde; sismik performansı yüksek, moment aktaran birleşimlerin geliştirilmesi üzerine yoğun deneysel araştırmalar yapılmıştır. Burada temel amaç, yerinde dökme betonarme sistemlere benzer enerji yutma kapasitesi sağlamak, bunun yanısıra çok daha az hasar gören ve kolaylıkla onarılabilen birleşimler yaratmaktır. Ön üretimli iskelet sistem elemanlarının birleşimlerinin sabit, hareketli yükler ve deprem yükleri altında moment aktarma kapasitesini arttırmak için ard-germe donatısı ile doğal sertlikte donatı çeliğinin bir arada kullanıldığı karma birleşimler geliştirilmiştir. Bu birleşimlerde ard germe donatısı sabit, hareketli yükler ve deprem yüklerine karşı doğrusal elastik bölgede kalarak kayma dayanımı sağlarken, doğal sertlikte donatı çeliği de akarak sistemin enerji yutma kapasitesini arttırmaktadır. Kiriş-kolon birleşim deneylerinden elde edilen sonuçlar, deprem performansı yetersiz olan ön üretimli beton paneller ile üretilen perde duvarlara da ışık tutmuş, benzer özellikte ard-germeli ön üretimli perde duvarların geliştirme çalışmaları başlamıştır.Bu çalışmanın ikinci bölümünde ön üretimli sistemlerin tarihsel gelişimi, sismik açıdan aktif bölgelerdeki uygulamaları incelenmiştir.Üçüncü bölümde depreme dayanıklı ön üretimli iskelet sistem tasarımı ve geçmişteki büyük depremlerde ortaya çıkan hasarlar resimlerle desteklenerek açıklanmıştır.Ön üretimli iskelet sistemlerde uygulanan birleşim detayları ile bu detayların olumlu ve olumsuz özellikleri Dördüncü Bölümün konusunu oluşturmuştur.Ard-germe yöntemi ile birleştirilen ön üretimli iskelet sistem elemanlarının sismik etkiler altındaki davranışı Beşinci Bölüm'de incelenmiştir. Bu bölümde son dönemde depreme dayanıklı ön üretimli iskelet sistem tasarımı için geliştirilen ard-germeli karma birleşim yönteminin deney süreci ve geliştirilen birleşim tiplerinin tersinir yükler altındaki performansları yerinde dökme betonarme sistemlerle karşılaştırılarak incelenmiştir.Sonuç bölümünde ise, mevcut ve son dönemde geliştirilen ön üretimli iskelet sistemlerin deprem etkisi altındaki davranışlarının değerlendirmesi yapılmıştır.Anahtar kelimeler: Ön üretim, moment aktaran iskelet sistem, ard-germe, karma birleşim, deprem

Abstract:
Precast systems, have been started to be used extensively after Second World War especially in East European countries, Japan, USA and USSR. Precast systems were affected by the strong earthquakes in these seismically active countries. Lessons obtained from the earthquakes have indicated that the most critical points of these systems are the connections. In other words, the resistance to earthquake of a precast system mainly depends on the resistance to earthquakes of connections. Indeed, the recent disasters in Northridge and Kobe betrayed the requirement to a structural design providing structural integrity against seismic activity.This study addresses the historical development and current applications of precast frame systems which have wider applications than other precast structure types; and the enhancements in connections of these systems. Since early 1990s intensive experimental investigations have been performed to develop the innovative connections which will provide the integrity of the structure against seismic activity. The main aim of this research for precast frame structures is further to attain the seismic performance similar to reinforced concrete frame systems under moderate to strong earthquakes. Meanwhile in this new competitive system, to reduce damage and to easily repair after a strong earthquake are possible. In this scope the hybrid connections, whose main components are high strength post-tensioned steel and mild steel, were developed by combining both elastic and inelastic action at the connections for precast moment resistant frames to resist the dead, live and seismic loads. While post-tensioned steel provides high shear strength and self-centering capability to the connection to resist the dead, live and seismic loads mild steel would be utilized to serve as an seismic energy dissipater by yielding. This new technology was initially developed for beam-column connections, subsequently, it was extended and adapted to precast shear walls.The scope, importance, method and assumptions of this study are introduced in the First Section.The Second Section establishes the history of the precast systems, the development of precast frame systems in the seismically actives countries.Precast systems suffering damages during earthquakes are presented and shown in the Third Section.In the Fourth Section the connection details applied in precast frame systems up to the present, the positive and negative features of these details are emphasized.The Fifth Section covers the experimental studies on innovative precast hybrid connections to provide the integrity of the structure and their energy absorbing capacities under earthquake loading. This section includes two types of connection: beam-columns and shear walls. The nowadays applications of precast structures with hybrid connections under consideration are displayed as well.The past and present status of precast frame systems; experimental studies and results rising from the investigations on innovative post-tensioned precast moment resisting systems are presented in the Conclusion Section.Keywords: Precast, moment resisting frame, post-tensioned, hybrid connection, earthquake