Yapıların deprem davranışının enerji esaslı analizi
Energy based seismic analysis of structures
Yazar: BAYKAL HANCIOĞLU
Danışman: PROF. ZEKERİYA POLAT ; YRD. DOÇ. DR. MURAT SERDAR KIRÇIL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Güncel sismik tasarım yöntemleri; yeni yapıların depreme dayanıklı tasarımında veya mevcut yapıların sismik değerlendirilmesinde, performansa dayalı tasarım kavramına yönelmektedir. Bu bağlamda; enerji isteminin değerlendirilmesi, tasarımı iyileştirmede, hasar değerlendirmelerinde veya sismik risk tahmininde etkili bir araç olarak kabul edilebilir.Bu çalışmada; sıkı zeminlerde kaydedilmiş uzak-fay yer hareketleri altında, dayanımı belirli bir-serbestlik-dereceli (BSD) elastoplastik sistemlerde giriş enerjisi, çevrimsel enerji ve en büyük elastik olmayan yerdeğiştirme istemi için istatistiksel değerlendirmeler yapılmış ve bunların tahmini için bazı yapısal ve sismik parametrelere bağlı bağıntılar geliştirilmiştir. Aynı zamanda; elastik davranış spektrumlarından hareketle, yer hareketinin karakteristik periyodunun tahmin edilmesine yönelik bir bağıntı da önerilmiştir.Çevrimsel enerji ve yerdeğiştirme sünekliği istemi, yapı davranışının doğası gereği birbirine bağlı parametrelerdir. Bu nedenle, yerdeğiştirme sünekliği isteminin çevrimsel enerjiye bağlı olarak tahmin edilebilmesine izin veren iteratif bir yöntem geliştirilmiş ve önerilmiştir. Önerilen yöntem ile hem elastik olmayan yerdeğiştirme hem de enerji isteminin tahmin edilebilmesi; çevrimsel istemin bir göstergesi sayılabilecek eşdeğer çevrim sayısı ve bazı enerji esaslı, düşük-çevrimli yorulma etkisini dikkate alan hasar indekslerinin tahminini de olanaklı kılmaktadır.Giriş enerjisi ve yerdeğiştirme sünekliğinin tahmininde girdi olarak kullanılan sismik parametrelerin (etkili yer hareketi süresi ve Cosenza ve Manfredi sismik indeksi ID) yeterince güvenilir olarak tahmin edilemediği durumlar da göz önüne alınarak, önerilen bağıntılar belli bir güvenilirlikle basitleştirilmiştir. Böylelikle; önerilen yöntem ile dayanımı belli BSD bir sistem için giriş enerjisi, çevrimsel enerji, en büyük elastik olmayan yerdeğiştirme istemi ve bunlara bağlı olarak çevrimsel istem (eşdeğer çevrim sayısı) sadece elastik davranış spektrumları girdi olarak kullanılarak tahmin edilebilmektedir.Bu çalışmada önerilen bağıntılar ve yöntem, literatürde yer alan benzer başlıca yaklaşımlarla karşılaştırılmış ve önerilen yaklaşımın oldukça tatminkâr olduğu görülmüştür.Anahtar kelimeler: çevrimsel enerji, giriş enerjisi, karakteristik periyot, en büyük elastik olmayan yerdeğiştirme, eşdeğer çevrim sayısı, çevrimsel istem

Abstract:
The current seismic design methodologies for both earthquake resistant design of new structures and assessment of seismic vulnerability of existing structures are tending to the concept of the performance based design. In this sense, the evaluation of the seismic energy demand becomes an effective tool to optimize the design and to estimate the potential seismic damage and seismic hazard.In this study, an iterative procedure is proposed in order to estimate the maximum inelastic displacement demand of a single-degree-of-freedom (SDOF) system with a certain lateral strength through the energy dissipated under an earthquake ground motion excitation. Thus, various statistical analyses are performed to develop the equations for estimating hysteretic and input energy spectra in terms of a number of structural and seismic parameters, considering an extensive earthquake ground motion database which includes a total of 268 far-field records, two horizontal components from 134 recording stations located on firm soil sites. Moreover, an equation is proposed for estimation of the characteristic period of ground motion by use of only elastic response spectra.Estimation of hysteretic energy and maximum inelastic displacement demands by proposed method allows further evaluation on cyclic demand by means of equivalent number of cycles and on certain energy based damage indices which consider the low cycle fatigue.The simplified version of the proposed equations estimating the input energy and maximum inelastic displacement are also developed considering the absense of reliable estimations of the seismic parameters used in the proposed equations such as the effective duration of strong ground motion and the Cosenza and Manfredi seismic index ID. Thus, the proposed method allows to estimate the input energy, the hysteretic energy, the maximum inelastic displacement and the cyclic demands of a SDOF system by using only the elastic response spectra.The input energy and the maximum inelastic displacement demands estimated by proposed method in this study are compared with those estimated by the approaches previously proposed by other authors and it is found that the proposed method yields satisfactory results.Keywords: hysteretic energy, input energy, characteristic period, maximum inelastic displacement, equivalent number of cycles, cyclic demand