TBDY-2018 ve ASCE 41-17'da tanımlanan doğrusal olmayan performans değerlendirme yöntemlerinin betonarme binalar için karşılaştırılması
A comparison of nonlinear performance evaluation methods for reinforced concrete buildings according to TSC-2018 AND ASCE 41-17
Yazar: ROHULLAH JAMAL
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN BAHADIR YÜKSEL
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kapasite = Capacity ; Kesme kuvveti = Cutting force ; Plastik mafsal = Plastic hinge ; Yer değiştirme = Displacement ; İtme = Push

Özet:
Son otuz yıl içinde dünyada meydana gelen büyük depremlerin sonucunda, yeni inşa edilen binaların depreme karşı dayanıklı tasarımı ve mevcut binaların deprem etkisinde oluşan hasar sınırların belirlenmesi ve deprem güvenliği açısından yetersiz kalan binaların güçlendirmesi günümüzdeki en önemli konularından biridir. Bu durumda binaların deprem yükleri altında gerçekçi olarak hesaplanması ve tasarımı özellikle son yıllarda yaşanan depremler neticesinde önem kazanmıştır. Son zamanlarda yaşanan can ve mal kayıpları sonrasında, yapıların kuvvete dayalı tasarımları yerine, şekil değiştirme ve yer değiştirmeye dayalı yöntemler geliştirilmiştir. Betonarme binaların doğrusal olmayan davranışlarını göz önüne alan, bu metotların geliştirilmesi ile performansa dayalı tasarım kavramı oluşmuştur. Gelişmiş ülkelerde yapılan araştırmalar sonucunda, bina performans analizi ile ilgili doğrusal ve doğrusal olmayan varsayımlara dayanan bazı yöntemler geliştirilmiştir. Doğrusal olmayan analiz yöntemleri de kendi aralarında statik ve dinamik olmalarına göre ikiye ayrılmıştır.
Bu tez çalışması kapsamında, TBDY 2018'de yer alan Artımsal Eşdeğer Deprem Yükü Hesap Yöntemi, ASCE 41-17'de yer alan Basitleştirilmiş Doğrusal Olmayan Statik Analiz Yöntemleri yer almaktadır. Bu tez çalışması kapsamında ele alınan farklı açıklık, kat ve taşıyıcı sisteme sahip betonarme binaların tasarımı TBDY 2018 ve TS500'e göre yapılmıştır. Tasarlanan betonarme binaların performans analizi TBDY 2018 ve ASCE 41-17 yönetmeliklerine göre yapılarak elde edilen sonuçları karşılaştırarak yorumlanmıştır. Bu tez çalışmamız yedi bölümden oluşmaktadır.
Birinci bölümünde, tez konusu ile ilgili gerekli bilgi verilmesi, tezin amacı ve önemi ve ilgili çalışmaların gözden geçirilmesi yer almaktadır.
İkinci bölümde, TBDY 2018'e göre yapı sistemlerinin doğrusal olmayan hesap yöntemleri ile performans analizi ve hesap ilkeleri anlatılmıştır. TBDY 2018'e göre doğrusal olmayan hesap yöntemleri ile ilgili gerekli bilgiler, tanımlanmış hasar sınırları ve bu hasar sınırlarına bağlı olarak deprem performans seviyelerinin belirlenmesinin gereken bilgileri verilmiştir.
Üçüncü bölümde, ASCE 41-17'ye göre performans değerlendirmesi ve hesap ilkeleri, betonarme taşıyıcı sistemlerin ASCE 41-17'de belirtilen Basitleştirilmiş Doğrusal Olmayan Statik Analiz ve Doğrusal Olmayan Dinamik Analiz Yöntemi ile performans değerlendirmesi ve hesap ilkeleri anlatılmıştır. Doğrusal Olmayan Statik Analiz Yöntemi ile talep noktası "Katsayılar Yöntemi" ile belirlenmektedir. Betonarme kiriş, kolon ve perde elemanların hasar durumlarının belirlenmesi ve ASCE 41-17'de kesitlerin hasar durumlarının belirlenmesinde plastik dönme değerleri göz önüne alınmıştır.
Dördüncü bölümde, dört farklı üç açıklıklı 1, 2, 3 ve 4 katlı betonarme taşıyıcı sistem modelinin düşey yükler ve deprem kuvvetleri altındaki davranışı sayısal olarak incelenmiştir. Betonarme taşıyıcı sistemlerin tasarımı TBDY 2018 ve TS 500 yönetmeliklerine göre yapılarak TBDY 2018 ve ASCE 41-17 yönetmeliklerine göre performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Betonarme taşıyıcı sistemlerin gerçekleştirilen performans analizlerin sonuçları birbiri ile karşılaştırarak yorumlanmıştır.
Beşinci bölümde, üç açıklıklı üç, beş ve yedi katlı betonarme karma taşıyıcı sistemlerin tasarımı TBDY 2018 ve TS 500 yönetmeliklerine göre yapılmıştır. Tasarlanan betonarme karma taşıyıcı sistemlerin performans analizi TBDY 2018 ve ASCE 41-17 yönetmeliklerine göre yapılarak elde edilen sonuçları karşılaştırarak irdelenmiştir.
Altıncı bölümde, dört açıklıklı üç, beş ve yedi katlı betonarme karma taşıyıcı sistemlerin tasarımı TBDY 2018 ve TS 500 yönetmeliklerine göre yapılmıştır. BKTS-4, 5 ve 6 taşıyıcı sistemlerin performans analizi TBDY 2018 ve ASCE 41-17 yönetmeliklerine göre yapılarak elde edilen sonuçları birbiri ile karşılaştırmıştır.
Yedinci bölümde, beş açıklıklı üç, beş ve yedi katlı betonarme karma taşıyıcı sistemlerin tasarımı TBDY 2018 ve TS 500 yönetmeliklerine göre yapılmıştır. BKTS-7, 8 ve 9 taşıyıcı sistemlerin performans analizi TBDY 2018 ve ASCE 41-17 yönetmeliklerine göre yapılarak elde edilen sonuçları karşılaştırmıştır. Tüm betonarme taşıyıcı sistemlerin performans analizlerin sonucunda elde edilen kapasite eğrileri elde edilerek çizilmiştir. Betonarme taşıyıcı sistemlerin performans noktalarında yer alan tepe yatay yerdeğiştirmesi, taban kesme kuvvetleri, kat kesme kuvvetleri, kat ötelenmeleri, hasar gören elemanların yüzdelik oranları elde edilerek karşılaştırmıştır. Betonarme taşıyıcı sistemlerin performans analizi sonucunda, taşıyıcı elemanlarında oluşan ilk plastik mafsal oluşumu ve performans noktasına ulaşan plastik mafsal oluşumun devamı elde edilerek karşılaştırmıştır.

Abstract:
As a result of the major earthquakes that have taken place in the world in the last thirty years, the earthquake resistant design of newly constructed buildings, the determination of the damage limits of existing buildings due to earthquakes, and the reinforcement of buildings that are insufficient in terms of earthquake safety are one of the most important issues today. In this case, realistic calculation and design of buildings under earthquake loads has gained importance especially as a result of earthquakes in recent years. After the recent loss of life and property, methods based on deformation and displacement have been developed instead of the force-based designs of structures. The concept of performance-based design has emerged with the development of these methods, which take into account the non-linear behavior of reinforced concrete buildings. As a result of research conducted in developed countries, some methods have been developed for building performance analysis based on linear and non-linear assumptions. Nonlinear analysis methods are also divided into two according to their being static and dynamic. Within the scope of this thesis, Incremental Equivalent Earthquake Load Calculation Method in TSC-2018 and Simplified Nonlinear Static Analysis Methods in ASCE 41-17 are included. The design of reinforced concrete buildings with different spans, floors and carrier systems, which are discussed within the scope of this thesis, were made according to TSC-2018 and TS500. The performance analysis of the designed reinforced concrete buildings was made according to TSC-2018 and ASCE 41-17 regulations and interpreted by comparing the results obtained. This thesis contents of seven chapters.
In the first part, the necessary information about the thesis subject, the purpose and importance of the thesis and the review of the related studies are included.
In the second part, nonlinear calculation methods of building systems, performance analysis and calculation principles are explained according to TSC-2018. Necessary information about nonlinear calculation methods according to TSC-2018, defined damage limits and the necessary information to determine earthquake performance levels depending on these damage limits are given.
In the third chapter, performance evaluation and calculation principles according to ASCE 41-17, performance evaluation and calculation principles of reinforced concrete structural systems with Simplified Nonlinear Static Analysis and Nonlinear Dynamic Analysis Method specified in ASCE 41-17 are explained. With the Non-Linear Static Analysis Method, the demand point is determined by the "Coefficients Method". Plastic rotation values are taken into account in determining the damage conditions of reinforced concrete beams, columns and shear elements and in determining the damage conditions of sections in ASCE 41-17.
 In the fourth chapter, the behavior of four different three-span 1, 2, 3 and 4-storey reinforced concrete structural system models under vertical loads and earthquake forces is numerically investigated. The design of reinforced concrete carrier systems was made according to TSC-2018 and TS 500 standards, and performance analyzes were carried out according to TSC-2018 and ASCE 41-17 standards. The results of the performance analyzes of reinforced concrete carrier systems were interpreted by comparing them with each other.
In the fifth chapter, the design of three-span, three-, five- and seven-storey reinforced concrete composite carrier systems was made in accordance with TSC-2018  and TS 500 standards. The performance analysis of the designed reinforced concrete composite carrier systems was carried out according to TBDY 2018 and ASCE 41-17 standards and compared with the results obtained.
In the sixth chapter, the design of four-span, three-, five- and seven-storey reinforced concrete composite systems was made in accordance with TSC-2018  and TS500 standards. The performance analysis of BKTS-4, 5 and 6 carrier systems was performed according to TSC-2018  and ASCE 41-17 standards, and the results obtained were compared with each other.
In the seventh chapter, the design of five-span, three-, five- and seven-storey reinforced concrete composite systems was made in accordance with TSC-2018  and TS 500 standards. The performance analysis of BKTS-7, 8 and 9 carrier systems was performed according to TSC-2018  and ASCE 41-17 standards and compared the results obtained. The capacity curves obtained as a result of the performance analysis of all reinforced concrete structural systems have been obtained and drawn. At the performance points of reinforced concrete structural systems, top horizontal displacement, base shear forces, storey shear forces, storey drifts, percentage ratios of damaged elements were obtained and compared. As a result of the performance analysis of reinforced concrete carrier systems, the first plastic hings formation in the carrier elements and the continuation of the plastic hinge formation reaching the performance point were obtained and compared.