Üstyapı modelleme kabullerinin sismik izolasyon ile güçlendirilen betonarme bir binanın deprem tepkisine etkisi
Effect of superstructure modeling assumptions on earthquake response of a reinforced concrete building retrofitted with seismic isolation
Yazar: DENİZ BİRLİK KAYI
Danışman: PROF. DR. BEYHAN BAYHAN
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sismik izolasyon ile güçlendirilen eski tip betonarme bir binanın sismik taleplerindeki değişim, üstyapıda dikkate alınan modelleme varsayımlarına bağlı olarak araştırılmıştır. Bu doğrultuda, Türkiye yapı stokunda bulunan betonarme yapıların özelliklerini taşıyan, 8 katlı, betonarme bir konut binasının tasarımı, 1998 Deprem Yönetmeliği'ne uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma konusu, eski tip betonarme konut binasının güçlendirilmesinde, kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerden oluşan bir taban izolasyon sistemi kullanılmıştır. Sismik izolasyon ile güçlendirilmiş betonarme konut binasının sayısal modelleri, üstyapı taşıyıcı sistem elemanları için doğrusal ve doğrusal olmayan modelleme yaklaşımları dikkate alınarak iki farklı şekilde oluşturulmuştur. Doğrusal olmayan sayısal modellerde, taşıyıcı sistem elemanlarının sarılma bölgelerinde bulunan enine donatı miktarı bir değişken olarak ayrıca ele alınmıştır. Sayısal modellerin tümünde, kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlere ait doğrusal olmayan kuvvet-deplasman özellikleri tanımlanırken, çevrimsel yükleme sırasında kurşun çekirdekteki sıcaklık artışına bağlı olarak gelişen dayanım kaybı dikkate alınmıştır.
Doğrusal olmayan dinamik analizlerde kullanılmak üzere, PEER kuvvetli yer hareketi veri tabanından yakın saha özelliği taşıyan 11 deprem ivme kaydı seçilmiştir. Seçilen deprem ivme kayıtları, yönetmelik hükümlerini sağlamak amacıyla, hedef tasarım spektrumuna uygun olarak ölçeklendirilmiştir. Dinamik analizlerde, ölçeklendirilen ivme kayıtları, sayısal modellerin her iki yatay doğrultusunda, eş zamanlı olarak tatbik ettirilmiştir. Dinamik analizlerden elde edilen üstyapı göreli kat ötelemesi, kat kesme kuvveti ve kat ivmesi talepleri, değişen modelleme yaklaşımlarına bağlı olarak değerlendirilmiştir.
Çalışmanın ilk bölümünde, farklı bina özellikleri ile modelleme yaklaşımlarının, sismik izolasyonla güçlendirilmiş betonarme konut binasının sismik talepleri üzerindeki etkisini ortaya koyabilmek amacıyla parametrik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Parametrik çalışmada, öncelikle, betonarme konut binasının malzeme ve geometrik özellikleri değiştirilerek yeni bina modelleri oluşturulmuştur. Ardından, betonarme konut binasının doğrusal ve doğrusal olmayan sayısal modellerinde, üstyapı için farklı modelleme yaklaşımları dikkate alınmıştır. Sayısal modellerin doğrusal olmayan dinamik analizlerinden elde edilen üstyapı sismik talepleri, parametrik çalışma kapsamında ele alınan her bir parametre için ayrı ayrı değerlendirilmiştir.
Çalışmanın ikinci bölümünde, sismik izolasyon ile güçlendirilen eski tip betonarme konut binasında, korozyon etkilerinin gözlenmesi durumunda sismik taleplerin değişimi araştırılmıştır. Bu doğrultuda, kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler ile güçlendirilen betonarme konut binasının, dört farklı korozyon senaryosu ve dört farklı korozyon seviyesi için doğrusal olmayan sayısal modelleri oluşturulmuştur. Sayısal modellerin dinamik analizlerinden elde edilen üstyapı sismik talepleri, korozyon etkilerinin ihmal edildiği durumu temsilen oluşturulan sayısal modele ait talepler ile karşılaştırılarak incelenmiştir.
Çalışmanın üçüncü bölümünde, sismik izolasyon ile güçlendirilen eski tip betonarme konut binasının sayısal modellerinde, kolon-kiriş birleşim bölgelerinde oluşması muhtemel kesme ve sıyrılma deformasyonlarının dikkate alınması ve ihmal edilmesi durumunda sismik taleplerdeki değişim araştırılmıştır. Bu doğrultuda, kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler ile güçlendirilmiş betonarme konut binasının düğüm noktası deformasyonlarının dikkate alındığı ve ihmal edildiği iki farklı sayısal modeli oluşturulmuştur. Doğrusal olmayan dinamik analizler sonucunda, sayısal modellerden elde edilen üstyapı sismik talepleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca, düğüm noktalarında elde edilen moment-dönme talepleri incelenmiştir.

Abstract:
In this study, the change in seismic demands of an older-type reinforced concrete building retrofitted with seismic isolation, is investigated depending on the supserstructure modeling assumptions considered in the numerical models. Hence, an 8 story reinforced concrete residental building, with the characteristics of existing Turkish building stock is designed in accordance with the provisions of Turkish Earthquake Code (1998). The designed reinforced concrete residential building is then retrofitted by a base isolation system consisting of lead rubber bearings. The numerical models of the reinforced concrete residental building, retrofitted with seismic base isolation are developed in two different forms by considering linear and nonlinear modeling approaches for structural elements. In the nonlinear numerical model, the amount of transverse reinforcement in the confinement zone of structural elements is also considered as a variable. In all numerical models, the strength deterioration of lead rubber bearings due to the temperature increase in lead core is considered.
Eleven pairs of ground motion acceleration records with near field characteristics are selected from the PEER strong ground motion database to be used in the nonlinear dynamic analysis. The selected ground motion acceleration records are scaled in accordance with the target design spectrum to get compatible with the provisions of Turkish Earthquake Code (2018). In the dynamic analysis, the scaled ground motion records are applied simultaneously in both horizontal directions of the numerical models. The average maximum inter-story drift ratio, average maximum story shear force and average maximum floor acceleration demands of the numerical models are examined comparatively depending on the varying modeling approaches.
In the first part of the study, a parametric study is conducted to investigate the effect of building characteristics and modeling approaches on the seismic demands of a seismically isolated reinforced concrete residential building. In the parametric study, firstly, new building models are developed by changing the material and geometric properties of the reinforced concrete residental building designed. Then, different modeling approaches for the superstructure elements are considered in the linear and nonlinear numerical models. The seismic demands of the superstructure obtained from the nonlinear dynamic analysis of the numerical models are evaluated separately for each of the parameters considered in the study.
In the second part of the study, the change of seismic demands in case of corrosion of steel reinforcement in the reinforced concrete residential building retrofitted with seismic isolation is investigated. Hence, the nonlinear numerical models of the reinforced concrete residental building retrofitted with lead rubber bearings are developed for four different corrosion scenarios and four different corrosion levels. The seismic demands of the superstructure obtained from the nonlinear dynamic analysis of the numerical models are compared with the demands of the numerical model where corrosion effects are not considered.
In the third part of the study, the change in seismic demands of the reinforced concrete residential building with seismic isolation due to beam-column joint deformations is investigated. Accordingly, two numerical models of reinforced concrete residential building (i) with consideration of beam-column joint deformations and (ii) without consideration of beam-colum joint deformations are developed. The seismic demands of the superstructure obtained from the nonlinear dynamic analysis of the numerical models are evaluated comparatively. Also, moment-rotation demands of beam-column joints are examined.