Yan levhalı kolon-kiriş birleşimlerinin tek katlı ve çok açıklıklı çelik çerçevelerin deprem davranışlarına katkılarının doğrusal olmayan zaman-tanım alanında analiz yöntemiyle incelenmesi
Investigation of the contribution of side-plate beam-column connection to the seismic behavior of single-story multi-span steel frames with the help of nonlinear time-history analysis method
Yazar: SERDAR AKÇA
Danışman: PROF. DR. İLKER KALKAN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kobe depremi = Kobe earthquake

Özet:
Bu çalışma, yeni nesil yan levhalı kolon-kiriş birleşimlerinin tek katlı ve bir doğrultuda çok açıklıklı moment-aktaran çelik çerçevelerin deprem davranışlarına etkilerinin incelenmesi amacıyla yapılmıştır. Klasik guseli ve alın levhalı birleşim detayı ile yan levhalı birleşim detayına sahip iki çerçeve modelinin zaman-tanım alanında doğrusal olmayan deprem analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerde, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY) 2018 tasarım ivme spektrumuna göre ölçeklendirilmiş üç adet deprem kaydı (1990 Manjil, 1995 Kobe, 1999 Hector Mine) kullanılmıştır. Bu deprem kayıtlarının her birinin şiddetleri ve yapı üzerindeki etkilerinin arttırılması için, farklı deprem tekrarlanma periyodu (2475, 4950, 9900, 12375, 14850, 17325, 19800, 22275, 24750, 27225, 29700, 32175 yıl) değerlerine göre düzenlemeler yapılmıştır. Bu sayede, tek katlı depo, antrepo veya üretim tesisi gibi özel çelik yapısal sistemlerin göçmeye ulaşacakları deprem seviyeleri tespit edilmiş ve yan levhalı birleşim detayının çerçeve davranışına etkileri ortaya konulmuştur. Yapının yer aldığı konumdaki zemin sınıfı, ZD olduğu varsayılmıştır.
Kolon-kiriş birleşim bölgelerinde ortaya çıkması muhtemel plastik mafsalların tanımlanmasında kolon ucu plastik dönme sınırı, kiriş ucu plastik dönme sınırı ve birleşim dönme sınırı ölçütlerinden tamamı dikkate alınmıştır. Her iki birleşim çeşidi için de birleşim bölgesi dönme sınırı daha kritik sonuçlar verdiği için, birleşimlerdeki kapasite tükenmesinin bu sınırın etkisiyle ortaya çıktığı varsayılmıştır.
Deprem analizleri, tek katlı çerçevelerde ortaya çıkan plastik mafsalların kat seviyesinin altında olmasından dolayı, kolon-kiriş birleşim bölgesinde yapılan iyileştirmelerin etkisiz kaldığını göstermiştir. Buna göre, her iki birleşim tipine sahip çerçevede de aynı deprem hareketinin birleşim göçmesine neden olan tekrarlanma periyodu değerleri aynıdır. Kolon uçlarında ortaya çıkan plastik mafsallaşmalar, birleşim güçlendirmesinin etkinliğine engel olmuştur. Ayrıca, analizler sonucu, kısa süreli depremlerin, doğal titreşim periyodu değerleri nispeten düşük olan tek katlı çerçeveler üzerinde daha yıkıcı etkilere sahip olduğunu göstermiştir. Yatay kat ötelenmelerinin zamana bağlı değişimleri incelendiğinde kısa süreli deprem hareketleri ile kısa süreli yapı salınımlarının rezonans benzeri ilişkisinin bu yıkıcı etkiye sebep olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
The present study aimed at investigating the contribution of the new side-plated beam-column connection detail to the seismic behavior of single-story moment frames with multiple spans in one direction. Within this respect, a steel moment frame model with conventional end plate and side-plate types of beam-column connections were analyzed with the help of the nonlinear time-history analysis method. In these analyses, three seismic records (Manjil 1990, Kobe 1995, Hector Mine 1999), scaled to match the design acceleration spectrum of the Turkish Building Earthquake Code (TBEC) 2018 were used. The seismic records were adjusted according to the earthquake return period value (2475, 4950, 9900, 12375, 14850, 17325, 19800, 22275, 24750, 27225, 29700, 32175 years) to enhance the intensity and influence of the seismic movements. In this way, the seismic intensities, under which the steel frames are subject to failure, and the contribution of the SidePlate connections to frame behavior were tried to be set forth. The soil type for the location of the analyzed structure was assumed to be ZD.
In the definition of the plastic hinges at the beam-column connections, the plastic rotation limits of the column end, plastic rotation limits at the beam end and the tolerable rotation values of the beam-column connection were taken into account. For both types of connections, the tolerable rotation limits of the connections governed the plastic hinge definitions.
The seismic analyses indicated that the improvements in the beam-column connection regions cease to be effective due to the formation of plastic hinges below the floor level. In this respect, the return period values for the two frames with different types of beam-column connections are identical for each seismic record. The plastic hinging at the column ends prevented the efficiency of the beam-column connection region strengthening. Furthermore, the seismic records with shorter durations proved to be more influential on the single-story structures, which are known to possess lower natural vibration period values. Examining the variation of the lateral story drift values over time indicates that the short seismic movements become resonant with the frequent natural vibrations of the structure, exacerbating the devastating effects of the seismic movement.