Çelik moment çerçevelerde kolon ayağı modelleme yaklaşımlarının deprem davranışına etkisinin irdelenmesi

Abstract

Yüksek enerji tüketme kapasiteleri ve sağladıkları mimari avantajlar bakımdan, süneklik düzeyi yüksek çelik moment çerçeveler, aktif deprem bölgelerinde yatay yük taşıyıcı sistem olarak sıklıkla tercih edilmektedir. Bilhassa, 1994 Northridge, ABD ve 1995 Kobe, Japonya depremleri sonrası hız kazanan değerlendirmeler, gerek deneysel gerekse sayısal modelleme yoluyla, yaygın kullanılan bu yatay yük taşıyıcı sistemlerin davranışının iyi kavranmasına katkı sağlamıştır. Ancak, her ne kadar birleşimlerin kapasitesi vb. yönlerden detaylı incelenmiş olsalar da, moment çerçevelerin tasarımı ve performans değerlendirmesinde, kolon ayaklarının ne şekilde modelleneceği, genellikle tasarımcıya bırakılmıştır. Kolon ayağındaki plakaların tasarımına bağlı olarak ankastre veya mafsallı olarak kabul edilen sınır koşullarının, aslında yarı rijit olduğu bilinse de, literatürde detaylı biçimde ele alınmamıştır. Bu çalışmada, farklı kolon ayağı modelleme yaklaşımlarının, ciddi yer sarsıntıları etkisinde, doğrusal olmayan çerçeve davranışına etkileri irdelenecektir. Bu amaçla, yüksek sismisiteye sahip bir deprem bölgesinde tasarlanan, orta yükseklikteki özdeş moment çerçevelerin davranışları, kolon ayaklarının sınır koşulları değiştirilerek karşılaştırılacaktır. Seçilen deprem kayıtları kullanılarak sözü edilen özdeş moment çerçeveler, zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizlere ve yapı yatayda artımsal olarak itilerek doğrusal olmayan statik itme analizine tabi tutulacaktır. Elde edilen sonuçlar, en büyük göreli kat ötelemesi, kiriş uçlarındaki plastik dönme talepleri, katlara etkiyen yatay ivme talepleri, yapılardaki enerji talepleri gibi geleneksel sismik talep göstergeleri bakımından karşılaştırılarak, sayısal modellemede genellikle göz ardı edilen bu etki nicel biçimde tartışılacaktır.Steel special moment frames (SMFs) are commonly used lateral force-resisting systems in seismic regions for their large energy dissipation capacities and architectural advantages they provide. Experimental and numerical studies conducted following the reconnaissances after the 1994 Northridge and the 1995 Kobe earthquakes in particular significantly improved the comprehension of seismic behavior of this popular lateral force-resisting system. Although these studies examined the connections, seismic demands, etc. in detail, the decision on how column base fixity should be accounted for is usually up to the engineers' intuition when designing or assessing the performance of a frame. Depending on the design of the stiffeners in the column base, they could be modeled as fixed or pinned even though column bases are semi-rigid connections, which has not been thoroughly investigated in the literature. The present study intends to investigate the impact of different modeling approaches for column base-fixity on the nonlinear response of the frames under severe earthquake ground motions. For this purpose, mid-rise prototype buildings designed in a location with high seismicity considering different column base modeling assumptions are compared. The prototype frames are subjected to a suite of ground motions through nonlinear time history dynamic analyses and nonlinear static pushover analysis by incrementally pushing the building horizontally. To quantitatively discuss the impact, which is usually ignored in numerical modeling, the results are compared in terms of the traditional engineering demand parameters, such as peak inter-story drift demands, peak plastic rotation demands, floor acceleration demands and energy demands in buildings.