Çelik çerçevelerde kolon ek yerlerinin sismik talepleri ve zaman geçmişi analizleri

Abstract

1994 Northridge depreminden önce Amerika'da bütün kolon ekleri kısminüfuzlu küt kaynaklar kullanılarak yapılıyordu. Deprem sonrası, birçok çelikçerçevedeki kolon ek yerlerinde ise birçok gevrek kırılma gerçekleşmiştir. 1994Northridge depremi sonrası FEMA tarafından yapılan yoğun hasar değerlendirmeçalışmaları, şiddetli yer hareketleri tarafından oluşan şiddetli çevrimseldeformasyonların zayıflıklarını ortaya çıkarmıştır. FEMA projelerinin sonuçlarıAISC Deprem Yönetmeliği, 1997'den itibaren ve sonraki yıllarda da kolon ekleriyönetmeliklerde yer almıştır. 2005 yılında yayınlanan mevcut AISC depremyönetmeliği (ANSI/AISC 341-05), çelik yapıların ve özellikle momentbirleşimlerinin depreme karşı tasarımları konusundaki son gelişmeleriyansıtmaktadır. Çelik çerçevelerde birleşimlerdeki hasarlar konusundaki yoğunçalışmalar aynı zamanda kolon ek yerlerinde de ciddi yönetmelik hükümleriningetirilmesine yol açmıştır. 1990 öncesi literatür taraması kolon ekleri konusundayapılan çok az çalışma olduğunu göstermektedir. Moment çerçevelerdeki kiriş-kolonek yerleri üzerinde yapılan yoğun deneysel çalışmalarda da çok az kolon ekleriçalışılmıştır. Kolon eklerinde, AISC deprem yönetmeliklerine göre tam nüfuzlu kütkaynak kullanılmasının çok fazla güvenilir bir şart olduğu konusundaki çekincelerbir tarafa bırakılırsa, bu konuda özellikle de kolon ekleri konusunda yapılançalışmalarla bu şartın gerekliliği henüz açıklanabilmiş değildir.Bu çalışmanın ana amacı; AISC Deprem yönetmeliklerinde (ANSI/AISC 341-05, Bölüm 9.9,2005) kolon ekleri için getirilen tam nüfuslu küt kaynak şartınınrasyonelliğini sorgulamaktır. Bunun için bu çalışmada; 4 ve 9 katlı iki çelik çerçeveseçilmiştir. Seçilen binalar, deneysel amaçlı olarak düşey yükler ve deprem yüklerinegöre tasarlanmıştır. Çelik yapılara kolon ekleri yerleştirilmiş ve bu kolon eklerindeoluşan talep/kapasite oranları bulunması amaçlanmıştır. Bunun için; aşılama olasılığı%2 ve %10 olan toplam 10 adet yer hareketi çelik moment çerçevelere etki ettirilerekkolon eklerinin çevrimsel davranışlarının doğrusal olmayan zaman geçmişi analiziyardımıyla ne ölçüde belirlenebileceğini araştırılmıştır.The majority of moment frame column splices in welded frames had beendone with partial penetration welds prior to the 1994 Northridge Earthquake, whenmany brittle failures occurred in welded moment connections in steel momentframes. Extensive studies on the damaged steel moment frames sponsored by FederalEmergency Management Agency (FEMA) after the 1994 Northridge Earthquakerevealed vulnerability of welded connections to severe cyclic deformation demandimposed by strong earthquake ground motions. Principal results from the FEMAsponsored projects have been reflected in design provisions starting from the AISC1997 Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, and its supplements in thefollowing years. The current AISC seismic provisions (ANSI/AISC 341-05),published in 2005, include the state-of-the-art knowledge about seismic design ofsteel structures in buildings, particularly regarding the moment connections. Theextensive study on the steel moment frames due to damage to its connections also ledto a stricter requirement for column splices in special moment-resisting frames.Literature survey indicated no more than a few experimental studies on columnsplices before 1990s. And also little research effort has been seen on the columnsplices during the period when the moment frames were studied extensively withfocusing on beam-to-column connections. While a doubt remains, about whether ornot the newly added seismic provision requiring complete joint penetration (CJP)groove welds at column splices is unnecessarily conservative, this requirement hasnot yet been justified by any specific research on the column splicesThe main purpose of this study is to investigate the CJP requirement oncolumn splices in AISC Seismic Design Provisions (ANSI/AISC 341-05). For thispurpose, two steel moment frames, 4- and 9-storey, are selected. These buildings aredesigned against gravity and earthquake forces. Column splices are placed in thebuildings and it is intended to investigate the demand/capacity ratios. The steelmoment frames are subjected to the two sets of earthquake ground motions with 2%and 10% of probability of exceedance through nonlinear dynamc time historyanalysis to have a better idea of the hysteretic behaviour of column splices.