Merkezi çaprazlı çelik bir yapıda yarı-rijit kompozit kolon-kiriş birleşim kullanımının yapının deprem performansına etkisinin incelenmesi

Abstract

Yarı-rijit kompozit birleşimler, kolon-kiriş birleşim bölgelerinde döşeme betonu ve donatısı sayesinde belirli bir dönme rijitliğine ve eğilme dayanımına sahip olan birleşimlerdir. Bu birleşimler, kesitlerin verimli bir şekilde kullanımını sağladıkları için daha ekonomik kiriş kesitleri seçilebilmesine, sehim ve titreşim problemlerinin ise azalmasına yardımcı olmaktadır. Bu avantajlarının yanı sıra, yarı-rijit kompozit birleşimler ile ilgili yapılan araştırmalarda bu birleşimlerin yapılara ilave rijitlik ve dayanım sağladığı görülmüş olup sismik aktivitesi düşük bölgelerde depreme karşı koyan birincil sistemler, sismik aktivitesi yüksek bölgelerde ise depreme karşı koyan ikincil sistemler olarak kullanımına izin verilmektedir. Bu çalışmada, süneklik düzeyi yüksek, her iki doğrultuda merkezi çaprazlı çerçevelerden oluşan 6 katlı bir binada, x doğrultusundaki kolon-kiriş birleşimlerinin binanın deprem davranışına etkisi incelenmiştir. Bu amaçla 3 adet bina prototipi oluşturulmuştur. Bunlardan birincisi, bütün kolon-kiriş birleşimlerinin mafsallı olarak kabul edildiği Model 1'dir. İkinci bina prototipi Model 2'de ise, Model 1'den farklı olarak, mafsallı kabul edilen kayma levhalı kolon-kiriş birleşimlerinin moment-dönme eğrileri elde edilerek analiz modeline dahil edilmiştir. Sonuncu bina prototipi Model 3'te ise, x doğrultusundaki iç akslarda bulunan kolon-kiriş birleşimleri, yarı-rijit kompozit birleşimli olarak tasarlanmıştır. Bu sayede bu birleşimlerin bağlandığı kiriş enkesitleri değişmiştir. Diğer yapı elemanları ise Model 1 ile tamamen aynıdır. Modellerin deprem davranışlarının karşılaştırılmasında doğrusal olmayan statik analiz yöntemi (pushover) kullanılarak bazı karşılaştırmalar yapılmıştır. Bu karşılaştırmalar 2 farklı deprem tehlike seviyesi (BSE-2N ve BSE-1N) için elde edilen performans seviyeleri, modellere eşit yatay kuvvet uygulandığı durumda oluşan tepe deplasmanları, modeller eşit deplasmana kadar itildiği durumdaki taban kesme kuvveti kapasiteleri ve bu durumlarda görülen göreli kat ötelemeleri oranları açısından yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, BSE-2N ve BSE-1N Deprem Tehlike Seviyeleri için her üç modelinde aynı performans seviyesine sahip olduğu görülmüştür. Ancak yarı-rijit kompozit birleşimlerin kullanıldığı Model 3'te, modellere eşit kuvvet uygulandığı durumlarda tepe noktası deplasmanlarının önemli ölçüde azaldığı, eşit deplasmanların yaptırıldığı durumlarda ise taban kesme kuvveti kapasitelerinde önemli artışlar gerçekleştiği görülmüştür. Ayrıca kayma levhalı mafsallı birleşimlerin gerçek davranışlarının analiz modeline dahil edilmesi durumunda Model 1 ile Model 2 arasında belirgin farkların oluşmadığı, yapıların benzer davranışlar sergilediği görülmüştür.

Semi-rigid composite connections are connections which have a certain rotational stiffness and bending strength by means of slab concrete and reinforcement in column-beam joints. The use of these connections can lead to more economical sections, reduce deflection and vibration problems, and provide more efficient use of beam sections. Besides these advantages, these connections provide additional stiffness and strength to the structures. Therefore, they are permitted to be used as the primary systems in regions of high seismicity and as the secondary systems in regions of low to moderate seismicity. In this study, the effect of column-beam connections on the seismic behavior in the x direction was investigated in a building with special concentrically braced frames. For this reason, 3 building prototypes were created. In the first model, all column-beam connections are assumed as pinned connections. In the second building prototype, moment-rotation behavior of the column-beam connections (shear tab connections) are determined and are included in the analysis model. In the last building prototype, the interior frames and column-beam connections in the x-axis are designed as semi-rigid composite. In this way, the beam sections, which attached to the semi-rigid composite connections, have changed, but the other structural elements are the same as in Model 1. Nonlinear static analysis (pushover) was carried out and the seismic behavior was investigated. As a result, in BSE-2N and BSE-1N earthquake hazard levels, three models showed the same structural performance level. In the Model 3, which composite connections are used, it is observed that peak displacements are significantly reduced in cases where even base shear force is applied to the buildings and significant increases in the base shear strength are observed in cases where the equal peak displacements are applied to the buildings. In addition, when the actual behavior of the shear tab connections is included in the analysis, there are no significant differences between Model 1 and Model 2, and the models showed similar behavior.