Kabuk elemanlar kullanılarak modellenen çelik çerçeve sistemlerin dinamik davranışının incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, bir boyutlu çubuk elemanlardan teşkil edilebilecek moment aktaran çerçeve ile merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler, kabuk elemanlar (shell elements) ile modellenerek zaman tanım alanında analiz edilmiştir. Çalışmada, çerçevelerin kolon-kiriş birleşimleri doğrusal olmayan bağlantı (non-linear link) elemanlarıyla modellenmiştir. Bu amaçla moment aktaran çerçeve ile çeşitli merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler SAP2000 programı ile modellenmiş ve analiz edilmiştir. Çalışmada, moment aktaran çerçeve ile merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin dinamik davranışı tek açıklıklı bir, iki ve üç katlı çerçeve sistem dikkate alınarak incelenmiştir. Bu çerçeve sistemlerde açılık mesafesi 7.60m, kat yükseklikleri 4.0m alınmış ve 3 adet moment aktaran çerçeve, 3 adet diyagonal merkezi çaprazlı çerçeve, 3 adet Ters V merkezi çaprazlı çerçeve, 15 adet diyagonal dışmerkez çaprazlı çerçeve ve 15 adet Ters V diyagonal dışmerkez çaprazlı çerçeve sistemin sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Üst üste gelen kabuk elemanlar arasında gerilme aktarımını sağlayabilmek amacıyla doğrusal olmayan boşluk elemanlar (Gap Elements) kullanılmıştır. SAP2000 programında bulonlar çubuk eleman olarak tanımlanmıştır. Bu elemanların sadece çekme eksenel kuvvetini taşıması için SAP2000 programında gerekli düzenlemeler yapılmıştır.Bu tez beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, merkezi ve dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler ile ilgili literatür araştırması, çelik yapılar hakkında genel bilgiler, depreme dayanıklı çelik yapı tasarımı ve zaman tanım alanında lineer ve lineer olmayan dinamik hareket denklemleri verilmektedir. İkinci bölümde, süneklik düzeyi yüksek çelik çerçeve sistemlerde kolon-kiriş birleşim detayları, SAP2000'de birleşim bölgelerinin modellenmesi ve çalışmada dikkate alınan sistemlerin sonlu eleman modelleri verilmiştir. Üçüncü bölüm, gerçekleştirilen analizlerden elde edilen bulgular ve bunların irdelenmesinden oluşmaktadır. Dördüncü bölümde ise, bu tez çalışmasından çıkarılan sonuçlar ve öneriler verilmektedir. Beşinci bölüm, tezde yararlanılan kaynaklara ayrılmıştır. In this study, moment resisting frames, concentrically and eccentrically braced steel frames are modeled by using shell elements are analysed using time history analyses which can be constituted of one dimensional elements. In the study, the column-beam connections of the frames are modeled by using non linear link elements. For this purpose, moment resisting frames and different types of cocentrically and eccentrically braced steel frames are modeled and analysed with SAP2000 program. In the study the dynamic behavior of moment resisting frame, concentrically and eccentrically braced steel frames are investigated considered of one, two and three stories with one span. The span length and story heights are taken 7.60m and 4.0m respectively and the finite element of 3 moment resisting frames, 3 concentrically diagonal braced frames, 3 concentrically chevron braced frames, 15 eccentrically diagonal braced frames and 15 eccentrically chevron braced frames are formed.Nonlinear gap elements are used with the aim of transfering the stresses between the shell elements which are at the same plane. In SAP2000 program the bolts are described as one dimensional elements. The necesarry adjustments are performed in SAP2000 program to ensure these elements to bear only axial tension force.This thesis consists of five chapters. In the first chapter, a literature survey associated with concentrically and eccentrically braced steel frames, general information about steel structures, design of earthquake resisting structures and linear and nonlinear equation of dynamic motion in time history case are given. In the second chapter, the details of column-beam connection in high ductility steel frame systems, modeling of connection areas in SAP2000 and the finite element models considered in the study are given. The third chapter is consist of the findings and the examination of these findings which are obtained from the analyses. The results and suggestions obtained from this thesis are given in the fourth chapter. Finally, the references are presented in the fifth chapter.