INVESTIGATION OF SECOND ORDER ANALYSIS METHODS IN STEEL STRUCTURE SYSTEMS

Abstract

In addition to vertical loads, horizontal loads such as earthquake and wind loads lead to form second order effects with large displacements changing the structural behavior. Hence, it is important to use calculation methods that consider the second order effects in the analyses. In this study, second order analyses were carried out with incremental and practical methods on steel structure systems having four story and five bays. Story drift and member end moments obtained from incremental and practical second order analyses were investigated with the reference study which is considered and the results of both calculation methods were comparatively evaluated. Results of this study using incremental and practical second order analyses methods were found to be compatible with the results of the reference work and were proven to have adequate sensitivity. In order to investigate the steel braced systems used in the study, concentric steel braced systems with various geometric forms were generated, the variation of slenderness ratio, overall drift index and story drift values were determined. Using concentrically braced steel systems with geometric forms provided savings of material, besides; the overall story drift and overall story drift index were efficiently limited.

Keywords

• Second-order analysis, Incremental method, Overall story drift index, Moment resistant steel frame, Concentric steel braced frame, Slenderness

ÇELİK YAPI SİSTEMLERİNDE İKİNCİ MERTEBE ANALİZ YÖNTEMLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Düşey yüklerin yanında deprem ve rüzgar gibi yatay yükler, yapı davranışını etkileyen büyük yer değiştirmelere ve dolayısıyla ikinci mertebe etkilerin oluşmasına yol açar. Bu tür durumlarda ikinci mertebe etkileri göz önüne alan hesap yöntemlerinin kullanılması önem arz eder. Bu çalışmada; dört katlı beş açıklığa sahip çelik yapı sisteminin artımsal ve pratik yöntemler kullanılarak ikinci mertebe analizi yapılmıştır. Bu yöntemlerden elde edilen kat yatay yer değiştirmeleri ve eleman uç momentleri, gözönüne alınan referans çalışma sonuçları ile birlikte incelenmiş olup hesap yöntemlerinin birbirlerine göre performansları değerlendirilmiştir. Çalışmada kullanılan artımsal ve pratik ikinci mertebe analiz yöntemlerinden elde edilen sonuçların referans çalışma sonuçları ile uyumlu ve yeterli hassasiyette olduğu tespit edilmiştir. Çaprazlı sistemlerin performanslarını araştırmak amacıyla çeşitli geometrik formlarda merkezi çelik çaprazlı sistemler düzenlenmiş ve bu yapı sistemlerindeki narinlik oranı, yapı salınım faktörü, kat yatay yer değiştirme değerlerindeki değişim incelenmiştir. Geometrik formlarda merkezi çelik çaprazlı sistemler kullanılarak malzeme tasarrufu sağlanmış, yapıdaki tepe noktası yatay yer değiştirme ile yapı salınım faktörü değerleri etkin bir şekilde sınırlandırılmıştır.

Keywords

• İkinci mertebe, Artımsal yöntem, Yapı salınım faktörü, Moment aktaran çerçeve, Merkezi çelik çaprazlı çerçeve, Narinlik

References

1. S. Aytış (2005): “Yüksek Binaların Depreme Dayanımında Uygulanacak Tasarım Kriterleri”, Deprem Sempozyumu, Kocaeli.
2. S. L. Chan, P. P. T. Chui (2000): “Nonlinear Static and Cyclic Analysis of Steel Frames with Semi-Rigid Connections”, Elsevier Public, Singapore.
3. W. F. Chen, L: Duan (1999): “Bridge Engineering Handbook”, CRC Press.
4. W. F. Chen, E. M. Lui (1991): “Stability Design of Steel Frames”, Florida: CRC Press.
5. C: Chun (2005): “Iterative Methods Improving Newton’s Method by the Decomposition Method”, Comput. Math. Appl., Cilt 50, sf. 1559-1568.
6. M: A: Crisfield (1991) “Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures”, Cilt 1, USA, John Wiley and Sons.
7. U: Ersoy, E: Çıtıpıtıoğlu (1988): “Yüksek Yapıların Tasarımı ve Yapımında İzlenecek Temel İlkeler”, T.M.M.O.B., İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi Yayını.
8. H: Gönen, N. Kıraç, M: Doğan, A. Günaydın (2007): “Çok Katlı Çelik Yapılarda Yatay Deplasmanın Diyagonallerle Kontrolü”, 2. Ulusal Çelik Yapılar Sempozyumu, sf 88-96, Eskişehir.

9. M. E. Kural, H. Tok (1992): “Benzer Betonarme Taşıyıcı Sisteme Alternatif Bir Çelik Taşıyıcı Sistem Üzerinde Araştırma”, Yüksek Binalar II. Ulusal Sempozyumu, İstanbul.
10. A. P: Lopes, G: O: Santos, A: L: Souza (2005): “Study on Different Methods of P-delta Analysis”, Theory and Practise in Civil Engineering, No:7, sf. 9-19.
11. C. K: Lu, W. F. Chen, S. L. Chan, T. W. Ma (2008) “Direct Second-Order Elastic Analysis for Steel Frame Design”, KSCE Journal of Civil Engineering, Cilt 12, No. 6, sf. 379-389.
12. E. M. Lui (1988): “A Practical P-Delta Analysis Method for Type FR and PR Frames”, Engineering Journal, AISC, Cilt. 25, No. 3, sf. 85-98.
13. A. M: Mashary, W. F. Chen (1990): “Elastic Second-Order Analysis for Frame Design”, J. Construct. Steel Research, Cilt 15, sf. 303-322.
14. W. McGuire, R. H: Gallagher, R. D. Ziemian (2000): “Matrix Structural Analysis”, USA, John Wiley and Sons.
15. F. Naeim (2001): “The Seismic Design Handbooks”, USA, Kluwer Academic Publishers.
16. M. Seçer, Ö. Bozdağ, M. E. Kural (2004): “Simplified Second-Order Plane Frame Analysis Techniques”, ACE 2004–6. International Congress on Advances in Civil Engineering.
17. M. A. Torkamani, M: Sönmez (2008): “Solution Techniques for Nonlinear Equilibrium Equations”, 18th Analysis and Computation Specialty Conference, ASCE.
18. Ö. Zeybek (2011): “Çok Katlı Çelik Yapıların Geometri Bakımından Doğrusal Olmayan Davranışının Artımsal ve Pratik İkinci Mertebe Analiz Yöntemleri ile İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
19. Ö. Zeybek, M: Seçer, M. E: Kural (2011): “Düzlem Çelik Çerçevelerin İkinci Mertebe Analiz Yöntemlerinin İncelenmesi”, 4. Ulusal Çelik Yapılar Sempozyumu, sf. 213-223, İstanbul.