Investigation of the Factors Affecting the Design of Seismic Isolated Structures

Abstract

In this study, the design of the isolation system was carried out using the Effective Earthquake Load Method defined in Turkish Building Earthquake Code 2018 (TBEC-2018). Taking into account the TBEC-2018 criteria, a lead rubber isolator was designed for a 4-storey reinforced concrete structure and it was aimed to determine the effect of characteristic strength ratio (Q/W) and isolation period (T) variation on seismic isolator behavior for different soil classes. In addition, the effect of the distance from the fault line was examined, and for this purpose, two locations were selected in Sakarya, one close to the fault line (Arifiye), and the other far from the fault line (Karasu). Displacement, shear force and acceleration-displacement response spectra at the seismic isolation level were determined. Base shear ratio-displacement graphs were obtained in order to enable the designers to quickly determine the design parameters of the isolation system. In the research, it was concluded that the distance from the fault line, soil class, isolation period value and characteristic strength significantly affect the maximum isolation displacement and maximum isolation force values.

Sismik İzolatörlü Yapıların Tasarımına Etki Eden Faktörlerin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, yalıtım sisteminin tasarımı, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018’de (TBDY-2018) tanımlanan Etkin Deprem Yükü Yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. TBDY-2018 kriterleri dikkate alınarak, 4 katlı betonarme bir yapı altında kurşun çekirdekli kauçuk izolatörün tasarımı yapılmış olup farklı zemin sınıfları için karakteristik dayanım oranı (Q/W) ile izolasyon periyodu (T) değişiminin sismik izolatör davranışa etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, fay hattından uzaklığın etkisi incelenmiş, bu amaçla Sakarya ilinde biri fay hattına yakın (Arifiye), diğeri fay hattından uzak (Karasu) olmak üzere iki lokasyon seçilmiştir. Sismik izolasyon seviyesinde oluşan yerdeğiştirme, kesme kuvveti ve ivme-yerdeğiştirme tepki spektrumları belirlenmiştir. Tasarımcıların izolasyon sisteminin tasarım parametrelerini hızlı bir şekilde belirlemelerini sağlamak amacıyla taban kesme oranı-deplasman grafikleri elde edilmiştir. Araştırmada, fay hattından uzaklığın, zemin sınıfının, izolasyon periyot değerinin ve karakteristik dayanımının, maksimum izolatör deplasmanı ve maksimum izolatör kuvveti değerlerini önemli ölçüde etkilediği sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Sismik izolasyon
• Kurşun çekirdekli kauçuk izolatör
• Taban kesme oranı-deplasman grafikleri

References

1. [1] T.E. Kelly, Base Isolations Of Structures, Design Guidelines, Holmes Consulting Group Ltd., New Zeland, 2001.
2. [2] A. B. M. Saiful Islam, M. Jameel and M. Z. Jumaat, “Seismic isolation in buildings to be a practical reality: Behavior of structure and installation technique”, Journal of Engineering and Technology Research vol. 3, no. 4, pp. 99-117, April 2011.
3. [3] F. Naeim, J.M. Kelly, Design of seismic isolated structures: From theory to practice, Wiley, New York, 1999.
4. [4] C. Yenidoğan, “Karma Deprem Yalıtım Sistemlerinin Deneysel Performans Değerlendirmesi,” DEÜ FMD, c. 23, s. 69, ss. 767-779, 2021.
5. [5] C. Yenidogan, “Earthquake-Resilient Design of Seismically Isolated Buildings: A Review of Technology ,” Vibration, vol. 4, no. 3, pp. 602-647, 2021.
6. [6] R. Deepak , “Influence of scaling of different types of ground motions on analysis of code- compliant four-story reinforced concrete buildings isolated with elastomeric bearings,” Engineering Structures, vol. 135, pp. 53-67, 2017.
7. [7] Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, (TBDY), 2018. Afet ve Acil Durum Başkanlığı, Ankara, Türkiye
8. [8] Türkiye Deprem Tehlike Haritası. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Ankara, 2018. (https://tdth.afad.gov.tr)

9. [9] N. Makris and S.P. Chang, “Effect of viscous, viscoplastic and friction damping on the response of seismic isolated structures”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 29, no. 1, pp. 85- 107, 2000.
10. [10] K.L. Ryan and A.K. Chopra, “Estimation of seismic demands on isolators based on nonlinear analysis,” Journal of Structural Engineering, vol. 130, no. 3, pp. 392-402, 2004.
11. [11] A. Yolcu, G. Tanırcan, C. Tüzün, “Türkiye’deki Deprem Yalıtım Sistemlerinin Tasarımında Doğrusal Olmayan Tepki Spektrumlarına Dayalı Bir Yöntem,” 5.International Conference on Earthquake Engineering and Seismology ( 5ICEES ), Metu Ankara, Turkey, 2019.