Perde duvarlı binaların deprem etkileri altındaki davranışlarının modellenmesi ve simülasyonu
Öz
Rijitlik ve kütle simetrisi bakımından “düzensiz” olarak adlandırılan binaların sayısı fazladır. Bu durum
asimetrik plana sahip sistemlerin deprem etkileri altındaki davranışının hesaba doğru dâhil edilmesini
gerektirmektedir. Simetrik olmayan plana sahip yapılar deprem hareketleri altında simetrik olanlara oranla
daha karmaşık bir davranış gösterirler. Öteleme ve dönme hareketleri arasında etkileşme mevcuttur. Yapıyı
meydana getiren kolon, perde duvar gibi ana taşıyıcı elemanların plan içindeki düzensiz dağılımı sistemin
deprem gibi tekrarlanan yükler altındaki elastik sınır ötesi davranışını belirlemede zorluklara yol
açabilmektedir.
Burulma davranışı bulunduran yapılar günümüzde yapılan birçok araştırmanın ana konusunu teşkil
etmektedir. Ancak yapılan araştırmalara rağmen betonarme perde duvarlı sistemlerin davranışını doğrudan
tanımlayan uygulaması kolay somut metotlar bulunmamaktadır. Bu da uygulamalarda kullanılan metotların
kritik bir değerlendirmeye tabi tutulmasını şart kılmaktadır.
Bu çalışmada perde duvarlı yapıların deprem kuvvetleri altındaki üç boyutlu davranışı, betonun elastik ötesi
davranışı ve depreme maruz kalmış yapıların değerlendirmesine yönelik parametrelerin ışığı altında
incelenmektedir. Çalışmada sonlu elemanlar metoduna dayanarak ANSYS programı ile perde duvarlardan
teşkil edilmiş üç katlı betonarme bir binanın davranışı incelenmektedir. Modellemesi yapılan bina Fransa
Saclay’de yer alan Atom Enerji Kurumu’nun (CEA) yürüttüğü proje kapsamında ¼ ölçekli olarak sarsma
tablası deneylerine tabi tutulmuştur. Deney sonuçları ile yapının sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan
modellemesinin ne kadar uyumlu olduğu çalışmanın bu bölümünde irdelenmektedir. Zaman tanım alanında
hesap için betonun ve çeliğin lineer ötesi davranışını hesaba katan mikro modelleme tercih edilmektedir.
Analitik modelleme sonucu elde edilen davranış parametreleri (kuvvet, yer değiştirme, birim uzama),
deneylerde ölçülmüş olan değerler ile karşılaştırılarak model ve simülasyonun geçerliliği incelenmektedir.
Anahtar Kelimeler
Modeling and simulation of the shear Wall buildings’ behavior under earthquake forces
Abstract
Buildings with no symmetry in plan have much more
complicated behavior under earthquake effects than
symmetric buildings. There is interaction between
lateral translation and rotational displacement. The
irregular distribution of the main resisting
components, such as columns and shear walls
causes complications in understanding the nonlinear
effects under cyclic loadings during earthquakes.
The buildings with torsion response represent the
main topic of many current investigations. However,
despite this volume of research, there is no
established model that describes adequately the
behavior of the reinforced concrete shear wall
systems. Thus, applications in use are subjected to
critical assessments.
In this study, the three-dimensional behavior of the
shear-wall structures under earthquake forces are
examined with regards to the nonlinear behavior of
concrete and the parameters of the structures
exposed to seismic motion for assessment. A three
story reinforced concrete shear-wall building is
analyzed using the ANSYS software. The scaled
model (¼) building was subjected to shaking table
tests with Saclay, France. The project was led by
Atomic Energy Agency (CEA Saclay, France). The
results of the finite element method and experiments
are examined in this the study.
For response history analysis, micro-modeling is
preferred since this allows inclusion of nonlinear
effects of concrete and steel in analysis. The
behavior parameters, (force, displacement, strain),
of analytical results obtained by modeling compared
with the values were measured in experiments to test
the validity of models and simulation.
The model building is a U shaped 1/4 scaled shearwall
building which is designed according to
conventional French nuclear design practice, with a
peak ground acceleration for the response spectrum
anchored to 0.2 g.
ANSYS software is used for micro modeling.
Analyses are done in two phases. Phase 1 is a
benchmark study. Phase 2 is a parametric study. In
the numerical model (Figure 3 and 6), SOLID 65
element type is used (Figure 4) which allows the
smeared modeling.
For material non-linearity; William-Warnke,
Drucker- Prager material models and MISO (Multilinear
Isotropic Plasticity) are used for concrete
modeling in Phase 1. In Phase 2; only MISO
changed to the MKIN (Multi-linear Kinematic
Plasticity).
In Phase 1, time history analyses of the specimen
are done before the experimental tests and then the
results of the numerical model are compared with
the experimental results. Three real and nine
synthetic earthquake ground motions are used in the
Phase 1. There are 12 analysis results for Phase 1 in
this paper (Table 4).
According to the comparison of the Phase1
numerical model and the experimental results of the
specimen; numerical model results are consistent
with the experimental results in terms of the third
floor displacements (Figure 9).However, numerical
model’s modal analysis results are higher than the
experimental results (Figure 8) and the third floor
response spectra (Figure 10) are higher in
numerical model than the experimental results. This
shows that the numerical model needs refinement.
In Phase 2, the model is refined by increasing the
finite elements in the model (Figure 6). Phase 2 is a
parametric study which looks for the effects of the
materials consist the building. In this paper only the
modulus change is studied and the results show that
this parametric study should be expanded (Figure 11
and 12).
As a conclusion, the numerical model of the
specimen can estimate the displacements in
accuracy but needs improvement. In this study, the
refinement is done by decreasing the meshing size.
The system is so stiff that the drift responses are so
small. The parametric study will be expanded to be
able to understand the effects of the materials.
Keywords
