Yığma Yapıların Düzlem İçi Davranışının Kafes Model Yaklaşımı ile Analizi

Abstract

Yığma yapılarda, malzeme parametrelerindeki belirsizliklerin yanı sıra düzensiz duvar örgü biçimi ve taşıyıcı elemanlarda oluşan hasarlar da göz önünde bulundurulduğunda yapısal davranışının ve taşıma kapasitesinin belirlenmesi oldukça karmaşık bir hale gelmektedir. Bu durumlarda nümerik analizlerde basitleştirilmiş yaklaşımların tercih edilmesi, çözüme pratik olarak ulaşılmasına olanak sağlar. Bu çalışmada, yığma taşıyıcı sistemlerin düzlem içi hasar oluşumları ve taşıma kapasiteleri kafes elemanlardan oluşan sayısal analiz modeli kullanılarak belirlenmeye çalışılmıştır. Yığma yapılarda kullanılması açısından yenilikçi bir yaklaşım olarak önerilen bu yöntemde, sadece uzun ekseni doğrultusunda yük taşıyan çubuk elemanlar kullanılmaktadır. Böylece oluşturulan eşdeğer hesap modeliyle gerçekleştirilen doğrusal olmayan analizler ile yapıda dış yük etkisinde meydana gelebilecek hasarların ve maksimum taşıma kapasitesinin elde edilmesi amaçlanmıştır. Literatürde daha önce incelenen yığma yapıların esas alındığı çalışmada, yöntemin avantajları ve dezavantajları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Gerçek yapıdaki süneklik tepkisinin tam olarak temsil edilememesine rağmen, maksimum taşıma kapasitesinin ve hasar oluşum bölgelerinin kabul edilebilir düzeyde doğrulukla belirlenebileceği görülmüştür. Yaygın olarak tercih edilen kapsamlı modelleme prosedürlerine bir alternatif olarak önerilen eşdeğer kafes model yaklaşımının umut verici olduğu sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Yığma yapı
• Eşdeğer kafes model
• Doğrusal olmayan analiz
• Çubuk eleman

Analysis of In-Plane Behaviour of Masonry Structures by Truss Model Approach

Abstract

In masonry structures, determination of a structural behavior and load-bearing capacity becomes quite complicated when irregular wall bond patterns and the damages developing in load-bearing elements are considered, as well as the unclear in the material parameters. In these cases, preferring simplified approaches in a numerical analysis allows to obtain solution practically. In this study, in-plane damage developments and load-bearing capacities of masonry structure were tried to be determined using a numerical analysis model consisting of truss elements. In this method, which was proposed as an innovative approach in terms of use in masonry structures, frame elements that only load-bearing in the direction of the longitudinal axis were used. Thus, in the structure, it was aimed to obtain the maximum load-bearing capacity and damages that may occur, under external loads with the nonlinear analyzes performed by the equivalent calculation model. In the study based on masonry structures discussed in the literature previously, the advantages and disadvantages of the method were evaluated comparatively. Although the ductility response of a real structure couldn't be fully represented, it was observed that the maximum load-bearing capacity and damage formation zones could be determined with acceptable accuracy. Consequently, the equivalent truss model approach, which is proposed as an alternative to the commonly preferred detailed modeling procedures, is promising.

Keywords

• Masonry structure
• Equivalent truss model
• Nonlinear analysis
• Frame element

References

1. [1] D’Altri, A.M., Sarhosis, V., Milani, G., Rots, J., Cattari, S., Lagomarsino, S., Sacco, E., Tralli, A., Castellazzi, G., De Miranda, S. 2020. Modeling strategies for the computational analysis of unreinforced masonry structures: review and classification. Archives of Computational Methods in Engineering, 27, 1153-1185. Doi: 10.1007/s11831-019-09351-x
2. [2] Orhan, S.N., Özyazıcıoğlu, M.H. 2015. Tek açıklıklı dairesel kâgir kemer köprülerin göçme yüklerinin limit analiz yöntemleri ile hesaplanması. Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 21(3), 88-93. Doi: 10.5505/pajes.2014.28863
3. [3] Turer, A., Boz, B. 2008. Computer modeling and seismic performance assessment of historic Aspendos Theatre in Antalya, Turkey. Engineering Structures, 30, 2127-2139. Doi: 10.1016/j.engstruct.2007.05.011
4. [4] Mosoarca, M., Gioncu, V. 2013. Failure mechanisms for historical religious buildings in Romanian seismic areas. Journal of Cultural Heritage, 14S, 65-72. Doi: 10.1016/j.culher.2012.11.018
5. [5] Oto, A., Hara, T. 2017. Structural characteristics of Hagia Sophia under consideration of the ribs inside the dome. Procedia Engineering, 171, 797-804. Doi: 10.1016/j.proeng.2017.01.366
6. [6] Vakıflar Genel Müdürlüğü. 2018. Tarihi Yapılar İçin Deprem Risklerinin Yönetimi Kılavuzu (TYK). Ankara, Türkiye.
7. [7] Usta, P., Bozdağ, Ö. 2021. Tarihi Başdurak camisinin deprem analizi. Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 27(3), 244-250. Doi: 10.5505/pajes.2020.31384
8. [8] Gökarslan, A.B., Çelebi, M.E. 2016. Investigation of the traditional Seljuks and Principalities period baths within the conservation and restoration: the example of Isparta Baths. Süleyman Demirel University Journal of Natural and Applied Sciences, 20(1), 80-90. Doi: 10.19113/sdufbed.71792

9. [9] Mıhladız, N.Ş., Sancak, E. 2015. Sakarya İli Ali Fuat Paşa Köprüsü (II. Bayezid Köprüsü) üzerinde oluşan yapısal değişiklikler üzerine bir araştırma. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(3), 66-73. Doi: 10.19113/sdufbed.00783
10. [10] Ilgadi, O.B. 2013. Advanced three-dimensional analysis of concrete structures using nonlinear truss models. The Colorado School of Mines, PhD Thesis, 133p, United States.
11. [11] Williams, S.A. 2013. Numerical analysis of reinforced masonry shear walls using the nonlinear truss approach. The Faculty of The Virginia Polytechnic Institute and State University, MSc Thesis, 104p, United States.
12. [12] Girgin, S.C. 2019. Kesme etkin betonarme elemanların doğrusal olmayan kafes kiriş analojisi ile modellenmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 10(3), 1177-1186. Doi:10.24012/dumf.587804
13. [13] Girgin, S.C., Lu, Y., Panagiotou, M. 2013. Nonlinear cyclic truss model for shear-critical reinforced concrete columns. 2nd Turkish Conference on Earthquake Engineering and Seismology (TDMSK-2013), 25-27 September, Hatay, Turkey.
14. [14] Moharrami, M., Koutromanos, I., Panagiotou, M. 2015. Nonlinear truss modeling method for the analysis of shear failures in reinforced concrete and masonry structures. Second ATC & SEI Conference on Improving the Seismic Performance of Existing Buildings and Other Structures, 10-12 December, San Francisco, United States. Doi: 10.1061/9780784479728.007
15. [15] Kafkas, U. 2015. Yığma duvar elastik davranışının düzlem çubuk elemanlarla mikro modellemesi. Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 99s, Kütahya.
16. [16] Ridwan, M., Yoshitake, I., Nassif, A.Y. 2017. Two-dimensional fictitious truss method for estimation of out-of-plane strength of masonry walls. Construction and Building Materials, 152, 24-38. Doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.06.138
17. [17] Verbrugge, M. 2017. Modelling in-plane behaviour of masonry shear walls through a predefined crack pattern at macro level. Delft University of Technology, MSc Thesis, 77p, The Netherlands.
18. [18] Pirsaheb, H., Wang, P., Moradi, M.J., Milani, G. 2021. A Multi-Pier-Macro MPM method for the progressive failure analysis of perforated masonry walls in-plane loaded. Engineering Failure Analysis, 127, 105528. Doi: 10.1016/j.engfailanal.2021.105528
19. [19] Pirsaheb, H., Moradi, M.J., Milani, G. 2020. A Multi-Pier MP procedure for the non-linear analysis of in-plane loaded masonry walls. Engineering Structures, 212, 110534. Doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110534
20. [20] Aşıkoğlu, A., Vasconcelos, G., Lourenço, P.B., Panto, B. 2020. Pushover analysis of unreinforced irregular masonry buildings: lessons from different modeling approaches. Engineering Structures, 218, 110830. Doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110830
21. [21] Najafgholipour, M.A. 2018. An equivalent truss model for in-plane nonlinear analysis of unreinforced masonry walls. Civil Engineering Journal, 4(4), 828-835. Doi:10.28991/cej-0309136
22. [22] Oyguç, R.A. 2017. 2011 Van depremlerinden sonra yığma yapılarda gözlemlenen hasarlar. BAUN Fen Bil. Enst. Dergisi, 19(2), 296-315. Doi:10.25092/baunfbed.348482
23. [23] Lu, Y., Panagiotou, M. 2014. Three-dimensional cyclic beam-truss model for nonplanar reinforced concrete walls. Journal of Structural Engineering, 140(3), 04013071. Doi: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000852
24. [24] Gargari, M.M. 2016. Development of novel computational simulation tools to capture the hysteretic response and failure of reinforced concrete structures under seismic loads. The Faculty of The Virginia Polytechnic Institute and State University, PhD Thesis, 243p, United States.
25. [25] Abaqus Documentation. Concrete Damaged Plasticity. https://classes.engineering.wustl.edu/2009/spring/mase5513/abaqus/docs/v6.6/books/usb/default.htm?startat=pt05ch18s05abm36.html#usb-mat-cconcretedamaged (Erişim Tarihi: 26.04.2022)
26. [26] Bansal, N., Rai, D.C. 2017. Behaviour of masonry walls at corners under lateral loads. 13th Canadian Masonry Symposium, 4-7 June, Halifax, Canada.
27. [27] Angelillo, M., Lourenço, P.B., Milani, G. 2014. Masonry behaviour and modelling. 1-26 pp. Editor: Angelillo, M. Mechanics of Masonry Structures, CISM International Centre for Mechanical Sciences, Springer, Vienna, 341p. Doi: 10.1007/978-3-7091-1774-3_1
28. [28] Rai, D.C., Singhal, V., Paikara, S., Mukherjee, D. 2014. Sub-paneling of masonry walls using precast reinforced concrete elements for earthquake resistance. Earthquake Spectra, 30(2), 913-937. Doi: 10.1193/102010EQS178M
29. [29] Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (AFAD). 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBYD). Ankara, Türkiye, Resmî Gazete Sayı: 30364 (Mükerrer).
30. [30] Xu, H., Gentilini, C., Yu, Z., Wu, H., Zhao, S. 2018. A unified model for the seismic analysis of brick masonry structures. Construction and Building Materials, 184, 733-751. Doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.06.208
31. [31] Thuyet, V.N., Deb, S.K., Dutta, A. 2018. Mitigation of seismic vulnerability of prototype low-rise masonry building using U-FREIs. Journal of Performance of Constructed Facilities, 32(2), 04017136. Doi: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001136
32. [32] Milani, G., Beyer, K., Dazio, A. 2009. Upper bound limit analysis of meso-mechanical spandrel models for the pushover analysis of 2D masonry frames. Engineering Structures, 31(11), 2696-2710. Doi: 10.1016/j.engstruct.2009.06.015
33. [33] Abaqus Documentation. “Concrete Damaged Plasticity”. https://classes.engineering.wustl.edu/2009/spring/mase5513/abaqus/docs/v6.6/books/key/default.htm?startat=ch03abk27.html#usb-kws-mconcretedamagedplast (Erişim Tarihi: 26.04.2022)
34. [34] Sangirardi, M., Liberatore, D., Addessi, D. 2019. Equivalent frame modelling of masonry walls based on plasticity and damage. International Journal of Architectural Heritage Conservation, Analysis, and Restoration, 13(7), 1098-1109. Doi: 10.1080/15583058.2019.1645240
35. [35] Magenes, G., Calvi, G.M., Kingsley, G.R. 1995. Seismic testing of a full-scale, two-story masonry building: Test procedure and measured experimental response. University of Pavia, Italy. Doi: 10.13140/RG.2.1.4590.2962
36. [36] Kuruşçu, A.O. 2012. Yığma duvar ve temellerde doğrusal olmayan modelleme. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 192s, İstanbul, Türkiye.
37. [37] Oliveira, D.V. de C. 2003. Experimental and numerical analysis of blocky masonry structures under cyclic loading. The University of Minho, PhD Thesis, 221p, Portugal, 2003.