The Effect of Seismic Base Isolator in Analysis Considering Soil-structure Interaction

Abstract

The aim of this study is to investigate the effect of the analysis technique that considers the soil-structure interaction in buildings with seismic base isolators. Taking the soil-structure interaction into consideration, especially in the analysis of buildings sitting on soft soils, provides more precise results. However, in structures where seismic base isolators are used, this benefit decreases as the vibrations in the ground affect the structure by being damped. The effect of considering the soil-structure interaction in such buildings on the results is still an issue that needs to be investigated. For this purpose, within the scope of the study; a 7-storey sample building plan with suitable features for the use of base isolators was selected. Four different models were created for the selected structure. In the first two models, a structure without a base isolator was built into the ground and then modelled with the ground. In the next two models, the seismic base isolator is included in the solution. Dynamic time-history analysis was applied to all created models for 11 different earthquake records. As a result of the analyses, the changes in the reactions such as accelerations, shear forces and drifts acting on the structure were examined in fixed model and in the model with 3D soil. In case of non-base isolated structure, resulting responses are fairly big while in case of base isolated structure, it is seen that resulting responses of the structure are small.

Keywords

• Seismic base isolator
• Soil-structure interaction
• Time history analysis

Zemin-Yapı Etkileşimini Dikkate Alan Analizlerde Sismik Taban İzolatörünün Etkisi

Abstract

Bu çalışmanın amacı; sismik taban izolatörlü binalarda zemin-yapı etkileşimini dikkate alan analiz tekniğinin etkisini araştırmaktır. Özellikle yumuşak zemine oturan binaların analizinde zemin-yapı etkileşiminin dikkate alınması daha hassas sonuç elde edilmesini sağlamaktadır. Bununla birlikte sismik taban izolatörü kullanılan yapılarda zemindeki titreşimler yapıya sönümlenerek etki ettiğinden bu fayda azalmaktadır. Bu tür binalarda zemin-yapı etkileşimini dikkate almanın sonuçlar üzerindeki etkisi halen araştırılması gereken bir konudur. Bu amaçla çalışma kapsamında; taban izolatörü kullanımı için uygun özellikleri taşıyan 8 katlı örnek bir yapı planı seçilmiştir. Seçilen yapı için dört farklı model oluşturulmuş. İlk iki modelde taban izolatörü bulunmayan bir yapı zemine ankastre ve daha sonra zemin ile birlikte modellenmiştir. Sonraki iki modelde ise çözüme sismik taban izolatörü dahil edilmiştir. Oluşturulan tüm modellere 11 farklı deprem kaydı için zaman tanım alanında dinamik analiz uygulanmıştır. Analizler sonucunda ankastre modelleme ve zeminin 3 boyutlu modellenmesi ile yapıya etkiyen ivmeler, kesme kuvvetleri, ötelenmeler gibi tepkilerde oluşan değişim incelenmiştir. Çalışma sonuçlarına göre; taban izolatörü kullanılmadığında zemin-yapı etkileşimini dikkate almak daha fazla önem arz etmektedir.

Keywords

• Sismik taban izolatörü
• Zemin-yapı etkileşimi
• Zaman tanım alanında dinamik analiz

References

1. Abdeddaim M., Djerouni S., Ounis A., Athamnia B., Noroozinejad Farsangi E., 2022. Optimal design of Magnetorheological damper for seismic response reduction of Base-Isolated structures considering Soil-Structure interaction, Structures, 38, 733-752. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.02.039.
2. Abdulkadir G., Kuvat A., Sesli H., 2022. A study on efficiency of perfectly matched layer (PML) for seismic soil-structure interaction, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 27(1), 467-486.
3. Akehashi H., Takewaki I., 2021. Critical Analysis of Nonlinear Base-Isolated Building Considering Soil–Structure Interaction under Impulsive and Long-Duration Ground Motions, Geotechnics, 1(1), 76-94. https://www.mdpi.com/2673-7094/1/1/5.
4. Ates S., Yurdakul M., 2011. Site-response effects on RC buildings isolated by triple concave friction pendulum bearings, Computers and Concrate, 8(6), 693-715, https://doi.org/10.12989/cac.2011.8.6.693.
5. Çerçevik A.E., 2019. Bina ve köprü tipi yapılarda pasif yapısal kontrol sistemlerin sezgisel algoritmalar ile optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi (Yayımlanmamış), Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bilecik.
6. Deringöl A.H., Güneyisi E.M., 2021. Influence of nonlinear fluid viscous dampers in controlling the seismic response of the base-isolated buildings, Structures, 34, 1923-1941. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.08.106.
7. Gürbüz A., Tekin M., 2017. Farklı tip betonarme binalar için geliştirilmiş hasar tahmin yöntemleri, Teknik Dergi, 28(4), 8051-8076.
8. Karabörk T., Deneme İ.Ö., Bilgehan R.P., 2010. Temeli izole edilen yapılarda dinamik yapı-zemin etkileşimi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 26(1): 77-87.

9. Kayıkçı F.Y., Gürbüz A., 2023. Evaluation of 10-Storey Reinforced Concrete Building by Nonlinear Dynamic Analyses Considering Soil-Structure Interaction, Sciennovation, 4(2), 16-25.
10. Luco J.E., 2014. Effects of soil–structure interaction on seismic base isolation, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 66, 167-177.
11. Namous R.M., El Korany T.M., Khalifa T., ELkhoreby S.R., 2022. Seismic Response of Seismic Isolated Structures subject to Near Fault &Far Fault Ground Motions, Journal of Engineering Research, 6(5), 75-82.
12. Papadrakakis M., Fragiadakis M., Papadimitriou C., 2020. The Role of Non-Linearity in the Seismic Assessment of a Base Isolated Benchmark Building with Soil Structure Interaction Effects, XI International Conference on Structural Dynamics, Athens, Greece.
13. PEER, 2023. PEER Ground Motion Database, Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), University of California, Berkeley, Erişim adresi: https://ngawest2.berkeley.edu.
14. Polat H.İ., 2019. Betonarme Bir Yapıda Geleneksel Yöntem ve Taban İzolatörü Kullanımının Karşılaştırmalı Analizi, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 15, 43-54.
15. Radkia S., Rahnavard R., Tuwair H., Gandomkar F.A., Napolitano R., 2020. Investigating the effects of seismic isolators on steel asymmetric structures considering soil-structure interaction, Structures, 27, 1029-1040, https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.07.019.
16. Symans M.D., Cofer W.F., Fridley K.J., 2002. Base Isolation and Supplemental Damping Systems for Seismic Protection of Wood Structures: Literature Review, Earthquake Spectra, 18(3), 549-572, https://doi.org/10.1193/1.1503342.
17. TBDY, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Ankara, Türkiye.
18. Tena-Colunga A., Eduardo Pérez-Rocha L., Avilés J., Cordero-Macías C., 2015. Seismic isolation of buildings for power stations considering soil-structure interaction effects, Journal of Building Engineering, 4, 21-40, https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jobe.2015.08.001.
19. Yanik A., Ulus Y., 2023. Soil-Structure Interaction Consideration for Base Isolated Structures under Earthquake Excitation, Buildings, 13(4), 915. https://doi.org/10.3390/buildings13040915.
20. Yıldız Ö., Doğan E., Yamak F.B., 2021. Seismic Soil-Structure Interaction of a Masonry Structure: Sungurbey Mosque, International Journal of Innovative Engineering Applications, 5(2), 237-249.