Comparison of Time History and Pushover Methods in Seismic Base Isolated Structures

Abstract

Seismic base isolation is a special system that provides protection of buildings from earthquake effects with less damage by reducing the relative storey drifts in the structures in order to absorb seismic loads. Storey heights, damping properties and usage patterns are important in the dynamic behavior of the structures in base isolated structures. The most comprehensive analysis method for the design of basement isolated structures is the analysis methods in the time domain using real earthquake records. Pushover analysis method is one of the analysis methods used to determine the nonlinear behavior of the structure and the failure mechanisms used to determine the current capacities of the structures. The use of this method in floor isolated structures has been encountered in very few sources in the literature. In this study, it is aimed to make a comparative evaluation among the base isolated building types. Within the scope of this study, 3 different seismic base isolated building models were designed. Lead-rubber bearings are used in the base isolation. The effects of floor heights and isolators placed between floors in seismic isolated buildings were investigated. As a result of the study, it was seen that the data of the nonlinear behavior of the isolators with the analysis in the time history coincided with the data obtained from the thrust analysis, and it is evaluated that the thrust analysis method can be used effectively in seismic isolated building design.

Keywords

• Seismic isolation
• Time history analysis
• Pushover analysis

Sismik Taban Yalıtımlı Yapılarda Zaman Tanım Alanında Analiz ve Artımsal Tek Modlu İtme Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Abstract

Sismik taban yalıtımı günümüzde sismik yüklerin sönümlenmesinde göreli kat ötelemelerini azaltarak yapıların daha az hasarla deprem etkilerinden korunmasını sağlayan özel sistemlerdir. Taban yalıtımlı sistemlerde yapıların dinamik davranışında; kat yükseklikleri, sönümleyici özellikleri ve kullanış biçimleri önem arz etmektedir. Taban yalıtımlı yapıların tasarımına ilişkin en kapsamlı analiz yöntemi gerçek deprem kayıtlarının kullanıldığı zaman tanım alanında analiz yöntemleridir. Artımsal tek modlu itme analizi metodu yapıların mevcut kapasitelerinin belirlenmesinde kullanılan, yapının doğrusal olmayan davranışını ve göçme mekanizmalarının belirlenmesinde kullanılan analiz yöntemlerindendir. Taban yalıtımlı yapılarda ise bu metodun kullanımına literatürde çok az kaynakta rastlanılmıştır. Bu çalışmada da taban yalıtımlı yapı türleri arasında farklı analiz yöntemleri kullanılarak karşılaştırmalı bir değerlendirme yapılması amaçlanmaktadır. Bu kapsamında üç farklı sismik taban yalıtımlı yapı modeli tasarlanmıştır. Taban yalıtımında kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler kullanılmıştır. Sismik yalıtımlı yapılarda kat yüksekliklerinin ve katlar arasına yerleştirilen sönümleyicilerin etkileri incelenmiştir. Çalışma sonucunda zaman tanım alanında analiz yöntemi ile sönümleyicilerin doğrusal olmayan davranışlarına ait elde edilen verilerin itme analizlerinden elde edilen veriler ile örtüştüğü görülmüş olup, itme analizi yönteminin de sismik yalıtımlı yapı tasarımında etkili bir şekilde kullanılabileceği değerlendirilmektedir.

Keywords

• Sismik yalıtım
• Zaman tanım alanında analiz
• Artımsal tek modlu itme analizi

References

1. [1]. SAGE Journals. 2020. Book Review: Seismic Architecture: The Architecture Of Earthquake Resistant Structures - Robert Reitherman, 2017. [online] Available at: [Accessed 8 October 2020].Lister, Fundamentals of Operating Systems, New York: Springer-Verlag, 1984.
2. [2]. "Medium – Get smarter about what matters to you.", Medium, 2020. [Online]. Available: https://medium.com. [Accessed: 08- Oct- 2020].
3. [3]. N. Makris, "Seismic isolation: Early history", 2020
4. [4]. 2020. [Online]. Available: https://bayanbox.ir/view/429047141332151412/Design-of-Seismic-Isolated-Structures-From-Theory-to-Practicea.pdf. [Accessed: 08- Oct- 2020].
5. [5]. "Imperial Hotel (1923-1968). | Old Tokyo", Oldtokyo.com, 2020. [Online]. Available: http://www.oldtokyo.com/imperial-hotel-wright/. [Accessed: 09- Oct- 2020].
6. [6]. Kelly, James M., and Dimitrios Konstantinidis. Mechanics of rubber bearings for seismic and vibration isolation. Vol. 222. Chichester, UK: Wiley, 2011.
7. [7]. Garevski, Mihail A., James M. Kelly, and Nikola V. Zisi. "Analysis of 3D vibrations of the base isolated school building “Pestalozzi” by analytical and experimental approach." Proceedings of the 12th WCEE, Auckland, New Zealand. 2000.
8. [8]. W. Robinson, "Seismic isolation of civil buildings in New Zealand", 2020.

9. [9]. Providakis, C. P. "Pushover analysis of base-isolated steel–concrete composite structures under near-fault excitations." Soil dynamics and earthquake Engineering 28.4 (2008): 293-304.
10. [10]. Gökhan, Eylem. Betonarme Yapılarda İzolatör Kullanımının Taşıyıcı Sistem Davranışına Etkileri. İTÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009.
11. [11]. Toker, Mehmet. Kolon Altı Sismik İzolatör Kuvvet Analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilmleri Enstirüsü,2015.
12. [12]. Mirkelam, Zeynel Abidin, ve Mehmet K. Derdiman. "Katları Arasında İzolatör Kullanılan Betonarme Binalarda Sismik Yalıtım Etkinliğinin Belirlenmesi." Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28.1: 35-49.
13. [13]. Doudoumis, Nikolaos I., Christos Kotanidis, and Ioannis N. Doudoumis. "A comparative study on static push-over and time-history analysis methods in base isolated buildings." First European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Geneva, Switzerland, September, paper. No. 420. 2006.
14. [14]. Severcan, Metin Hakan, ve Ş. E. N. Pınar. "Sismik İzolatörlü Binalarda Kat Adedi Etkisi." Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8.2 (2019): 922-935.
15. [15]. Türkiye Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Afet ve Acil Durum Yönetim Başkanlığı, Ankara. 2018.
16. [16]. E. Toplu, Sismik Yalıtımlı Yapılarda Patlama Etkilerinin İncelenmesi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020.
17. [17]. "PEER Ground Motion Database - PEER Center", Ngawest2.berkeley.edu, 2020. [Online]. Available: http://ngawest2.berkeley.edu/. [Accessed: 09- Oct- 2020].