Strengthening of a Reinforced Concrete Frame Using Centric Steel Braces with Different Configurations

Abstract

Repair or strengthening of building may be required due to the change of the design codes, adding new floors to the building, changing the purpose of the building etc. There are many methods to retrofit buildings. One of them is to strengthen using steel braces. In this strengthening method one of the important questions that should be answered at the initial stage is what kind of steel brace is to be used and how the steel braces are to be arranged. In this study first, the performance analysis of a three-span (all spans are 4.5m), nine-storey (story height is 3m on each floor) reinforced concrete frame building analysis was performed. As a result of the performance analysis, it was determined that the structure needed to be strengthened. Using centric X braces 5 different reinforcing models were created. In this way, the effect of steel braces on the seismic behavior of the building was determined. In the comparison of the models, the results of the performance evaluation, with the Nonlinear Static Pushover Analysis, were used. As a result of the comparison, the optimum results were obtained from the model where central steel braces were used in each story from the first floor without vertical discontinuity.

Betonarme Bir Çerçevenin Farklı Yerleşim Düzenlerine Sahip Merkezi Çelik Çaprazlarla Güçlendirilmesi

Abstract

Yönetmeliklerin değişmesi, binaya yeni katların eklenmesi, binanın kullanım amacının değişmesi ve benzeri nedenlerden binalara onarım veya güçlendirme yapılması gerekebilir. Binaların güçlendirilmesi için birçok yöntem bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi çelik çapraz elemanlar kullanarak güçlendirme yapmaktır. Bu güçlendirme yönteminde, hangi tür çelik çaprazın kullanılacağı, çaprazların uygun yerleşiminin nasıl olacağı başlangıç aşamasında cevaplanması gereken önemli sorulardandır. Yapılan bu çalışmada, öncelikle üç açıklıklı (açıklık mesafesi eşit olup 4.5 m) ve dokuz katlı (kat yükseklikleri eşit ve 3m) betonarme çerçeve sistemin performans analizi yapılmıştır. Performans analizi sonucunda yapının güçlendirmeye ihtiyacı olduğu tespit edilmiştir. Ardından merkezi X çelik çaprazlar kullanılarak beş farklı yerleşim düzenine sahip güçlendirme modeli oluşturulmuştur. Bu sayede farklı yerleşim düzenine uygulanan çelik çaprazların binanın sismik davranışı üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Modellerin karşılaştırılmasında Doğrusal Olmayan Statik İtme Analizi ile yapılan performans değerlendirme sonuçları kullanılmıştır. Karşılaştırma sonucunda 2 açıklığa yapılan ve düşey süreksizliği olmayan çelik çapraz uygulamasının en uygun güçlendirme şekli olduğu belirlenmiştir.

Keywords

• Betonarme yapıların güçlendirilmesi,Merkezi X çelik çaprazlar,Doğrusal olmayan Statik İtme Analizi

References

1. [1] A. R. Rahai and M. M. Alinia, “Performance Evaluation and Strengthening of Concrete Structures with Composite Bracing Members,” Constr. Build. Mater., vol. 22, no. 10, pp. 2100–2110, 2008.
2. [2] F. Piroğlu and E. Uzgider, “Mevcut Betornarme Yapıların Çeli̇k Malzeme i̇le Güçlendi̇ri̇lme Yöntemleri̇,” Türkiye Mühendislik Haberleri, vol. 436, pp. 37–46, Feb-2005.
3. [3] Z. Celep and N. Kumbasar, Deprem Mühendisliğine Giriş ve Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı. 2004.
4. [4] F. Nateghi-A, “Seismic Strengthening of Eightstorey RC Apartment Building Using Steel Braces,” Eng. Struct., vol. 17, no. 6, pp. 455–461, 1995.
5. [5] B. M. Badoux and J. O. Jirsa, “Steel bracing of RC frames for seismic retrofitting,” J. Struct. Eng., vol. 116, no. 1, pp. 55–74, 1990.
6. [6] A. E. Özel, “Assessing Effects of Type and Distribution of Eccentric Steel Braces on Seismic Vulnerability of Mid-Rise Reinforced Concrete Buildings,” University of Gaziantep Graduate School of Natural & Applied Sciences, 2010.
7. [7] A. Rahimi and M. R. Maheri, “The effects of retrofitting RC frames by X-bracing on the seismic performance of columns,” Eng. Struct., vol. 173, no. July, pp. 813–830, 2018.
8. [8] Z. Yaman and E. Ağcakoca, “Dairesel Kesite Sahip Merkezi Çelik Çaprazların Performans Analizi,” Sak. Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Derg., vol. 22, no. 2, pp. 340–349, 2018.

9. [9] G. İnce, H. Tekeli, H. H. İnce, C. Öcal, K. Mercan, and H. Ulutaş, “Betonarme Çerçevelerin Düşey Bağ Kirişli Dışmerkez Çaprazlarla Güçlendirilmesi,” in International Burdur Earthquake & Environment Symposium (IBEES2015) Uluslararası Burdur Deprem ve Çevre Sempozyumu, 2015, no. May.
10. [10] H. Çatalkaya, “Çok Katlı Bir Çelik Yapıda Değişik Çapraz Düzenlemelerinin Yapının Depremdeki Davranışına Etkilerinin İncelenmesi,” Fen Bilimleri Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, 2004.
11. [11] B. Yön and S. E., “Betonarme Perdeler ve Çelik Çaprazlarla Yapılan Güçlendirmelerin Karşılaştırılması,” in 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 2011, pp. 237–242.
12. [12] B. T. D. Bush, E. A. Jones, and J. O. Jirsa, “Behavior of RC Frame Strengthened Using Structural Steel Bracing,” J. Struct. Eng, vol. 117, no. 4, pp. 1115–1126, 1991.
13. [13] M. R. Maheri and A. Sahebi, “Use of Steel Bracing in Reinforced Concrete Frames,” Eng. Struct., vol. 19, no. 12, pp. 1018–1024, 1997.
14. [14] M. TahamouliRoudsari, A. Entezari, M. H. Hadidi, and O. Gandomian, “Experimental Assessment of Retrofitted RC Frames With Different Steel Braces,” Structures, vol. 11, no. June, pp. 206–217, 2017.
15. [15] K. A. Korkmaz, “Çelik Çapraz Elemanlarla Güçlendirilen Betonarme Yapıların Deprem Davranışlarının İncelenmesi,” Doğuş Üniversitesi Derg., vol. 8, no. 2, pp. 191–201, 2007.
16. [16] E. Aydın, “Yapıların Deprem Davranışlarının İyileştirilmesi İçin Sönümleyicilerin ve Çelik Çapraz Elemanların Optimum Yerleşimi,” İstanbul Teknik Üniversitesi, 2005.[17] M. R. Maheri and S. Yazdani, “Design of Steel Brace Connection to an RC Frame Using Uniform Force Method,” J. Constr. Steel Res., vol. 116, pp. 131–140, 2016.
17. [18] Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Deprem Etkisi Altında Binaların Tasarımı için Esaslar. .
18. [19] B. V. Fell, A. M. Kanvinde, A. M. Asce, G. G. Deierlein, F. Asce, and A. T. Myers, “Experimental Investigation of Inelastic Cyclic Buckling and Fracture of Steel Braces,” J. Struct. Eng., vol. 135, no. 1, pp. 19–32, 2008.
19. [20] AISC 341-10 (2010) Seismic Provisions for Steel Structural Buildings, AmericanInstitute of Steel Construction. Chicago, IL.
20. [21] M. Taghipour, “Seismic Analysis (Non-linear Static Analysis (Pushover) and Nonlinear Dynamic) on Cable - Stayed Bridge,” Am. J. Civ. Eng., vol. 3, no. 5, p. 129, 2016.
21. [22] N. Çağlar, H. Öztürk, A. Demir, and A. Akkaya, “TDY2007’ye Göre Tasarlanmış Betonarme Bir Yapının Doğrusal Elastik Olmayan Analiz Yöntemleri ile İncelenmesi,” in Uluslararası Mühendislik Ve Bilim Alanında Yenilikçi Teknolojiler Sempozyumu, ISITES2014, vol. 2014, pp. 2086–2094.
22. [23] Y. M. Fahjan, S. Vatansever, and Z. Özdemir, “Ölçeklenmiş Gerçek Deprem Kayıtları İle Yapıların Doğrusal Ve Doğrusal Olmayan Dinamik Analizleri,” in 1. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, 2011, pp. 1–9.
23. [24] Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları. 2000.
24. [25] Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. 2018.
25. [26] FEMA 356. 2000.