Yayılı ve Yığılı Plastik Mafsal Modellerinin Doğrusal Olmayan Davranış Analizlerine Etkileri

Öz

Bu çalışmada, yapısal analizlerde sıklıkla kullanılan yayılı ve yığılı plastisite yöntemlerinin, yapıların doğrusal olmayan davranışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yayılı plastisite yönteminde, kesit davranışını daha gerçekçi biçimde temsil eden integrasyon sayısı ve mafsal boyu gibi parametrelerin; yığılı plastisite yönteminde ise etkin kesit rijitliklerinin sistem davranışına olan etkileri değerlendirilmiştir. Beş katlı bir çerçeve sistem üzerinde gerçekleştirilen sayısal analizler sonucunda, küçük hücrelerden oluşan kesitlere sahip eleman sayısının (dolayısıyla integrasyon sayısının) azaltılmasının taban kesme kuvvetlerinde %12’ye, göreli kat ötelemelerinde ise %20’ye varan değişimlere sebep olduğu belirlenmiştir Ayrıca, yığılı plastisite modellerinde eleman etkin kesit rijitliklerinin değişmleri durumunda, taban kesme kuvvetlerinde %47’ye, maksimum göreli ötelemelerde ise %90’a ulaşan oranlarda farklılıklar gözlenmiştir. Dokuz farklı model üzerinde yapılan karşılaştırmalar sonucunda, periyot, kat ötelemesi, donatı uzaması–beton kısalması, plastik dönme değerleri, analiz süreleri ve taban kesme kuvvetleri gibi parametrelerde farklılıklar elde edilmiştir. Elde edilen bulgular, her iki yöntemin farklı analiz koşullarında yapısal davranış üzerinde önemli etkiler yarattığını ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

• TBDY 2018
• Doğrusal Olmayan Analiz
• Yığılı Plastisite
• Yayılı Plastisite
• Etkin Kesit Rijitliği

Effects of Distributed and Lumped Plastic Hinge Models on the Nonlinear Behavior of Structures

Öz

This study investigates the effects of widely used distributed and lumped plasticity methods on the nonlinear behavior of structures. In the distributed plasticity approach, the influence of parameters such as the number of integration points and the plastic hinge length which allow a more realistic representation of sectional behavior was evaluated, whereas in the lumped plasticity approach, the effects of effective section stiffness on the overall system response were examined. Numerical analyses conducted on a five-story frame system revealed that reducing the number of elements with small sectional (fiber) divisions and consequently the number of integration pointsled to variations of up to 12% in base shear and up to 20% in interstory drift ratios. Furthermore, in lumped plasticity models, variations in effective section stiffness resulted in differences of up to 47% in base shear and up to 90% in maximum interstory drift. Comparative analyses of nine different models demonstrated variations in key structural parameters such as period, story drift, reinforcement elongation–concrete shortening, plastic rotation, analysis duration, and base shear. The findings indicate that both modeling approaches have a significant influence on structural behavior under different nonlinear analysis conditions.

Anahtar Kelimeler

• Tbdy 2018
• Nonlinear Analysis
• Lumped Plasticity
• Distributed Plasticity
• Effective Section Stiffness

Kaynakça

1. Esener, E. 2020. Plastisite Modellerinde Pekleşme Etkisinin Sonlu Elemanlar Analizi İle Tespiti. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 11(1), 171-181.
2. Sevinç, S., Bal, İ.E. 2018. Betonarme yapıların doğrusal olmayan analizinde yayılı plastisite modellerinin hassaslık analizi.Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 9(2), 907-918.
3. Değer Z.T., Başdoğan Ç. 2021. Betonarme perdelerin yığılı plastik davranış ile doğrusal olmayan modellenmesi ve hasar sınırları.Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(2), 641-653.
4. Rahai, A.R., Fallah Nafari, S. 2013. A comparison between lumped and distributed plasticity approaches in the pushover analysis results of a PC frame bridge. International Journal of Civil Engineering, 11(4), 217–225.
5. Barbagallo, F., Cannizzaro, F., Pantò, B. 2023. Influence of the modelling approach on seismic response of frames. Engineering Structures, 288, 116252.
6. TBDY, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. Afet ve Acil Durum Başkanlığı, Ankara.
7. Güler, M. 2025. Investigation of the effects of different earthquake scaling strategies on nonlinear structural behavior. Applied Sciences, 15(7), 3566.
8. Mansouri, I., Kontoni, D.P.N., Pouraminian, M. 2023. The effects of selection and scaling procedures of earthquake records on the seismic response dispersion of structures and recommendations toward seismic upgrading of codes. SN Applied Sciences, 5(7), 1005.

9. DBYBHY, 2007. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik. Bayındırlık İmar ve İskan Bakanlığı, Ankara.
10. Kazaz, İ., Gülkan, P. 2012. Süneklik Düzeyi Yüksek Betonarme Perdelerdeki Hasar Sınırları. İMO Teknik Dergi, 6113-6140.
11. Damcı, E. 2008. Yapıların Doğrusal Olmayan Çözümlenmesi Ve Deprem Performansları. İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 151s,
12. Kürkçü, F. 2019. 20 Katlı Betonarme Bir Yapının Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine Göre Tasarımı ve Bina Performansının Belirlenmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 237s, İstanbul.
13. Akkaya, A. 2014. Betonarme Kolon Davranışının Moment Eğrilik İlişkisi İle Parametrik Olarak İncelenmesi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 97s, Sakarya.
14. Özmen, H.B., İnel, M., Bilgin, H. 2007. Betonarme Elemanların Doğrusal Ötesi Davranışlarının Modellenmesi. 6. Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-20 Ekim, Türkiye, 207-216.
15. SAP2000. Integrated Software for Structural Analysis and Design Program. Computers and Structures Inc., Berkeley, California.