Deformation Based Damage Limits of the Ductile Reinforced Concrete Shear Walls

Abstract

Nonlinear behavior and deformation-based damage limits investigated to determine the seismic performance of the reinforced concrete shear walls. For the purpose of the study, ten high ductility levels reinforced concrete shear wall models having different parameters were designed and analyzed. Effective section stiffness, effective stiffness coefficient and yield rotation values were obtained for the evaluation of the deformation-based design of the reinforced concrete shear walls. Investigated analytical parameters were calculated from the provision of TBEC 2018 and the moment-curvature relationships of the sections. Then, the deformation-based damage limits of reinforced concrete elements specified in TBEC 2018 were analytically investigated to be able to determine the seismic performance of reinforced shear walls. The deformation limits and plastic rotation values of reinforced concrete shear walls were obtained for the levels of collapse prevention, controlled damage and limited damage performance levels as defined in TBEC 2018. Damage limits corresponding to the deformation demands for different damage limits were observed and the damage limits were evaluated for reinforced concrete shear walls. The performance levels of the shear walls were investigated by calculating the unit deformation values of the shear walls models for different performance levels and concrete strain values for different transverse reinforcement ratios, the yield and plastic rotation values at different axial load levels. Parameters such as transverse reinforcement ratio, longitudinal reinforcement ratio and axial load levels that affect the yield and ultimate curvature values, also affect the plastic rotation and the damage limits stipulated by the regulation. The shear wall sections remain in a safer direction as the transverse reinforcement ratio increases and the transverse reinforcement spacing decreases.

Keywords

• Performance level
• Damage limits
• Strain limits
• Plastic rotation
• Effective section stiffness

Sünek Betonarme Perde Duvarların Şekil değiştirme Esaslı Hasar Sınırları

Abstract

Perde duvarların deprem performansının belirlenmesi için doğrusal olmayan davranışları ile şekil değiştirme esaslı hasar sınırları araştırılmıştır. Bu amaçla yapılan çalışmada on adet farklı parametreye sahip süneklik düzeyi yüksek betonarme perde duvar modelleri tasarlanarak çözümlemeleri yapılmıştır. Betonarme perde duvarların şekil değiştirmeye göre değerlendirme ve tasarımı için etkin kesit rijitliği, etkin rijitlik katsayısı ve akma dönmesi değerleri elde edilmiştir. Analitik olarak araştırılan parametreler TBDY 2018 hükümlerinden ve kesitlerin moment-eğrilik ilişkilerinden hesaplanmıştır. Daha sonra betonarme perde duvarların deprem performanslarının belirlenmesi için TBDY 2018’de tanımlanan şekil değiştirme esaslı hasar sınırları analitik olarak araştırılmıştır. TBDY 2018’de tanımlanan Göçmenin Önlenmesi, Kontrollü Hasar ve Sınırlı Hasar performans düzeyi hasar seviyeleri için betonarme perde duvarların şekil değiştirme sınırları ile plastik dönme değerleri elde edilmiştir. Betonarme perde duvarlar için farklı hasar sınırlarına göre şekil değiştirme taleplerine karşılık gelen hasar sınırları gözlenmiş ve hasar sınırları değerlendirilmiş-tir. Betonarme perde duvar modellerinde farklı performans düzeyleri için oluşan şekil değiştirme değerleri, farklı yatay donatı oranına göre hesaplanan beton toplam birim şekil değiştirmeleri ve farklı eksenel yük seviyelerinde akma dönme değerleri ile plastik dönme değerleri hesaplanarak perde duvarların performans seviyeleri araştırılmıştır. Yatay donatı oranı, düşey donatı oranı ve eksenel yük seviyesi gibi, akma ve göçme öncesi eğrilik değerlerini etkileyen parametreler plastik dönme ve yönetmeliğin öngördüğü hasar sınırlarını etkilemektedir. Yatay donatı oranının artması ve yatay donatı aralığının azalması sonucunda perde duvar kesitleri daha güvenli yönde kalmaktadır.

Keywords

• Performans düzeyi
• Hasar sınırları
• Şekil değiştirme sınırları
• Plastik dönme
• Etkin kesit rijitliği

References

1. Xiao-chun, L. and Xiao-lei, H. (2011). Performance index limits of high reinforced concrete shear wall components. Journal of the Central South University of Technology. 18, 1248−1255. https://doi.org/10.1007/s11771-011-0829-9
2. Aydemir, C., Kırçıl, M. S., Hancıoğlu, B. ve Zorbozan, M. (2011). Betonarme Kolonların Hasar Sınır Eğriliklerinin Belirlenmesi. İMO Teknik Dergi, 361(22), 5613−5642. https://dergipark.org.tr/tr/pub/tekderg/issue/12750/155181
3. Foroughi, S. ve Yüksel, S. B. (2019). Betonarme Kolonların Şekil değiştirme Esaslı Hasar Sınırlarının Araştırılması. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi (UMAGD), 11(2), 584−601. https://doi.org/10.29137/umagd.519208.
4. Özdemir, M. A., Kazaz, İ. and Özkaya, S. G. (2017). Evaluation and comparison of ultimate deformation limits for RC columns. Engineering Structures, 153, p. 569–581. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.10.050.
5. Perez, J. C. V. and M. M. Mulder. (2018). Improved Procedure for Determining the Ductility of Buildings under Seismic Loads, Revista Internacional de Metodos Numericos para Calculoy Diseno en Ingenieria, 34(1), 1−8. https://doi.org/10.23967/j.rimni.2018.03.001.
6. Kazaz, İ., Gülkan, P. and Yakut, A. (2012) Deformation Limits for Structural Walls with Confined Boundaries, Earthquake Spectra, 28(3),. 1019−1046. https://doi.org/10.1193/1.4000059.
7. Kazaz, İ., Gülkan, P., and Yakut, A. (2012). Performance limits for structural walls: An analytical perspective, Engineering Structures, 43, 105−119. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.05.011.
8. Zhou, Y., Zhang, D., Huang, Z. and Li, D. (2014). Deformation Capacity and Performance-Based Seismic Design for Reinforced Concrete Shear Walls. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 13(1), 209−215. https://doi.org/10.3130/jaabe.13.209.

9. Qian, Jia-ru., and Xu, Fu-jiang. (2007). Displacement-based deformation capacity design method of RC cantilever walls. Journal of Tsinghua University: Science and Technology. 47(3): 305−308.
10. Xin, Li., Liang, Xing-wen. and Deng, Ming-ke. (2009). Plastic hinge rotation-based design method of shear wall’s boundary elements. Industrial Construction, 39(6), 50−64.
11. Zhang, Hong-mei., LU, Xi-lin., Yang, Xue-ping., and Zhang, song. (2008). Influence of boundary stirrup on seismic behavior of reinforced concrete shear walls. Structural Engineers, 24(5), 100−118.
12. Wallace, J. W. and Moehle, J. P. (1992). Ductility and detailing requirements of bearing wall buildings, ASCE Journal of Structural Engineering, 118(6), 1625−1644. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1992)118:6(1625).
13. Karageyik, C. and Sucuoğlu, H. (2011). Betonarme Binaların Perdelerle Güçlendirilmesinde Şekil değiştirme Esaslı Yöntemlerin Uygulanması. 1. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı. (pp. 1−10) 11-14 Ekim 2011-ODTÜ-Ankara.
14. Moehle, J. P. (1992). Displacement-Based Design of RC Structures Subjected to Earthquakes. Earthquake Spectra. 8(3), 403−428. https://doi.org/10.1193/1.1585688.
15. Panagiotakos, T. B. and Fardis, M. N. (1999). Estimation of Inelastic Deformation Demands In Multistory RC Frame Buildings. Journal of Earthquake Engineering. 3(4), 495−518. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-9845(199905)28:5<501::AID-EQE827>3.0.CO;2-5.
16. Priestley, M. J. N., Calvi, G. M., Kowalsky, M. J. and Powell, G. H. (2008). Displacement-Based Seismic Design of Structures. Earthquake Spectra, 24(2). https://doi.org/10.1193/1.2932170.
17. Tjhin, T. N., Ascheim, M. A. and Wallace, J. W. (2007). Yield displacement-based seismic design of RC wall buildings. Engineering Structures, 29(11), 2946−2959. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2006.10.022.
18. Taleb, R., Watanabe, H. and Kono, S. (2018). Numerical Study on the Ultimate Deformation of RC Structural Walls with Confined Boundary Regions. Periodica Polytechnica Civil Engineering. 62(1), 191–199. https://doi.org/10.3311/PPci.10554.
19. Kazaz, İ. ve Gülkan, P. (2012). Süneklik Düzeyi Yüksek Betonarme Perdelerdeki Hasar Sınırları. İMO Teknik Dergi, 23(114), 6113−6140. https://dergipark.org.tr/tr/pub/tekderg/issue/12745/155147.
20. Kazaz, İ., Gülkan, P.and Yakut, A. (2012). Deformation limits for structural walls with confined boundaries. Earthquake Spectra, 28(3), 1019−1046. https://doi.org/10.1193/1.4000059
21. Rutenberg, A. and Nsieri, E. (2006). The seismic shear demand in ductile cantilever wall systems and the EC8 Provisions. Bulletin of Earthquake Engineering, 4, 1−21. https://doi.org/10.1007/s10518-005-5407-9.
22. TS500. (2000). Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
23. TBDY. (2018). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. T.C. Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara, Türkiye.
24. Mander, J B., Priestley, M. J. N., and Park, R. (1988). Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of Structural Engineering (ASCE), 114(8), 1804−1826. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:8(1804).
25. SAP, 2000. Structural Software for Analysis and Design, Computers and Structures, Inc. Version 20.2.0. USA.
26. Bohl, A. and Adebar, P. (2011). Plastic hinge lengths in high-rise concrete shear walls. ACI Structure Journal, 108(2), 148–157. https://doi.org/10.14288/1.0063296.