The Effects of Infill Wall Strengthening on the Seismic Behavior of a Residential Shear Wall-Frame RC Structure with Structural Irregularity

Year 2024, Volume: 16 Issue: 1, 189 - 215, 31.01.2024

Eda Gökçe Toprak , İlker Kalkan

https://doi.org/10.29137/umagd.1376735

Abstract

In the present study, the effects of infill wall rehabilitation on the behavior of reinforced concrete shear wall-frame systems were investigated with the help of the non-linear time-history analysis method. In this context, a 12-story building, built in the Central District of the City of Kırıkkale, and relatively regular in plan, was modeled in the SAP2000 matrix structural analysis software and analyzed as without infill walls (plain), with bare infill walls and with strengthened infill walls. The infill walls were modeled as equivalent compression struts in the frame and the theoretical formulae in the literature are used to determine the thicknesses of these struts. In the selection of earthquake records to be used in the analysis, the faulting characteristics of Kırıkkale, the distance to the fault and the soil properties at the location of the relevant structure were taken into consideration. The analyses depicted that the infill wall strengthening provided significant reductions in the base shear force values of the related structure. Furthermore, infill wall strengthening was observed to provide an effective method for overcoming the story drift and story twist problems.

Keywords

infill wall strengthening, compression strut, seismic response

Yapı Düzensizliğine Sahip Perdeli-Çerçeveli Betonarme Bir Konut Yapısında Dolgu Duvar Güçlendirmesinin Deprem Davranışı Üzerindeki Etkileri

Abstract

Mevcut çalışmada, dolgu duvarların güçlendirilmesinin betonarme perdeli-çerçeveli sistem davranışına etkileri doğrusal olmayan zaman-tanım alanında analiz yöntemiyle araştırılmıştır. Bu bağlamda, Kırıkkale İli Merkez İlçesinde inşa edilmiş olan 12 katlı ve planda nispeten düzenli bir yapı SAP2000 matris yapı analizi yazılımında modellenmiş ve dolgu duvarsız (yalın), dolgu duvarlı ve güçlendirilmiş dolgu duvarlı olarak analiz edilmiştir. Dolgu duvarlar, çerçeve içerisinde eşdeğer basınç çubukları olarak modellenmiş ve bu çubukların kalınlıklarının belirlenmesinde literatürdeki teorik formüllerden faydalanılmıştır. Analizlerde kullanılacak deprem kayıtlarının seçiminde Kırıkkale İlinin faylanma özellikleri, faya uzaklığı ve ilgili yapının konumundaki zemin özellikleri esas alınmıştır. Yapılan analizler sonucu, dolgu duvar güçlendirmesinin özellikle taban kesme kuvveti değerlerinde önemli azalmalar ortaya çıkardığı belirlenmiştir. Ayrıca, göreli kat ötelenmesi ve kat burulması gibi problemlerin önüne geçmek için dolgu duvar güçlendirmesinin etkili bir çözüm yolu sunduğu görülmüştür.

Keywords

dolgu duvar güçlendirmesi, basınç çubuğu, sismik davranış, yalın betonarme çerçeve, çelik levha ile dıştan güçlendirme, yapı düzensizliği

References

• Akyürek, O. , Tekeli, H. & Demir, F. (2018). Plandaki dolgu duvar yerleşiminin bina performansı üzerindeki etkisi. International Journal of Engineering Research and Development, 10(1), 42-55. DOI: 10.29137/umagd.419660
• Albayrak, U. (2016). Dolgu Duvarların Deprem Etkisi Altında Düzlem İçi ve Düzlem Dışı Davranışlarının Araştırılması, Doktora Tezi, Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir.
• Asteris, P. G. (2003). Analysis of masonry infilled frames using a finite element technique. J. Struct. Eng., in press.
• Babayanni R. (2012). Delikli Çelik Levhalarla Güçlendirilmiş Tuğla Duvarların Tersinir Tekrarlanır Yükler Altındaki Davranış ve Dayanımı, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara.
• Baran M., & Sevil T. (2010). Analytical and experimental studies on infilled RC frames. International Journal of the Physical Sciences Vol. 5(13). 1981-1998.
• Brodsky, A., & Huang, X. (2021). Multi-platform modelling of masonry infilled frames, Journal of Building Engineering, Volume 43, 102561, ISSN 2352-7102, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102561.
• Canbay E. (2001), Contribution of RC Infills to the Seismic Behaviour of Structural Systems. Doktora Tezi. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara
• Cumhur, A. (2017). Tuğla Dolgu Duvarların Genişletilmiş Çelik Levhalar ile Güçlendirilmesi, Doktora Tezi, Sakarya Ünversitesi, Sakarya.
• DBYBHY (2007). Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik.
• Dolšek, M., & Fajfar, P. (2008). The effect of masonry infills on the seismic response of a four-storey reinforced concrete frame a deterministic assessment. Engineering Structures, 30(7).
• Essa A., Sayed A. T.,  Badr M. R., &  Zanaty A. H. (2014) Effect of infill wall on the ductility and behavior of high strength reinforced concrete frames, HBRC Journal, 10:3, 258-264, DOI: 10.1016/j.hbrcj.2013.12.005
• FEMA 306 (1998). Evaluatıon of Earthquake Damaged Concrete and Masonry Wall Buıldıngs, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
• Furtado A., Rodrigues H., & Arede A., Varum H., (2017). Simplified macro-model for infill masonry walls considering the out-of-plane behaviour, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.45, pp. 507-524.
• Furtado A., Rodrigues H., & Arede A., Varum H., (2020). Experimental tests on strengthening strategies for masonry infill walls: A literature review, Construction and Building Materials, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120520.
• Holmes, M. (1963). Combined loading in infilled frames. Proc. Inst. Civ. Eng., Struct. Build., 25(6621), 31–38.
• Jiang, H., Liu, X., & Mao, J. (2015). Full-scale experimental study on masonry infilled RC moment-resisting frames under cyclic loads. Engineering Structures, 91, 70-84.
• Kaymak F., & Tuna M. (2011). Kısmi ve tam dolgu duvarlı çelik çerçevelerin yatay yükler altındaki davranışının elasto-plastik analiz yöntemi ile incelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi , 26 (2) , 0- . Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/gazimmfd/issue/6688/88750
• Liauw, T.C. (1979). Test on multistory infilled frames subjected to dynamic lateral loading, ACI Structural Journal, 40: 551-563.
• Mainstone R. J., & Weeks G. A. (1970). The Influence of a Bounding Frame on the Racking Stiffnesses and Strengths of Brick Walls. 2nd International Brick Masonry Conference, Building Research Establishment, 12-15 April,Watford, England, 165–171.
• Marius, M., & Valeriu, S. (2012). Seismic energy dissipation in structural reinforced concrete walls with staggered openings, Journal of Applied Engineering Sciencies, Vol. 2(15), Issue: 1, pp. 71-78.
• Özbek, E. (2015). Delikli Çelik Levhalarla Güçlendirilmiş Tuğla Duvarların Çerçeve Davranışı Üzerindeki Etkisi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara.
• Özbek E., Aykaç B., & Can H., Kalkan İ., Aykaç S. (2019). Recommendations for calculation of strengthened brick walls with perforated plates, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 34:1 1-15, 10.17341/gazimmfd.416422
• Özcebe, G., Ersoy, U., & Keskin O., et al., (2003). Strengthening of brick-infilled RC frames with CFRP. Middle East Technical University, Ankara.
• PEER Ground Motion Database, Pacific Earthquake Engineering Research Center. (https://ngawest2.berkeley.edu)
• Polyakov, S. V. (1956). On the interactions between masonry filler walls and enclosing frame when loaded in the plane of the wall. Translations in Earthquake Engineering Research Institute, Cairns G. L., trans., Moscow.
• SAP2000 User’s Manual (2014), Structural Analysis Program Advanced Version 14.0.1, Computers and Structures Inc.
• SeismoMatch (2023). Earthquake Engineering Software Solutions.
• Sönmezer B. (2016). Kırıkkale Şehir Merkezinin Deprem Risk Analizi ve Sismik Mikro Bölgelemesi. Doktora Tezi, Kırıkkale Ünversitesi, Kırıkkale.
• Stafford S. B., Carter C., & Mallick D. (1970). Discussion a Method of Analysis for Infilled Frames. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 46 (2): 229–231.
• TBDY (2018). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği.
• Yakut, A., Binici, B., & Demirel, İ. O., Özcebe, G. (2013). Dolgu duvarların deprem davranışına etkisi. 2. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, Hatay.
• Yekrangnia M., & Asteris P. G. (2020). Multi-strut macro-model for masonry infilled frames with openings, Volume 32, 101683, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101683