Sismik performansi düsük betonarme çerçevelerde sürtünme damperinin deneysel ve analitik incelenmesi

Abstract

İnşaat mühendisliği gelişmeleri açısından, deprem etkilerini azaltma yöntemleri hızla gelişen yeni bir bina rehabilitasyon konseptidir. Bu konsepte göre yapılara etkiyen deprem enerjisinin bir kısmı ilave sönümleyici kontrol mekanizmaları ile tüketilmekte, böylece binada hasar ile tüketilmesi gereken enerji miktarı azalmaktadır. Rotasyonel sürtünme sönümleyiciler, büyük enerji dağıtma kapasiteleri, deplasman ve frekanstan bağımsız çalışma özellikleri ile dikkat çeken pasif kontrol mekanizmalarından biridir. Bu tezde, özellikle Türkiye'deki bina stoğunda çok karşılaşılan sismik performansı düşük, az katlı betonarme çerçeve binaların rotasyonel sürtünme sönümleyiciler ile rehabilitasyonu üzerine deneysel ve analitik bir çalışma yürütülmüştür. Deneysel ve analitik çalışmalar, ülkemizdeki binalarda sıklıkla görülen tasarım ve yapım kusurları sahip olan, 1/3 ölçekli, iki katlı ve tek açıklıklı betonarme çerçeveler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması iki ana araştırma konusu içermektedir. Tez çalışmasının ilk kısmında, tasarlanan iki farklı tip rotasyonel sürtünme sönümleyicide kullanılması düşünülen Teflon (PTFE), karbonfiber, kurşun ve pirinç levhalardan üretilmiş sürtünme pedlerinin farklı cıvata sıkma torklarında çevrimsel yükleme deneyleri yapılarak, Fema-356'da belirlenen sönümleyici kriterlerine göre kullanılabilirlikleri araştırılmıştır. Sürtünme davranışı, aşınma, kararlılık, direnç gibi özellikler açısından kullanımı uygun görülen karbonfiber, kurşun ve pirinç sürtünme pedleri ile 100 Nm cıvata sıkma torkunda 3'er adet, tek üniteli Tip 1 ve Tip 2 rotasyonel sürtünme sönümleyici üretilmiştir. Üretilen Tip 1 ve Tip 2 sönümleyicilerin kayma yükü, enerji tüketimi gibi özellikleri çevrimsel yükleme deneyleriyle belirlenmiştir. Tez çalışmasının ikinci kısmında, 1 adet yalın betonarme çerçeve referans numune olmak üzere, 3 adedi Tip 1 sönümleyici ile, 3 adedi de Tip 2 sönümleyici ile rehabilite edilmiş 7 adet betonarme çerçeve numune üretilerek statik itme deneyleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar rijitlik, süneklik ve enerji tüketimi açısından karşılaştırılmıştır. Çalışmanın analitik kısmında ise, deneysel çalışması yapılan betonarme çerçeve numunelerin SAP2000 programında analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonunda elde edilen deneysel ve analitik sonuçlar değerlendirilerek sonuç ve önerilerde bulunulmuştur.

In terms of civil engineering developments, earthquake mitigation methods are a rapidly developing new building rehabilitation concept. According to this concept, some of the earthquake energy acting on the buildings is consumed by additional damping control mechanisms, thus reducing the amount of energy that must be consumed with damage in the building. Rotational friction dampers are one of the passive control mechanisms that attract attention with their large energy dissipation capacity, displacement-independent and frequency-independent operation characteristics. In this thesis, an experimental and analytical study was carried out on the rehabilitation of low-rise reinforced concrete frame buildings with poor seismic performance, which is especially common in the building stock in Turkey, with rotational friction dampers. Experimental and analytical studies were carried out on 1/3 scaled, two-storey and single-span reinforced concrete frames, which have design and construction defects that are frequently seen in buildings in Turkey. The thesis study includes two main research topics. In first part of the study, the friction pads made of Teflon (PTFE), carbonfiber, lead and brass plates, which are intended to be used in two different types of rotational friction dampers, were investigated according to the damper acceptance criteria determined in Fema-356 by conducting cyclic loading experiments at different bolt clamping torques. With carbonfiber, lead and brass friction pads, which are suitable for use in terms of features such as friction behavior, wear, stability and resistance, 3 single-unit Type 1 and Type 2 rotational friction dampers were produced at 100 Nm bolt clamping torque. The characteristics of the produced Type 1 and Type 2 dampers such as slip load and energy consumption were determined by cyclic loading tests. In the second part of the study, static pushover experiments were performed on 7 reinforced concrete frame samples, 3 of which were rehabilitated with Type 1 dampers and 3 of which were rehabilitated with Type 2 dampers, 1 of which was a reference sample of reinforced concrete frame without any dampers. The obtained results were compared in terms of rigidity, ductility and energy consumption. In the analytical part of the study, the analysis of the experimental reinforced concrete frame samples was carried out in the SAP2000 software. At the end of the study, the experimental and analytical results obtained were evaluated and conclusions and suggestions were made.