MEVCUT BİNALARDA DEPREM PERFORMANSLARININ AYRINTILI İNCELEME YÖNTEMLERİ İLE DEĞERLENDİRİLMESİ

Transkript

1 . Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı - Ekim 7 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ESKİŞEHİR MEVCUT BİNALARDA DEPREM PERFORMANSLARININ AYRINTILI İNCELEME YÖNTEMLERİ İLE DEĞERLENDİRİLMESİ Ç. ÇIRAK, A. KALKAN, M. PALANCI ve Ş.M. ŞENEL Araştırma Görevlisi, İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli Araştırma Görevlisi, İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli Yardımcı Doçent Dr., İnşaat Müh. Bölümü, İstanbul Arel Üniversitesi, İstanbul Doçent Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Pamukkale Üniversitesi, Denizli ÖZET: ccirak@pau.edu.tr Son yıllarda ülkemiz bina stokunun büyük kısmını oluşturan mevcut yapıların deprem performanslarının belirlenmesi ile ilgili çalışmalar önem kazanmıştır. Bu çalışmada ayrıntılı olarak hesaplanan ve doğrusal olmayan analiz ile elde edilen sonuçlar, TDY-7, Park&Ang Hasar indisi ve bu çalışma için kullanılan plastikleşme indisi yaklaşımları kullanılarak karşılaştırılmıştır. Bu amaçla mevcut betonarme binaları temsil eden, 975 ve 998 deprem yönetmeliklerine göre tasarlanmış düşük ve orta yükseklikteki 95adet bina boyutlu olarak modellenmiş ve statik itme analizi ile binaların doğrusal olmayan analizleri yapılmıştır. Binalara ait performans düzeyleri TDY-7 de yer alan kriterlere göre belirlenmiştir. Statik itme analizleri sonucunda plastik mafsallardaki dönme değerleri belirlenerek binalara ait Park & Ang hasar indisleri elde edilmiştir. Bu hasar indisleri kapasite eğrileri üzerinden hesaplanan ve plastik yer değiştirme talebinin, plastik yer değiştirme kapasitesine oranı olarak tanımlanan plastikleşme indisi ile kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlar TDY-7 de önerilen hesap yönteminin, Park & Ang tarafından önerilen yönteme oranla daha kritik sonuçlar verdiğini göstermektedir. TDY-7 ile yapılan hesaplama sonucunda 998 yılından önce inşa edilen 58 adet binadan 7 tanesinin göçme durumunda olacağı belirlenirken, Park & Ang yöntemine göre bu sayı 5 olarak belirlenmiştir. 998 yılından sonra inşa edilen 7 adet binada da benzer durum söz konusudur. Park & Ang yöntemi yeni binalarda göçme oluşmayacağı sonucunu verirken, TDY-7 ye göre yapılan değerlendirme sonucunda adet binanın göçme durumunda olacağı belirlenmiştir. Çalışma sonucunda söz konusu yöntemlerin bazı binalarda benzer hasar tahminleri vermesine rağmen, genel itibari ile oldukça farklı performans tahminlerinde bulunabildikleri belirlenmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Mevcut Betonarme Binalar, Deprem Performansı, Doğrusal Olmayan Analiz EVALUATION OF EXISTING BUILDINGS SEISMIC PERFORMANCE WITH DETAILED ASSESSMENT METHODS ABSTRACT: In recent years, studies about performance evaluation of existing buildings come into prominence.in this study non-linear analysis results of buildings are used and seismic performance of buildings estimated by using Turkish Earthquake code-7, Park&Ang damage index and plasticity index, which is proposed for this study, were compared. D models of low and mid-rise existing buildings are designed and constructed according to seismic codes of 975 and 998. Then non-linear response of buildings was calculated by using nonlinear pushover analysis. Building performance levels were

2 . Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı - Ekim 7 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ESKİŞEHİR determined according to specifications given in section 7 of DBYYHY-7 code. Park & Ang damage indices of buildings were determined by using inelastic rotations at the hinges. Park & Ang indices were compared with the plasticity indices which are defined by the ratio of plastic drift demand to plastic drift capacity of buildings. Results have shown that Turkish Earthquake Code of 7 gives more critical results than Park & Ang Method. Calculation performed for older buildings according to Turkish Earthquake Code shows that 7 of 58 buildings were collapsed. However Park & Ang method estimated the number of collapsed buildings as 5. Similar situation is valid for new buildings. Park & Ang method estimated that there are no buildings in the collapse region. According to Turkish Earthquake code of new buildings can be collapsed. All of these observations indicate that in spite of similar damage predictions, assessed methods can produce quite different performance estimations. KEYWORDS: Existing Reinforced Concrete Buildings, Earthquake Performance, Nonlinear Analysis. GİRİŞ Ülkemizde yaşanan depremlerde oluşan can ve mal kayıpları sonrasında deprem yönetmeliklerinde değişikler görülmüştür. Mevcut yapı stokunun büyük kısmını oluşturan riskli betonarme binaların iyileştirilmesi ile can kayıplarının azaltılması gerekliliği üzerine DBYYHY-7 de mevcut binaların değerlendirilmesi ile ilgili bir bölüm eklenmiştir. Çalışmada ülkemiz yapı stokunu temsil edecek 998 tarihli deprem yönetmeliğinden önce ve sonra inşa edilmiş, farklı kat sayılarına sahip Denizli ilinde hali hazırda kullanılan 95 adet binaya ait doğrusal olmayan davranışın elde edilmesi için literatürde yaygın kullanılan ve 7 Deprem Yönetmeliğimizde de yer alan statik itme analizi yapılmış ve her bir binanın kapasite eğrisi elde edilmiştir. Yönetmelikte yer alan talep hesabı kullanılarak binalara ait talep elde edilmiş ve bina performans seviyeleri belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda elemanlara ait dönme ve deplasman değerleri kullanılarak binanın Park & Arg Hasar İndeksi belirlenmiş ve yöntemde verilen sınır değerlerine göre binaların hasar durumları bulunmuştur. Yine yapılan analizler sonucunda elde edilen kapasite eğrileri iki doğrulu hale getirilerek akma ve nihai yerdeğiştirme kapasiteleri belirlenmiş, belirlenen plastik talebinin, plastik yer değiştirme kapasitesine oranı ile temsil edilen Plastikleşme indisi () değerleri hesaplanmıştır. Bulunan değerler karşılaştırılmış ve yöntemlerin birbirleri ile uyumu incelenmiştir.. ANALİZ MODELLERİNİN OLUŞTURULMASI Çalışma kapsamında 975 ve 998 deprem yönetmeliklerine göre tasarlanmış düşük ve orta yükseklikteki 95 bina boyutlu olarak modellenmiştir. Çalışmada modellenen binaların yıllara ve katlara göre sayısal dağılımı aşağıda verilmiştir. Tablo. Binaların yıllara ve katlara göre dağılımı Katlı Katlı 5 Katlı 6 ve 6(+) Katlı 998 Öncesi Sonrası 8 9 Binaların doğrusal olmayan modelleri SAP de (SAP, CSI) oluşturulmuştur. Kolon ve kirişlerin çatlamış eğilme rijitleri belirlenirken TDY-7 de yer alan yaklaşım kullanılmıştır. Kolon ve kirişlere ait

3 . Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı - Ekim 7 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ESKİŞEHİR eğilme mafsallarının hesabı için moment eğrilik analizlerinden yararlanılmıştır. Moment eğrilik hesabında sargılı beton davranışı Geliştirilmiş Kent ve Park Modeli (Park vd., 98) ile temsil edilmiştir. Hasar sınırlarının ve hasar bölgelerinin tarifi için 7 Deprem Yönetmeliğinde verilen şekildeğiştirme tabanlı tanımlamalardan yararlanılmıştır (DBYYHY-7, 7). Hasar sınırlarındaki betona ve donatıya ait şekildeğiştirme değerleri hesaplanırken kesitte bulunan enine donatının hacimsel oranı (ρ s) ve kesitte bulunması gereken enine donatının hacimsel oranı (ρ sm) değerleri hesaplanmıştır. Kolon ve kirişlere ait hasar sınır kapasiteleri ( MN, GV, GÇ) belirlenmiştir. Moment alan teoremleri ile plastik mafsallardaki dönme sınır değerleri belirlenmiş, ilgili elemanlara tanımlanmıştır. Plastik dönmelerin hesabı sırasında mafsal uzunluğu olarak kesit yüksekliğinin yarısı alınmıştır.. MEVCUT ÇOK KATLI BETONARME BİNALARIN AYRINTILI İNCELEME YÖNTEMLERİ DEĞERLENDİRİLMESİ Kapasite eğrilerinin belirlenmesi için her binanın iki yönü için (X ve Y) ayrı ayrı statik itme analizleri yapılmıştır. Bulunan kapasite eğrileri düşeyde bina ağırlığına ve yatayda ise bina yüksekliğine bölünerek birimsiz hale getirilmiştir. Hesaplanan kapasite eğrileri işlem kolaylığı sağlayabilmek için iki doğrulu hale getirilmiştir. İki doğrulu hale getirilen kapasite eğrileri kullanılarak binalara ait dayanım kapasitesi (Vt y), akma yerdeğiştirmesi (Δ y) ve maksimum yerdeğiştirme değeri (Δ u=δ GÖ) bulunmuştur. Örnek binaya ait kapasite eğrisi aşağıda verilmiştir. Şekil. Örnek modele ait kapasite eğrisi Her iki yöndeki kapasite eğrilerinin bulunmasından sonra 7 Deprem Yönetmeliği nin 7.Bölümünde yer alan Hemen Kullanım (), Can Güvenliği (CG) ve Göçme Öncesi (GÖ) Performans Düzeylerine karşılık gelen yer değiştirme sınırları hesaplanmıştır. Bina yerdeğiştirme talepleri 7 Deprem Yönetmeliğinde verilen yaklaşımlar ile hesaplanmıştır (DBYYHY-7, 7). Şekil de örnek modele ait talep eğrisi aşağıda verilmiştir.

4 . Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı - Ekim 7 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ESKİŞEHİR Şekil. Örnek modele ait talep eğrisi Statik itme analizi ile TDY-7 ye göre bulunan bina performanslarının daha detaylı incelemek ve diğer yöntemlerle karşılaştırabilmek için çalışma kapsamında hasar indislerinden yararlanılmıştır. Park & Ang Hasar İndisi maksimum deformasyon ve sönümlenen enerjinin kombinasyonu ile tarif edilmektedir. Statik itme analizinde elemanlara tanımlanan plastik mafsalların deformasyon kapasitelerinden ve elemanlarda görülen dönmelerden yararlanılarak bina performansları Park & Ang hasar indisi ile belirlenmiştir. Elemanlara ait sönümlenen enerji akma dönmesini geçen elemanlarda moment-dönme ilişkisinden yararlanılarak hesaplanmıştır. Diğer elemanlarda ise sıfır olarak işleme dahil edilmiştir. Bu çalışmada 998 öncesi binalar için β =.5, 998 sonrası binalar için β =. olarak alınmıştır. m r DI M u r u y E h () Park & Ang hasar indisi için sınır değerler aşağıda verilmiştir. Tablo. Park & Ang hasar indisi sınırları Hasar Düzeyi Park & Ang Hasar İndisi Sınırları Hafif.. Orta..5 Ağır.5. Göçme > Çalışmada statik itme analizi ile bulunan bina performans seviyelerinin sözlü olarak tarif etmek ve bu performanslara karşılık gelen sayısal bir hasar indisini elde etmek gerekmektedir. Plastikleşme indisi (), kapasite eğrilerinin iki doğrulu hale getirilmesi ile elde edilen plastik yerdeğiştirme talebinin, plastik yer değiştirme kapasitesine oranı olarak hesaplanmıştır. d y u y () Çalışmada elde edilen Park & Ang hasar indislerinin Plastikleşme indisleri () ile ilişkisi yapım yıllarına bağlı olarak aşağıda verilmiştir.

5 . Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı - Ekim 7 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ESKİŞEHİR Şekil. Park & Ang Hasar İndisi- Katsayısı İlişkisi hasar indisi plastik yerdeğiştirme talebinin, plastik yer değiştirme kapasitesine oranı olarak ifade edildiği için durumunda göçme oluşacağı bilinmektedir. Elde edilen sonuçlara göre 98 sonrası binalarda katsayılarının daha küçük olduğunu göstermektedir. Yeni binalarda yanal donatı oranlarındaki artışlar ile sünekliğin artması, bina performansını yükseltmektedir TDY-7 TDY-7 Şekil. TDY7 ve plastisite indisi yaklaşımının karşılaştılması TDY-7 TDY-7 Şekil 5. TDY7 ve Park & Ang hasar indisinin karşılaştılması Yukarıda hasar indisleri ve yönetmelik sınırları karşılaştırılmıştır. TDY-7 ile yapılan hesaplama sonucunda 998 yılından önce inşa edilen 58 adet eski binadan 7 tanesinin göçme durumunda olacağı hesaplanırken, Park & Ang yöntemine göre yapılan değerlendirmede bu sayı 5 olarak hesaplanmaktadır. 998 yılından sonra inşa edilen 7 adet yeni binada da benzer bir durum söz konusudur. Park & Ang yöntemi yeni binalarda göçme oluşmayacağı sonucunu verirken, TDY-7 ye göre yapılan değerlendirme sonucunda adet binanın göçme durumunda olacağı belirlenmiştir. Çalışmada elde edilen göçme performans seviyesine sahip bina sayısı yöntemlere göre aşağıda verilmiştir.

6 . Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı - Ekim 7 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ESKİŞEHİR TDY-7 TDY-7 5 Park&Ang DI Park&Ang DI 98- Binalar 98+ Binalar Şekil 6. Göçme performans seviyesindeki bina sayılarının yöntemlere göre dağılımları. ÖZET VE SONUÇLAR Bu çalışmada ayrıntılı olarak hesaplanan ve doğrusal olmayan analiz sonuçlarına dayanan bu adet hasar belirleme yönteminin verdiği sonuçlar kendi içinde karşılaştırılmış ve söz konusu yaklaşımların tutarlılığı tartışılmıştır. 975 ve 998 deprem yönetmeliklerine göre tasarlanmış mevcut betonarme binaların deprem performansları doğrusal olmayan analiz ile elde edilmiş, sonuçlar ayrıntılı inceleme yöntemleri ile değerlendirilmiştir. Çalışmada ayrıntılı inceleme yöntemi olarak TDY-7, Park&Ang Hasar indisi ve bu çalışma için kullanılan plastikleşme indisi yaklaşımı tercih edilmiştir. Elde edilen sonuçlar TDY-7 de önerilen hesap yönteminin, Park & Ang tarafından önerilen yönteme oranla daha kritik sonuçlar verdiğini göstermektedir. TDY-7 ile yapılan hesaplama sonucunda 998 yılından önce inşa edilen 58 adet binadan 7 tanesinin göçme durumunda olacağı belirlenirken, Park & Ang yöntemine göre bu sayı 5 olarak belirlenmiştir. 998 yılından sonra inşa edilen 7 adet binada da benzer durum söz konusudur. Park & Ang yöntemi yeni binalarda göçme oluşmayacağı sonucunu verirken, TDY-7 ye göre yapılan değerlendirme sonucunda adet binanın göçme durumunda olacağı belirlenmiştir. Çalışma sonucunda söz konusu yöntemlerin bazı binalarda benzer hasar tahminleri vermesine rağmen, genel itibari ile oldukça farklı performans tahminlerinde bulunabildikleri belirlenmiştir. KAYNAKLAR DBYYHY-7 (7). Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara. ABYYHY-975 (975). Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara. ABYYHY-998 (998). Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara. Park, Y. J., Ang, A. H.(985). Mechanistic Seismic Damage Model for Reinforced Concrete. Journal of Structural Engineering :, Park, Y. J., Ang, A. H., Wen, Y. K. (985). Seismic Damage Analysis of Reinforced Concrete Buildings. Journal of Structural Engineering :,

7 . Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı - Ekim 7 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ESKİŞEHİR Park, R., Priestley, M. J. N., Gill, W. D. (98). Ductility of Square-Confined Concrete Coloums, Journal of Structural Divisin-ASCE 8:ST,