BASIC ISSUES IN EARTHQUAKE ENGINEERING. Earthquake Resistant Design. Haluk Sucuoğlu

Transkript

1 BASIC ISSUES IN EARTHQUAKE ENGINEERING Earthquake Resistant Design Haluk Sucuoğlu

2 Basic steps in Earthquake Resistant Design Calculation of earthquake forces (V t ) Reduction of earthquake forces (R) Applying EQ forces to the structure Computation of internal (design) forces Design of structural members

3 Earthquake Design Forces V t WA( T ) = 0.0 R ( T) a A(T)=A o I S(T ) A I W o V t : Total base shear force W : Building weight A o : Effective ground acceleration (g) Seismic hazard I : Structure importance factor S : Spectrum coefficient R a : Force reduction factor inelastic seismic response

4 Ao: Seismic Hazard EQ Ground Motions El Centro (90) N-S component 3 YER İVMESİ - ZAMAN BAĞINTISI 2 yer ivmesi (m/s2) A zaman (s) Horizontal ground accelerations recorded during 999 Kocaeli earthquake on different soil sites A 0 : Effective acceleration

5 A o : Seismic Hazard Probabilistic seismic hazard analysis: Calculation of a typical ground motion parameter (effective peak acceleration) that varies with earthquake magnitude and distance from the fault by considering; all seismic sources (active faults) that may affect the region, and earthquake recurrence properties (magnitude and frequency of past EQ s in the region).

6 Seismic hazard in Turkey is defined by Turkish Seismic Intensity Map Ministry of Reconstruction, (996)

7 EFFECTIVE PEAK GROUND ACCELERATION (A o ) Seismic Zone A o (g) Design Earthquake: An earthquake intensity with a return period of 75 years, or a ground motion with an A 0 value which has %0 probability of exceedence in 50 years.

8 Earthqauke Spectrum.. t u Sa t Düzce NS 7/08/999 Sa 3 Sa 2 Sa u.. g t Duzce NS 7/08/999 = = 5% Base shear force Sa (g) Sa Sa 3 Sa 2 Sa V W = ms a mg = S a g =A ( T ) ( T 2 ).5 ( T 3 ) 2 ( T ) 2.5 T (sec)

9 3 YER İVMESİ - ZAMAN BAĞINTISI 2 yer ivmesi (m/s2) El Centro (90) N-S = zaman (s) 9 SÖZDE İVME SPEKTRUMU 0.25 YERDEĞİŞTİRME SPEKTRUMU Spektral sözde ivme (m/s2) El Centro (90) N-S = 0.05 Spektral yerdeğiştirme (m) El Centro (90) N-S = Periyod (s) Periyod (s)

10 Normalize edilmiş deprem spektrumları Normalize edilmiş Deprem Yönetmeliği tasarım spektrumu

11 Earthquake Design Spectrum S(T) 2.5 Tablo 6.2'ye göre Yerel Zemin Sınıfı T A (saniye) T B (saniye).0 S(T) = 2.5 (T B / T ) 0.8 Z Z Z Z T A T B T Base shear force V t WA( T ) = 0.0 R ( T) a A I W o A(T)=A o I S (T )

12 Vibration properties of structures (T ) Eigenvalue Analysis N u N N M K 2, M q K T u N q N M T T M K K 2 K M T 2 Simple and regular structures can be represented as single degree of freedom systems

13 st seismic zone : Ao=0.g ; T=(TA-TB) region: S=2.5 V t = ma=(w/g)(aos) = (W/g) V t =(0.gX2.5)=.0 W V t =W is a very high lateral force!!! Economical elastic design cannot be achieved with conventional procedures. We can reduce seismic forces by considering (permitting) inelastic behavior. However inelastic behavior comes with damage (cracking, yielding, etc)

14 Earthquake resistant design criteria under minor earthquakes, no damage to structural and non-structural members, under moderate earthquakes, limited and repaireable damage in structural and non-structural members, under severe earthquakes, permanent damage is acceptable provided that that life safety is ensured, i.e. no collapse risk occurs. According to 2007 Seismic Code, severe earthquake is defined with a return period of75 years, or there is a %0 probability of exceeding its intensity (Ao) in 50 years.

15 Capacity curves and collapse properties of different types of structural systems V u 5 V V V V V V 2 V e _ 3 V e _ Vy V e _ u u u u y a) Weak column-strong beam system (weak story) b) Strong columnweak beam system c) Frame wall system

16 Reduction of Earthquake Forces: 30 Inelastic structural behavior 25 V e V e R= V y 20 μ= u m u y 5 0 V y V d 5 0 u y u e u m V V e y R = Rμ Rη = = V V y d V V e d

17 TABLO 2.5 TAŞIYICI SİSTEM DAVRANIŞ KATSAYISI (R) BİNA TAŞIYICI SİSTEMİ () YERİNDE DÖKME BETONARME BİNALAR (.) Deprem yüklerinin tamamının çerçevelerle taşındığı binalar.... (.2) Deprem yüklerinin tamamının bağ kirişli (boşluklu) perdelerle taşındığı binalar..... (.3) Deprem yüklerinin tamamının boşluksuz perdelerle taşındığı binalar.... (.) Deprem yüklerinin çerçeveler ile boşluksuz ve/veya bağ kirişli (boşluklu) perdeler tarafından birlikte taşındığı binalar.. (2) PREFABRİKE BETONARME BİNALAR (2.) Deprem yüklerinin tamamının bağlantıları tersinir momentleri aktarabilen çerçevelerle taşındığı binalar..... (2.2) Deprem yüklerinin tamamının, üstteki bağlantıları mafsallı olan kolonlar tarafından taşındığı tek katlı binalar... (2.3) Deprem yüklerinin tamamının prefabrike veya yerinde dökme boşluksuz ve/veya bağ kirişli (boşluklu) perdelerle taşındığı, çerçeve bağlantıları mafsallı olan prefabrike binalar.. (2.) Deprem yüklerinin, bağlantıları tersinir momentleri aktarabilen prefabrike çerçeveler ile yerinde dökme boşluksuz ve/veya bağ kirişli (boşluklu) perdeler tarafından birlikte taşındığı binalar (3) ÇELİK BİNALAR (3.) Deprem yüklerinin tamamının çerçevelerle taşındığı binalar.... (3.2) Deprem yüklerinin tamamının, üstteki bağlantıları mafsallı olan kolonlar tarafından taşındığı tek katlı binalar... (3.3) Deprem yüklerinin tamamının çaprazlı perdeler veya yerinde dökme betonarme perdeler tarafından taşındığı binalar (a) Çaprazların merkezi olması durumu... (b) Çaprazların dışmerkez olması durumu.... (c) Betonarme perdelerin kullanılması durumu... (3.) Deprem yüklerinin çerçeveler ile birlikte çaprazlı çelik perdeler veya yerinde dökme betonarme perdeler tarafından birlikte taşındığı binalar (a) Çaprazların merkezi olması durumu... (b) Çaprazların dışmerkez olması durumu... (c) Betonarme perdelerin kullanılması durumu... Süneklik Düzeyi Normal Sistemler Süneklik Düzeyi Yüksek Sistemler

18 Reduced earthquake spectra Elastic and reduced inelastic design spectra (R=8) in the Turkish Seismic Code

19 Action of earthquake forces to buildings w N F = ( V F ) i t N N j= wh i j i wh j F fi w i d fi H i F = N V N t

20 Capacity Design a) Flexural response is ensured in structural members (capacity shear): A frame member never fails in shear i j M pi. M ri M pj. M rj l n V dyi V dyj (M pi + M pj ) / l n Ve = Vdy ± ( Mpi + Mpj) / n

21 b) Strong column weak beam behavior Beams yield before columns around a joint ( M + M ). 2( M + M ) ra rü ri rj Deprem M ra M ra Deprem yönü yönü M rj M ri M rj M ri M rü M rü

22 c) Ductile section behavior (confinement of critical regions)

23 Response of safe (code conforming) buildings during earthquakes (a) T =0.9 s M =89% Acceleration (m/s2) Time (sec.) a) (b) Inelastic response of a 6 story building frame conforming to 2007 Code requirements under Erzincan 992 EW ground motion.

24 Response of unsafe buildings during earthquakes

25 Response of unsafe buildings during earthquakes Fotoğraf: Hakan TOPAL 6/2/20 Haluk Sucuoğlu 25