4.Uluslararası Öğrenciler Fen Bilimleri Kongresi Bildiriler Kitabı

Çevrimiçi ( XIII, 495 Sayfa ; 26 cm.)

Modeling Of The Lateral Load Resistance Of Masonry Infilled Frames With Innovative Steel Ties

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2016Betonarme ve çelik çerçeve sistemlerde dolgu duvarların yatay yük etkisi dikkate alınmamasına ragmen bu çerçeve sistemlerinde dolgu duvarı yapısının varlığı, çerçeveye uygulanan büyük yatay uyarılarda temel kayma gerilmesinin artmasına sebep olmaktadır. Bu tezde yapılan araştırmada ise, betonarme çerçevelerdeki yığma dolgu duvarların davranışları incelenmiştir ve yığma dolgu duvarlardaki baskın hasar modu olan yatay aşırı yüklemelerin düzlem dışı yüklere mağruz kaldığında ortaya çıktığı gözlemlenmiştir. Bu sebeple, düzlem dışı yüklemelerin stabilize olması için yığma dolgu duvarların bağ kiriş elemanlarıyla güçlendirilmesi gerekmektedir. Sunulan bu tez çalışmasında, dolgu duvarlı ve dolgusuz betonarme çerçeveler üzerinde yapılan deneylerden elde edilen sonuçlarla çevrimsel yük – deformasyon biçimi arasındaki ilişkinin modellenmesi amaçlanmıştır. Dolgu duvarın düzlem dışı stabilitesini arttırmak amacı ile dolgu duvara çelik gergiler uygulanmıştır. Betonarme çerçeveyi farklı dolgu güçlendirme durumlarında simüle etmek için betonarme çerçevenin çevrimsel yüklemesi üzerine çalışılmış ve 2 ana simülasyon stratejisi uygulanmıştır. Bu simülasyon sistemlerinin birincisi, analitik sonuçlara dayanan analitik simülasyondur, ikincisi ise daha önce uygulanmış olan deneysel çalışmalara ve tahmine dayanan, deneysel simülasyondur. Bu çalışma için, 4 adet sistem ele alınmıştır. Bunlar, dolgu duvarlı çerçeve, çıplak betonarme çerçeve, dolgu duvarlı betonarme çerçeve ve iki farklı çeşit donatıyla güçlendirilmiş betonarme çerçevedir. Yapılan çalışmalar boyunca betonarme çerçevenin boyutları ve donatı yerleşimi sabit tutulmuştur. İlk olarak, aşırı yük uygulanan betonarme çerçevede, boş betonarme çerçevedeki doğrusal olmayan plastik mafsal davranışını taklit etmesi amacı ile doğrusal olmayan yay modelinden faydalanıldı. Dolgu duvarın etkisini simüle etmek için doğrusal olmayan çapraz bir mafsal eklenmiştir. Bu modelleme stratejisi numunenin analitik özeliklerine dayandığı için farklı deney sonuçları arasında ilişki kurulmasını zorlaştırmaktadır. xx İkinci yöntem, lineer olmayan yükleme altında davranış biçimini simüle etmek için deney sonuçlarına göre bir lineer olmayan plastik yay kalibre etmektir.yükleme ve deformasyon arasındaki lineer ve lineer olmayan ilişkiyi amlamak en iyi simülasyondur. Bu nedenle herhangi bir çerçevenin herhangi bir yükleme altındaki yük – deformasyon davranışını tahmin etmek için yük – deformasyon ilişkisini deney sonuçlarına göre modellemek çokj iyi bir yaklaşım olabilir. Deneysel veri boyutunu azaltmak için ölçüm cihazları yada LVDT kullanılabilir. Histeresis modeller gözden geçirildi ve ardından deneysel ve analitik simülasyon yöntemleri uygulandı. Deneysel ve analitik sonuçların farklılıkları üzerine çalışıldı. Gelişmiş teknoloji ürünü olan Genetic Algorithm (GA) ile simüle edilen sonuçlar ile deneysel sonuçlar arasındaki uyuşmazlıklar minimize edildi. GA deney sonuçlarını izah etmek için en iyi parametreleri bulacaktır. Bu method eğitim için hazırlanan modellerin herhangi bir deformasyon durumuna maruz kaldıkları zamandaki kapasitelerini ve performanslarını tahmin etmek için kullanılabilir. Bu tezin ek bölümünde simüle edilmiş histeresis sonuçları göstermek amaçlanmıştır ve bu bölüm simüle edilen modelin deneysel sonuçları özgün bir yolla nasıl ispatlayacağını göstermektedir. Yapılan bu çalışmada, 3 histerezis modeli belirlenmiştir. Bunlar; Kinematik, Takeda ve Pivot histerezis modelleridir. Kinematik ve Takeda histerezis modelleri döngüsel verilere bağlı olmasına rağmen, kullanılan veriler döngüsel verilerden ayıklanarak kullanılmıştır. Buna karşılık, Pivot histerezis modelinde simüle edilmiş ve deneysel çalışmalarla elde edilen veriler arasındaki sapmaları minimize edip optimum değeri elde etmeye çalışılırken 5 adet degridasyon parameter elde edilmiştir. Buna ek olarak, simülize sonuçları, deneysel sonuçlara yerleştirmeye çalışılırken Pivot histerezis modelin, Takeda ve Kinematik histerezis modeline kıyasla daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Tez çalışmasının sonucunda, çıplak ve dolgu çereçevelerin döngüsel yanal uyarıları Pivot histerezis modeli ile modellenmiştir. Yük-deformasyon eğrisinin modellemesi, analitik sonlu elemanlar modeli ile hesaplanmıştır. Buna ek olarak, histerezis modeline ait döngüsel veriler ikinci stratejik model kullanılarak belirlenmiştir. Yük-deformasyon eğrisinin temelini analitik olarak belirlerken, numunelerin malzeme ve geometrik özellikleri ele alınmıştır. Başka bir deyişle, bu sayede Pivot histerezis modelindeki parametreler, çerçevelerin geometrik ve malzeme özelliklerinin değişmesiyle değişmemektedir. Bunun sonucunda, çerçevelerin döngüsel uyarıdan aldıkları Pivot histerezis parametreleri, yaklaşık olarak aynı geometrik ve malzeme özelliklerine sahip çerçeveler için aynı olarak labul edilebilmektedir. Bu tez çalışmasında, platformları programlamak için MATLAB programı, sonlu eleman çözümü için ise SAP 2000 programından faydalanılmıştır. Uygulama xxi programlama arayüzü saysesinde MATLAB programından elde edilen analitik sonuçların SAP 2000 programında işlenmesine olanak sağlanmıştır. Bu yöntem sayesinde yeni bir program geliştirmek yerine, MATLAB programından alınan veriler, SAP 2000 programında işlenmiştir. Buna ek olarak, Genetik Algoritma araç çubuğu, elverişli Genetik Algoritma platform olacak şekilde geliştirilmiştir. Bu araştırma ile çerçevelerin ve malzemelerin modellenmesi ve performanslarının tahmin edilmesi hususunda deneysel sonuçlara dayanan yeni yöntemler uygulanmıştır. Bu yaklaşım deneysel sonuçlara dayanarak eğitim modellerinde yük deformasyon ilişkinin simüle etmek ve henüz tecrübe edilmemiş problemleri tahmin etmekte kullanılabilecek olsa da, bu çalışmada farklı koşullar altındaki betonarme çerçevenin yük – deformasyon performasını simüle etmek için kullanılmıştır. Çalışmalar sonucunda, karar tablolarında 2 simülasyon sonuçları arasında hesaplanan ihmal edilebilir zaman değerleri olmasına rağmen, Takeda model deney sonuçları için en uygun model olarak belirlenmiştir.This research aimed at modeling a cyclic load-deformation hysteresis relationship, captured from experimental results of a reinforced concrete (RC) frame with and without an infill masonry wall. In-plane behavior of masonry walls plays a major role in the overall cyclic loading response of an RC frame and the lateral load resistance, which are important design aspects. The out-of-plane behavior of a masonry wall is the most frequently encountered failure mode under seismic loads. In order to increase the out-of-plane stability of the infill wall, innovative steel ties were installed in the masonry wall and their contribution of the masonry infill was studied. To simulate the RC frame behavior for different tie configurations, respective behavior of RC frames under cyclic loading were studied, and two main simulation strategies were conducted. First, nonlinear spring models were utilized to model the nonlinear behavior of joints regions in the RC bare frames under incremental cyclic loading. To simulate the effect of infill walls with or without steel ties, a diagonal pin jointed nonlinear spring was added to the RC frame to account for the corresponding rigidity of the wall. This modeling strategy relies on analysis of the specimen section, mainly its geometry and material properties, and does not correlate the experimental results to the analysis outputs. Second strategy was to calibrate a nonlinear plastic spring based on experimental results to simulate its hysteresis behavior under lateral cyclic loading. Understanding the linear or nonlinear relationship between load and deformation in structural materials or structural frames is important for an accurate simulation. Therefore, modeling load-deformation relationship based on experimental results could be a viable approach to predict load-deformation behavior of a similar frame under a loading pattern. To reduce the experimental data size recorded with measuring devices or Linear Variable Differential Transformers (LVDTs), regular and irregular data resampling technics were implemented. Hysteresis models to simulate the cyclic response of an RC frame were reviewed, then simulation strategies were implemented to obtain a best fit to the experimental results. The difference between analytical and the experimental results was then studied. A Genetic Algorithm (GA) was used to fit the simulated results to experimental results through minimization of Comment [İTÜ4]: "SUMMARY" is aligned to the centered. xviii the disagreement between simulated and experimental results. Genetic Algorithm seeks he best parameters to describe the experimental results. This method could be used to train models to predict the capacity and performance of frames, under different loading patterns. The appendix includes the simulated hysteresis results and demonstrates how the simulated model can fit the experimental results in close agreement. Three hysteresis models have been used to represent the experimental results. 1-Kenematic hysteresis model, 2-Takeda hysteresis model 3-Pivot hysteresis model. Since Kinematic and Takeda models rely on their backbone to represent the cyclic data, the backbone was extracted from experimental cyclic results and was assigned to these models. However, Pivot model has five more degradation parameters that was obtained through optimization while minimize the deviation between simulated and experimental results. While fitting simulated results to experimental results, Pivot hysteresis model, in comparison with Kinematic and Takeda model, well presented the experimental results. At the end of the thesis we modeled cyclic lateral excitation of the bare frame and infill frame with Pivot hysteresis model. The backbone load-deformation curve of such hysteresis model was calculated from analytical finite element modeling. Then, the cyclic parameters of the hysteresis model were obtained and assigned to the model using the second strategy. By analytically obtaining the backbone load deformation curve, material and geometry characteristics of the specimen is considered. It can also be assumed that Pivot hysteresis model parameters are not significantly varied while geometry and material characteristics of the frame are changed. Therefore, Pivot hysteresis parameters that have been captured from cyclic excitation behavior of a frame can be assigned for almost any frame that has approximately the similar geometry and material characteristics to that frame. In this research application of MATLAB has been used as the programming platform and SAP2000 is utilized as the finite element structural solver. To facilitate obtaining the analytical results, an Application Programming Interface (API) has been implemented to utilized the functionality of SAP2000 from MATLAB. This allowed us to take advantage of the state-of-the-art functionalities of SAP2000 from MATLAB as oppose of developing such solver from the ground up. In addition, in this research GA toolbox has been utilized as a convenient GA platform. The novelty of this research is the implementation of new strategies to model and predict the performance of frames or materials under any cyclic pattern by use of experimental results.Yüksek LisansM.Sc