Numerical investigation of braces and replaceable links for steel frames

Merkezi Çaprazlı Çerçeveler (MÇÇ'ler) ve Dışmerkez Çaprazlı Çerçeveler (DÇÇ'ler) çelik yapılar için kullanılan yatay yük taşıyıcı sistemler arasındadır. Bu çalışma, bahsi geçen sistemlerin farklı yönlerini araştırmaya yöneliktir. DÇÇ'lere ayrılan bölüm, gelecekteki 22 araştırma ihtiyacının belirlendiği ve sunulduğu kapsamlı bir araştırma incelemesi ile başlamaktadır. Bunu, DÇÇ'lerin en önemli elemanı olan bağ kirişlerinin düşük çevrimsel yorulma davranışı üzerine deneysel bir çalışma izlemektedir. Deneysel çalışmanın sonuçları literatürde mevcut olan deneysel sonuçlarla birleştirilerek bir veritabanı oluşturulmuştur. Veritabanı doneleri kullanılarak deprem sırasında bağ kirişlerinin tükenen ve kalan ömrünü tahmin etmek için kümülatif bir hasar yasası kalibre edilmiştir. Deprem kaynaklı yükleme geçmişleri altında doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizinde hasar birikimini tahmin etmek için geliştirilmiş hasar yasasını ve bağ kirişinin göçme anını kullanan basit bir 8 aşamalı algoritma özetlenmiştir. Algoritma ayrıca deprem sonrası DÇÇ bağ kirişlerinin değiştirilmesinin karar verme sürecine önemli ölçüde katkıda bulunabilecek niteliktedir. Ayrıca tezin DÇÇ bölümünde son zamanlarda ODTÜ'de geliştirilen orta ek bağlantılı değiştirilebilir bir bağ kiriş detayı numerik olarak incelenmiştir. Ayrılabilir değiştirilebilir bağ kirişleri üzerinde yapılan önceki deneyler gözden geçirildikten sonra, yüksek bağ kiriş deformasyonları ve uç kısıtlama etkileri nedeniyle orta ek bağlantısının maruz kalacağı eksenel kuvveti tahmin etmek için kapsamlı bir parametrik çalışma gerçekleştirilmiş ve bir tasarım denklemi geliştirilmiştir. Deneysel olarak incelenen bağ kirişlerinden daha derin kesme bağ kirişleri için önerilen detayın uygulanmasını araştırmak için numeric simülasyonlar yapılmıştır. Analiz sonuçları ayrılabilir değiştirilebilir bağ kirişi konseptinin pratik uygulamalar için potansiyelini ortaya koymaktadır. Tezin MÇÇ kısmı için öncelikle Amerika ve Avrupa şartnameleri tarafından önerilen sismik tasarım kuralları iyice gözden geçirilmiş ve karşılaştırılmıştır. Daha sonra bir dizi MÇÇ modeli, Amerikan ve Avrupa şartnamelerine göre tasarlanmış ve sismik performanslarını araştırmak ve karşılaştırmak için geniş bir deprem setine tabi tutulmuştur. Sekizyüzden fazla doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizinin sonuçları, bu şartnameler arasında var olan farklılıkların gözlemlenen sismik performanslarda önemli farklılıklara yol açabileceğini ortaya çıkartmıştır. En dikkate değer fark, Avrupa şartnamelerine göre tasarlanan MÇÇ modellerinin en üst katlarında yumuşak kat davranışının ortaya çıkmasıdır. Bu olayın olası nedenleri araştırılmıştır ve öneriler sunulmuştur. Çalışmanın son bölümünde depremler sırasında çaprazların yükleme hızının MÇÇ'lerin sismik davranışına etkisi araştırılmıştır. Eksenel olarak yüklenmiş elemanlar, ani yüklemeler altında dinamik burkulmanın bir sonucu olarak statik burkulma kapasitesinin üzerinde basınç kuvvetlerine maruz kalabilirler. Konuyla ilgili teorik bir arka plan ve ardından geniş bir deprem dizisi altında çeşitli MÇÇ konfigürasyonlarını dikkate alan kapsamlı bir parametrik çalışma yapılmıştır. Toplam 1600 doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizinin sonuçları, özellikle MÇÇ'lerin kolonlarının, kirişlerinin ve guse levhalarının kapasite tasarımı için bu durumun ortaya çıkma sıklığını ve önemini göstermek için kullanılmıştır. Bu ekstra kuvvetlerin etkileri tartışılmış ve MÇÇ sistemlerinin kapasite tasarımı sırasında, dinamik burkulma etkisi dikkate alınarak, nihai çapraz kuvvetinin tahmin edilmesi için kullanılabilecek basit bir formül geliştirilmiştir.