Geleneksel ve taban izolatörlü betonarme binaların sismik davranışlarının karşılaştırılması

Abstract

Bu çalışma, düzenli ve düzensiz tipik betonarme binalar için ankastre mesnetli ve kurşun çekirdekli kauçuk izolatör-LRB, eğri yüzeyli sürtünmeli sarkaç izolatör-FPS ve düz kayıcı-FS izolatörlü modellerin sismik davranışını araştırmayı amaçlamaktadır. Analiz modellerinde yapısal elemanların ve izolatörlerin doğrusal olmayan davranışları dikkate alınmıştır. Spektrum uyumlu 11 ivme kayıt takımı dikkate alınarak, toplam 1320 adet doğrusal olmayan zaman tanım alanında dinamik analiz yapılmıştır. Yer değiştirme ve ivme talepleri, katlar arası ötelenme oranları, taban kesme kuvvetleri, burulma katsayıları ve histeretik çevrim parametreleri araştırılmıştır. Sonuçlar, ankastre mesnetli modellerin beklenildiği gibi en yüksek sismik taleplere maruz kaldığını göstermiştir. Düzenli yapıya sahip modellerde, en iyi sismik performans LRB tip izolatörlü modellerde gözlemlenmiştir. Üst yapıda %20’ye varan eksantirisite oranlarında, izolatör türünden bağımsız olarak sismik taleplerin %90’ından fazlası izolatör arayüzünde sönümlendiğinden, üst yapıya kalan taleplerin ihmal edilebilecek düzeyde olduğu görülmüştür. Düzensiz yapıya sahip modellerde en kritik durum, izolatör rijitlik merkezi ile bina kütle merkezi arasındaki mesafeden kaynaklanan eksantirisite durumunda ortaya çıkmıştır. FPS tip izolatörler, düzensiz yapıya sahip modellerde, kendini yeniden merkezleme mekanizması nedeniyle, daha iyi bir performans göstermiştir. FS tip izolatörlerin LRB tip izolatörlerle birlikte kullanımının ise, ekonomik nedenlerle tercih edilebileceği düşünülmektedir. Tüm modeller için her bir analiz durumunda önemli bir saçılım mevcut olduğundan, sınırlı sayıda yer hareketi kaydının kullanılması, hatalı sismik talep tahminine yol açabilir. Ayrıca, taban izolatörlerinin kullanılmasının üst yapı maliyetlerini %20'ye kadar azaltabileceği sonucuna varılmıştır.

This study investigates seismic behavior of fixed-base and lead rubber bearing isolator-LRB, curved surface friction pendulum isolator-FPS and flat slider-FS isolator models for regular and irregular typical reinforced concrete buildings. Nonlinear behavior of structural members and isolators was considered. Total of 1320 nonlinear time history analyses were carried out using 11 spectrum compatible ground motion record pairs. Displacement and acceleration demand, interstory drift ratios, base shear demand and torsion coefficient were investigated. The fixed-base models were subjected to the highest seismic demands as expected. LRB type isolators seem to be a better choice for regular buildings that have not re-centering problem. At eccentricity rates of up to 20% on the superstructure, it was observed that the demands on the superstructure are at negligable level, as more than 90% of the seismic demands are damped at the isolator interface, regardless of the isolator type. The most critical situation in the models with irregular structure was observed in the case of eccentricity caused by the distance between the isolator rigidity center and the building mass center. FPS type isolators showed better performance in models with irregular structure, due to the self-recentering mechanism. FS type isolators can be used together with LRB type isolators in order to achieve a cheaper solution. Since significant scatter exists in each analysis case for all models, using limited number of ground motion records may lead to inaccurate seismic demand estimate. Additionally, it is concluded that using base isolators can reduce the superstructure costs up to 20%.