Çelik Levhalı Perde Duvarlarda Tasarım Parametrelerinin Davranışa Etkisi

Abstract

Çelik levhalı perde duvarlar (ÇLPD) yüksek enerji tüketme kapasitesi, yüksek süneklik ve rijitliğe sahip olan yapısal elemanlardır. Daha önceki çalışmalarda yatay yükleme altındaki çelik levhalı perde duvarlar üzerinde çeşitli tasarım konuları analitik ve deneysel yöntemler kullanılarak araştırılmıştır. Araştırmacılar genellikle plaka en boy oranı, kolon esneklik parametresi, sınır çerçeve kolonları üzerindeki eksenel yük oranı, gövde plakası kalınlığı, sınır elemanlarının rijitliği gibi tasarım parametrelerinin etkisini yönetmeliklerde bulunan ötelenme sınırları içerisinde incelemiştir. Fakat, bütün bu parametrelerin etkisini bir arada inceleyen çalışmaların mevcut olmadığı görülmüştür. Bu çalışmada bütün bu parametrelerin nihai ötelenme oranları, göçme mekanizmaları ve gövde plakası – çerçeve kesme kuvveti dağılımı üzerine etkileri nümerik olarak incelenmiştir. Bu amaçla sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak üç katlı, tek açıklıklı ve moment taşıyabilen kolon – kiriş birleşimlerine sahip çelik levhalı perde duvar modelleri oluşturulmuştur. Modeller monotonik ve çevrimsel yüklemelere maruz bırakılmıştır. Ön tasarım aşamasında daha iyi çevrimsel davranış elde edilebilmesi için tasarım parametrelerinin en uygun kombinasyonunu belirlemek için ÇLPD davranışına kapsamlı bir bakış sağlanmıştır. Sonuç olarak çelik levhalı perde duvarların düşey sınır elemanlarının minimum atalet momentini belirlemek için kullanılan kolon esneklik parametresinin üst limitinin 2.1 seviyesinde tutulmasının birçok istenmeyen göçme mekanizmasının oluşumunu engellediği görülmüştür. Ayrıca iyileştirmiş davranış elde etmek için çelik gövde plakası kesme kuvvetinin toplam dayanıma katkısının %75 ile sınırlandırılması gerektiği sonucuna ulaşılmıştır. Parametrelere bağlı olarak ötelenme oranı ve ÇLPD'yi oluşturan gövde plakası ve çerçeve bileşenlerinin kuvvet dağılımını tahmin eden güvenilir bağıntılar elde edilmiştir.

Steel plate shear walls (SPSW) are structural elements with high energy dissipation capacity, high ductility and high rigidity. In previous studies, various design issues on steel plate shear walls under lateral loading have been investigated using analytical and experimental methods. Researchers generally investigated the effect of design parameters within the drift limits found in the regulations. However, it has been observed that no studies examining the effect of all these parameters altogether. In this study, the effects of all these parameters on ultimate drift ratio, failure mechanism and infill plate-frame shear force distribution were numerically investigated. For this purpose, three-story, single-span SPSW models with moment-resisting beam to column connections were created using the finite element method. Models were subjected to monotonic and cyclic loading. A comprehensive overview of the SPSW behavior is provided to determine the optimal combination of design parameters so that better cyclic behavior can be obtained during the preliminary design phase. As a result, it has been observed that when the column flexibility parameter of the vertical boundary elements is limited to 2.1, many undesirable failure mechanism formations are eliminated. It was also concluded that the contribution of the steel infill plate shear force to the total strength should be limited to 75% to obtain improved behavior. Depending on the design parameters, reliable equations were suggested that predict the ultimate drift ratio and the force distribution of the infill plate and frame.