Seismic Performance Evaluation of the Base Isolation Systems

Abstract

As Seismic isolation is one of the remedies for providing earthquake-resistant features for structural components, non-structural components, and contents of the building systems, its performance may become counter-productive under the effect of near-field ground motions, in which case an increased structural response might result due to resonance. For this reason, one of the greatest challenges of researchers is to understand the behavior of base isolation systems and base-isolated buildings under the conditions of different ground motions. The specific objective of this study is to evaluate the seismic response of multi-story base-isolated buildings with lead core rubber bearings (LCRBs) and buildings that are not isolated when subjected to different types of ground motions with different components. To this end, the vulnurablity of the base-isoated buildings and the isolation system against near-field pulse period ground motions as a result of resonance are being evaluated and shows that base-isolated builindgs and base isolation system are period dependent. Then, in this direction, the response of a high-rise and a low-rise building, which are isolated with Lead Core Rubber Bearing (LCRB) subjected to near-field pulse period ground motions are investigated. Since the fundamental natural period of a structure is not affected by fluid viscous dampers (FVD), FVD was implemented together with LCRB forming a kind of Fluid Viscous Damper-Base Isolation System (FVD-BIS).Therefore, several ground motions have been generated synthetically with a specific pulse period, and have been used in the analyses, which is set close to the fundamental period of the base-isolated high-rise building to facilitate resonance. However, some investigations have suggested that FVD can improve the performance of the base-isolated buildings, but the impact of FVD-BIS on the base- isolated high-rise and low-rise buildings at the time of resonance is not clear yet. The results of this study have been illustrated that the intensity of the resonance phenomenon can be sharply mitigated in the base-isolated high-rise building using FVD-BIS. Keywords: Lead core rubber bearing, Fluid viscous damper-base isolation system, Resonance phenomenon, Pulse-like ground motions, Probabilistic evaluation.

ÖZ:Sismik yalıtım, yapısal bileşenler, yapısal olmayan bileşenler ve bina sistemlerinin içindeki ekipmanlar için depreme dayanıklı özellikler sağlamak üzere etkili çözümlerden biri olmasına rağmen, yakın-alan yer hareketlerinin etkisi altında rezonans nedeniyle beklenenin tersine artmış bir yapısal tepki ve dolayısı ile performansta ters verim kazandırabilmektedir. Bu nedenle, araştırmacıların en büyük zorluklarından biri, taban yalıtım sistemlerinin ve taban yalıtımlı binaların farklı yer hareketleri koşulları altında davranışını anlamaktır. Bu çalışmanın temel amacı, temelden yalıtılmış çok katlı binaların, Kurşun Çekirdekli Kauçuk Mesnetli (KÇKM) ve farklı bileşenli farklı yer hareketlerine maruz kaldıklarındaki tepkileri, yalıtılmamış binaların sismik tepkileri ile karşılaştırmak ve değerlendirmektir. Bu amaçla, temel izolasyonlu binaların ve izolasyon sistemlerinin rezonans sonucu yakın alan darbe periyodu yer hareketlerine karşı zayıflığı değerlendirilmiş ve elde edilen sonuçlar, temeli izole binaların ve temel izolasyon sistemlerinin davranışı süreye bağlı olduğu gösterilmiştir. Daha sonra, bu doğrultuda yakın-alan darbe periyotlu yer hareketlerine maruz kalan KÇKM ile izole edilmiş çok katlı ve az katlı iki binanın tepkisi araştırılmıştır. Bir yapının doğal titreşim periyodunun Akışkan Viskoz Sönümleyicilerinden (AVS) etkilenmemesi nedeniyle, Akışkan Viskoz Sönümleyici ve Kurşun Çekirdekli Kauçuk Mesnet birlikte kullanılarak bir tür Akışkan Viskoz Sönümleyici-Temel Yalıtım Sistemi (AVS-TYS) oluşturularak uygulanmıştır. Bu nedenle, rezonansı kolaylaştırmak için, ele alınan temel yalıtımlı çok katlı binanın hakim titreşim periyoduna yakın olarak belirlenen belirli bir darbe periyodu ile sentetik olarak birkaç yer hareketi üretilmiş ve analizlerde kullanılmıştır. Bununla birlikte, bazı araştırmalar AVS'nin taban yalıtımlı binaların performansını iyileştirebileceğini öne sürmüştür. Ancak, AVS-TYS'nin rezonans sırasındaki taban yalıtımlı çok katlı ve az katlı binalara olan etkisi henüz belli değildir. Bu çalışmanın sonuçları, rezonans davranışı şiddetinin, AVS-TYS kullanılarak temel-yalıtımlı çok katlı binalarda belirgin bir şekilde hafifletilebileceğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Kurşun Çekirdekli Kauçuk Mesnet, Akışkan Viskoz Sönümleyici-Temel Yalıtım Sistemi, Rezonans, Darbe-şeklinde yer hareketleri, Olasılıksal değerlendirme.