Application of the Period Dependence of Stability Coefficient in Enhancement of Seismic Design and Evaluation of Seismic Response under Biaxial Excitation

Abstract

Present study tries to simplify seismic resistance design process based on the stability coefficient (SC) and /or displacement (rotation) limits defined by practicing codes. To this end, a constant ductility response spectrum, derived for the first story with total mass acting on it, and known height, in which the P-delta effect and period dependent feature of the SC is exclusively inherent, is used. The mentioned spectrum plots spectral acceleration, or yield displacement (rotation), versus SC, and hence, is referred to as the “stability-coefficient-response-spectra”. The notion of the “first storey-single-degree-of-freedom” (FSSDOF) system is presented next. The FSSDOF is intended to set the minimum necessary lateral stiffness complying with a pre specified ductility level at early stages of design. Moreover, the pendulum model is used to evaluate effects of the geometric-nonlinearity and vertical-component-of ground-motion (VCGM) on the global-inelastic-response of non-deteriorating bilinear single-degree-of-freedom (SDOF) systems. Results indicate that both VCGM and geometric nonlinearity affect the inelastic response, which are significant for certain combinations of the initial period of vibration, strength reduction factor and ductility demand. In addition, effect of the VCGM is not limited to near fault regions. Furthermore, it is shown that the VCGM could cause dynamic instability of SDOF systems; hence, given the importance of SDOF systems in evaluation of existing structures, considering the VCGM for collapse assessment is suggested.

ÖZ: Bu çalışmada depreme dayanıklı yapı tasarımında mevcut depreme dayanıklı yapı tasarımı yönetmeliklerinde belirtilen ikinci mertebe gösterge değeri (İMGD) ve yer değiştirme sınırlarını dikkate alarak basit bir yöntemin ortaya konulmasına çalışılmıştır. Bu doğrultuda belli bir süneklilik değerine bağlı spektrumlar, birinci kata gelen toplam kütle ve belli bir yükseklik için ikinci mertebe gösterge değerinin periyoda bağlı özelliği de göz önüne alınarak oluşturulmuş ve kullanılmıştır. Yukarıda belirtilen spektrum her İMGD değerine karşı gelen spektral ivme veya akma deplasmanı (şekil değiştirme) çizelgesi olarak sunulmuş ve bu nedenle “İkinci Mertebe gösterge değeri-etki spektrumu” olarak belirtilmiştir. Bu çalışma kapsamında “Birinci kat tek serbestlik dereceli” (BKTSD) sistemler ele alınmıştır. BKTSD sistem önceden belirlenen süneklik oranının korunması için gerekli en düşük yatay rijitliğin belirlenmesine olanak sağlayarak tasarımın erken evrelerinde kullanılabilmektedir. Buna ilaveten bozulmayan bilinear elastik olmayan tek serbestlik dereceli ters sarkaç modelleri geometrik nonlineerlik etkisinin ve deprem düşey bileşeni (DDB) etkisinin belirlenmesine olanak sağlamaktadır. Sonuçlar DDB ve geometrik nonlineerlik etkilerinin özellikle bazı başlangıç doğal titreşim periyoduna, süneklik düzeyine ve davranış katsayısının bileşenlerinde önemli etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca DDB etkisinin sadece yakın faylar tarfından üretilen depremlerde etkili olmadığı gözlemlenmiştir. Tüm bunlara ilaveten DDB etkisinin dinamik kararsızlığa neden olabileceği ve bu nedenle tek serbestlik dereceli olarak modellenen sistemlerin göçme durumlarının belirlenmesinde dikkate alınması gerektiği önerilmektedir.