USE AND DESIGN OF ACTIVE BRACING SYSTEMS IN THE PROTECTION OF STRUCTURES UNDER SEISMIC EXCITATION

dc.contributor.authorİrem ORAN
dc.contributor.departmentİnşaat Mühendisliği
dc.date.accessioned2026-01-29T18:48:25Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractEarthquakes can cause significant deformation, loss of performance and various types of cracks in the view of structures. Higher buildings are especially vulnerable to these effects due to their greater flexibility and increased peak displacements. This situation poses serious risks to both life safety and the durability of structures. As a result, vibration control has become an increasingly critical research area in earthquake engineering. Earthquake engineers have developed control mechanisms in this field, categorized as passive and active systems. While passive control systems can be effective under certain conditions, their limited adaptability, inability to be reused after earthquakes and dependence on the specific characteristics of seismic events mean they are not always sufficient. Therefore, active control systems offering higher performance have been developed. Among active control systems, the Active Bracing System (ABS) stands out. ABS uses diagonally placed steel rods and cables, along with actuators, to generate counteracting control forces. These forces help dissipate a significant portion of the energy generated during an earthquake, reducing vibrations in the structure. In this study, two different control approaches—LQR (Linear Quadratic Regulator) and Lyapunov-based control—were used together to enhance the effectiveness of ABS. The LQR method determines the optimal force to reduce system responses with minimal control energy, while the Lyapunov approach ensures system stability and keeps the control forces within physical limits. Combining these two methods enables both effective and safe control performance. In short, LQR optimizes the control force, while Lyapunov ensures the system operates within safe boundaries, making the system more reliable and realistic. In the scope of this study, two reinforced concrete building models—one with 6 stories and the other with 10 stories—designed. ABS elements were implemented on the 1st and 4th floors of the 6-story building, and on the 1st, 5th and 9th floors of the 10-story building. The mathematical model of the structures was developed using mass, stiffness, and damping matrices, and analyses were carried out using Mathematica software. El Centro earthquake values were used as ground acceleration. Time-domain analyses were performed and for both controlled and uncontrolled systems, displacement, velocity, and acceleration responses, actuator forces, modal analysis findings, and peak values at each floor were obtained. The results showed that all dynamic responses were significantly reduced in systems equipped with ABS using LQR and Lyapunov-based control. In particular, the reduction of displacement and acceleration at upper floors demonstrated that the applied control system noticeably improved the structural performance. Additionally, by integrating LQR and Lyapunov-based control with In the ABS system, control forces are kept within physical limits to ensure system stability. In conclusion, the LQR and Lyapunov-supported Active Bracing System (ABS) has proven to be a highly effective method for enhancing the earthquake performance for multi-story buildings with reinforced concrete. The findings indicate that active control technologies like ABS can be successfully applied to improve safety and durability in tall buildings, bridges and critical public structure
dc.description.ozetDepremler, yapıların taşıyıcı elemanlarında önemli deformasyonlara, performans kayıplarına ve çeşitli hasarlara yol açabilen dinamik etkiler oluşturur. Özellikle yÜksek katlı binalar, büyük tepe deplasmanları ve artan esneklikleri nedeniyle bu etkilerden daha fazla zarar görebilir. Bu durum, hem can güvenliği hem de yapıların dayanıklılığı açısından ciddi riskler ortaya çıkarır. Sonuç olarak, deprem mühendisliğinde titreşim kontrolü, giderek daha kritik bir araştırma alanı haline gelmiştir. Deprem mühendisleri bu araştırma alanında pasif ve aktif sistemler olarak kontrol mekanizmaları geliştirmiştir. Pasif kontrol sistemleri bazı koşullarda etkili olsalar da, sınırlı uyarlanabilirlikleri, deprem sonrasında tekrar kullanılamaması ve performanslarının deprem özelliklerine bağlı olması nedeniyle her zaman yeterli olmayabilirler. Bu yüzden, daha yüksek performans sunan aktif kontrol sistemleri geliştirilmiştir. Aktif kontrol sistemleri arasında öne çıkan Aktif Destek Sistemi (ABS), diyagonal olarak yerleştirilen çelik çubuklar ve kablolar ile aktuatörler aracılığıyla karşıt kontrol kuvvetleri uretir. Bu kuvvetler, deprem sırasında olus¸an enerjinin önemli bir kısmını sönümleyerek yapıdaki titreşimlerin azalmasına yardımcı olur. Bu çalısmada, ABS'nin etkinliğini artırmak için iki farklı kontrol yaklaşımı bir arada kullanılmıştır: LQR (Linear Quadratic Regulator) ve Lyapunov tabanlı denetimdir. LQR yöntemi, sistem tepkilerini en düşük kontrol enerjisiyle azaltacak optimal kuvveti belirlerken; Lyapunov tabanlı yaklaşım ise sistemin kararlılığını garanti altına alarak, kontrol kuvvetlerinin fiziksel sınırlar içinde kalmasını sağlar. Bu iki yöntemin birlikte kullanılması, hem etkili hem de güvenli bir kontrol performansı elde edilmesine olanak tanımıs¸tır. Kısaca kontrol kuvvetini LQR optimize ederken Lyapunov güvenli sınırlar düzeyde çalıştırır. Böylece sistem daha güvenilir ve gerçekçidir. Çalışma kapsamında, 6 katlı ve 10 katlı iki betonarme yapı modeli oluşturulmuş; ABS elemanları 6 katlı yapının 1. ve 4. katlarına, 10 katlı yapının ise 1., 5. ve 9. katlarına yerles¸tirilmis¸tir. Yapıların matematiksel modeli, kütle, rijitlik ve sönüm matrisleri kullanılarak oluşturulmus ve analizler Mathematica programında gerçekleştirilmiştir. Zemin hareketi olarak 1940 El Centro deprem kaydı esas alınmıştır. Zaman tanım alanı analizleri sonucunda, kontrollü ve kontrolsüz sistemler için deplasman, hız ve ivme tepkileri; aktüatör kuvvetleri; modal analiz bulguları ve kat bazında tepe degerleri elde edilmiştir. Sonuçlar, LQR ve Lyapunov tabanlı ABS ile donatılan sistemlerde tüm dinamik tepkilerin önemli ölçüde azaldığını göstermiştir. Özellikle Üst katlarda elde edilen deplasman ve ivme azalması, uygulanan kontrol sisteminin yapısal performansı belirgin şekilde iyileştirdiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, ABS' nin tek başına yetersiz kalıp LQR ve Lyapunov tabanlı denetim ile birleştirilmesi sonucu kontrol kuvvetleri fiziksel sınırlar içinde tutuldu , bu sayede sistem kararlılık açısından büyük bir performans göstermistir. Sonuc¸ olarak, LQR ve Lyapunov destekli Aktif Destek Sistemi'nin (ABS), çok katlı betonarme yapıların deprem performansını artırmak için oldukça etkili bir yöntem olduğu görülmüştürr. Elde edilen bulgular, ABS gibi aktif kontrol teknolojilerinin yüksek katlı binalar, köprüler ve kritik kamu yapılarında güvenlik ve dayanıklılığı artırmak amacıyla basarıyla uygulanabileceğini göstermektedir.
dc.embargo.lift2026-01-29T18:48:25Z
dc.embargo.termsAcik erisim
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11655/37656
dc.language.isoen
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsü
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.subjectEarthquake Engineering, Active Control Systems, Active Bracing System (ABS), LQR, Lyapunov Stability Deprem Mühendisliği, Aktif Kontrol Sistemleri, Aktif Destek Sistemi (ABS), LQR, Lyapunov Kararlılığı
dc.titleUSE AND DESIGN OF ACTIVE BRACING SYSTEMS IN THE PROTECTION OF STRUCTURES UNDER SEISMIC EXCITATION
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesis

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
irem oran .pdf
Size:
3.18 MB
Format:
Adobe Portable Document Format

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.71 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: