Ultra yüksek performanslı lifli beton (UYPLB) içeren I enkesitli kirişlerin eğilme davranışının deneysel ve nümerik incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flexural behavior of I beams with ultra-high performance fiber reinforced concrete (UYPLB)
Yazar: CENGİZ GÜLTEKİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KAAN TÜRKER
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Çalışmada I enkesitli betonarme kirişlerde Ultra Yüksek Performanslı Lifli Beton (UYPLB) kullanımının eğilme davranışına etkileri deneysel olarak incelenerek avantaj ve dezavantajları değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar referans alınarak, UYPLB kirişlerin eğilme kapasitelerinin belirlenmesine yönelik mevcut basitleştirilmiş nümerik yaklaşımlar ve AFGC (UYPLB-Öneriler) tasarım prosedürü incelenmiş ve geçerlilikleri değerlendirilmiştir. Deney programında, UYPLB ve Geleneksel betonun kullanıldığı toplam 32 kiriş üzerinde çekme donatısı oranı (0.009-0.022 arasında) ve hacimsel lif oranı (%1.0-%2.5 arasında) bakımından parametrik incelemeler yapılmıştır. Kirişlere dört noktalı eğilme testi uygulanmış ve yük-deplasman davranışları, kırılma şekilleri, moment taşıma kapasiteleri, deplasman/eğrilik süneklikleri, çatlak dağılımları/genişlikleri, eğilme rijitlikleri ve beton/donatı şekildeğiştirme davranışları belirlenmiştir.

Sonuç olarak, I enkesitli kirişlerde UYPLB kullanımı, çalışmada incelenen donatı oranları için eğilme ve kesme kapasitesi, rijitlik ve çatlak oluşumunu sınırlama bakımından normal ve ultra yüksek dayanımlı betona göre önemli avantajlar sağlamıştır. UYPLB'nin bu parametreler üzerindeki etkisi kirişte kullanılan donatı oranına ve lif oranına göre farklılık göstermiştir. UYPLB kullanımı kiriş süneklikleri ve maksimum yük sonrası çatlak davranışı bakımından ise özellikle düşük donatı oranlarında büyük bir dezavantaja neden olmuştur. UYPLB'nin bu olumsuz etkisi kirişte en yüksek donatı oranına ulaşılınca süneklikte avantaja dönüşmüştür. UYPLB kirişlerin eğilme altında taşıma gücü limit durumunda en yüksek donatı oranı dışında UYPLB'nin çekme davranışı belirleyici olmuştur. Bu nedenle eğilme kapasitelerinin hesabında limit durum olarak UYPLB'nin çekme karakteristiklerini esas alan yaklaşımlar iyi sonuç verirken, geleneksel betonarmedeki gibi basınç bölgesindeki betonun şekildeğiştirmesini esas alan yaklaşımlar oldukça tutarsız sonuçlar vermiştir.

Abstract:
In the study, pros and cons of using Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) for I-section RC beams was experimentally investigated. Based on the experimental results, the existing simplified approaches and AFGC (UHPFRC-Recommendations) design procedure to predict the flexural capacity of UHPFRC beams were examined and their validity was evaluated. In the experimental program, a parametric study was carried out on 32 beams consisting of UHPFRC, Ultra-High Strength Concrete (UHSC) and Normal Strength Concrete (NSC) according to the tensile reinforcement ratio (ranging from 0.009 to 0.022) and the volumetric fiber ratio (ranging from 1.0 % to 2.5). The beams were tested under four-point loading and load deflection behaviors, failure modes, deflection/curvature ductilities, moment capacities, flexural stiffness, maximum crack widths, cracking patterns and concrete/reinforcement strain response were investigated on the test beams.

As a result, the use of UHPFRC in I-section beams has provided significant advantages in terms of the beam flexural and shear capacity, the stiffness and the limiting crack formation in comparison to the UHSC and NSC beams for all the reinforcement ratios considered in the study. The effect of UHPFRC on these parameters varied according to the ratio of reinforcement and fiber used in the beam. The use of UHPFRC has caused a major disadvantage for the beam ductility and the cracking behavior after peak-load, especially at the low reinforcement ratios. This negative effect of UHPFRC turned into an advantage when the highest reinforcement ratio in the beam was reached. The ultimate limit state of UHPFRC beams under flexure was determined by the tensile behavior of UHPFRC, except for the highest reinforcement ratio. Therefore, while the results of numerical approaches based on the tensile characteristics of UHPFRC were very consistent with the test results, the approaches based on the concrete strain as in the conventional RC design yielded very inconsistent results.