Farklı kesit boyutlarına sahip beton ve betonarme elemanların çarpma etkisi altında incelenmesi
Investigation of concrete and reinforced concrete members having different section sizes under impact effect
Yazar: RECEP TUĞRUL ERDEM
Danışman: DOÇ. DR. MUHİDDİN BAĞCI
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yapısal elemanlar, ekonomik ömürleri boyunca çeşitli yük durumlarına ve çevre koşullarına maruz kalmaktadırlar. İlerleyen teknolojiyle birlikte, yapısal elemanların farklı yükler altında gösterdikleri davranış biçimi daha fazla ön plana çıkmıştır. Ani bir dinamik yükleme olan çarpma yüklemesinin süresi ve çok yüksek değerlere ulaşabilen anlık şiddeti gibi etki özellikleri tam anlamıyla belirli değildir. Son yıllarda ortaya çıkan yıkıcı depremler ve terörist saldırılar nedeniyle, bilim adamları ve mühendisler, katı cisimler üzerindeki çarpma etkisinin göz ardı edilmemesi gerektiğini belirtmişlerdir. Bu sebeple, ani rüzgarlar, depremler, araç kazaları, mermi ve roket çarpması gibi dinamik etkiler altında yapısal elemanların özelliklerinin belirlenmesi, önemli bir araştırma konusu haline gelmiştir. Yapısal elemanların çarpma etkisi altındaki davranışını belirlemek için, serbest düşme hareketi yapan ağırlık düşürücü test düzeneklerinin kullanıldığı çalışmaların sayısı giderek artmaktadır. Yapılan tez çalışmasında, boyutları 100x100x710 ile 200x200x710 mm arasında değişen 6 beton ve 6 betonarme eleman üretilmiştir. Üretilen 12 adet deney elemanı, tasarlanan deney düzeneği ile çarpma etkisi altında incelenmiştir. Çekiç ağırlığı 8 kg, serbest düşme yüksekliği ise 1000 mm alınmıştır. Deneylerde, 4 adet ivmeölçer, 1 adet kuvvet algılayıcısı, 1 adet veri toplayıcı, 1 adet bilgisayar ve ölçüm bağlantı kabloları ile uygulanan çarpma kuvvetini deney elemanları üzerine üniform olarak yaymak ve çarpma anında oluşan içsel etkileri azaltmak için, çelik plaka ve kauçuk tabaka kullanılmıştır. Düşme zamanları, deney düzeneğinde yer alan optik fotoseller yardımıyla ölçülmüştür. Farklı kesit boyutlarına sahip deney elemanlarında oluşan hasar durumları belirlenmiş ve bu hasar durumları için ivme-zaman, hız-zaman, deplasman-zaman, çarpma kuvveti-zaman ve çarpma kuvveti-deplasman grafikleri oluşturulmuştur. Ayrıca, deney elemanları tarafından yutulan enerji miktarları hesaplanmıştır. Deney elemanlarında hasar durumlarını oluşturan düşme sayıları ve deneylerde yapılan toplam düşme sayıları, deney düzeneğinde yer alan elektronik ekrandan okunmuştur. Bunun yanında, her bir deney elemanında oluşan sıçrama sayıları ve zaman aralıkları belirlenmiştir. Deneysel çalışmanın ardından yapılan sonlu elemanlar analiz kısmında ise, deney düzeneği ve deney elemanları, ABAQUS sonlu elemanlar analiz programında modellenmiştir. Malzeme özellikleri ve mesnet koşulları tanımlandıktan sonra, deney elemanları çarpma etkisi altında analiz edilmiştir. Çekicin yaptığı ilk düşme hareketi için gerilme dağılımları elde edilmiştir. Son olarak, sonlu elemanlar analizleri ile elde edilen grafikler ve enerji yutma kapasiteleri, deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmış ve önerilerde bulunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: ABAQUS, beton ve betonarme deney elemanları, çarpma etkisi, deney 
düzeneği, farklı kesit boyutları, sonlu elemanlar analizi

Abstract:
Structural members are exposed to several loading cases and environment conditions during their economic lives. Behavior pattern of structural members under various loads have become more prominent with the advancing technology. Effect properties as time and instantaneous intensity that may reach very high values under impact loading which is a sudden dynamic one are not completely definite. It is stated by scientists and engineers that impact effect on solids shall not be ignored due to terrorist attacks and destructive earthquakes in recent years. For this reason, determination of structural members' properties under dynamic effects as sudden winds, earthquakes, vehicle accidents, missile and projectile crashing has become an important research subject. Number of studies gradually increases to determine the behavior of structural members under impact effect by using drop weight testing apparatuses according to free falling movement. In this thesis study, 6 concrete and 6 reinforced concrete members whose sizes differ from 100x100x710 to 200x200x710 mm are produced. These 12 test members are investigated under impact effect by designed testing apparatus. While weight of the hammer is 8 kg, drop height is taken as 1000 mm. There are 4 accelerometers, 1 force sensor, 1 data logger, 1 computer and connection wires used in tests as well as steel plate and rubber layer to distribute the impact force on test members and reduce the inner effects at impact moment. Drop times are measured by optic photocells which are placed in the testing apparatus. Damage situations of test members having different section sizes are determined and acceleration-time, velocity-time, displacement-time, impact force-time and impact force-displacement graphs are created. In addition, absorbed energy values by test members are calculated. Drop numbers causing damage situations and total drop numbers are read from the electronic screen which is also placed in the apparatus. Besides that, rebound numbers and time intervals are determined for each member. In finite elements analysis part which is performed after completing the experimental study, testing apparatus and test members are modeled by ABAQUS finite elements analysis program. After defining the material properties and support conditions, test members are analyzed under impact effect. Stress distributions are obtained for the first drop movement of the hammer. Finally, graphs and energy absorption capacities which are obtained by finite elements analysis are compared with the test results and suggestions are proposed.

Keywords: ABAQUS, concrete and reinforced concrete test members, impact effect, testing 
apparatus, different section sizes, finite elements analysis