Betonarme yüksek kirişlerde kesme çatlağının artık yük taşıma kapasitesine etkisinin incelenmesi
Investigation of effect of shear cracks on residual load carrying capacity of reinforced concrete deep beams
Yazar: AYDIN DEMİR
Danışman: PROF. DR. NACİ ÇAĞLAR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı; eğik olarak çatlamış mevcut betonarme yüksek kirişlerin, artık yük taşıma kapasitelerinin gerçekçi olarak belirlenebilmesi ve bu sayede acil müdahale gerektirecek kritik elemanların önceden tespit edilerek oluşabilecek can ve mal kaybı riskinin azaltılmasıdır. Betonarme yüksek kirişlerde, klasik kirişler (kesme açıklığının faydalı yüksekliğe oranı, a⁄d>2) için yapılan doğrusal gerilme yayılışı kabulü geçerliliğini yitirmekte ve ayrıca kesme etkisi ön plana çıkmaktadır. Bu elemanlarda asal çekme gerilmelerinden dolayı oluşan eğik çatlaklar, ani ve gevrek kırılmaya neden olabilmektedir. Eğik olarak çatlamış mevcut betonarme yüksek kirişlerde artık yük taşıma kapasitesinin gerçekçi bir şekilde belirlenebilmesi, acil müdahale gerektirecek kritik elemanların önceden tespitine imkân sağlayacaktır. Bu bilgi de can ve mal kaybının engellenmesi açısından oldukça önemlidir. Bu nedenle, uygulamada eğik olarak çatlamış betonarme yüksek kirişlerin artık yük taşıma kapasitesinin tespit edilmesine yönelik yaklaşımlara ihtiyaç bulunmaktadır. Literatürde, eğik olarak çatlamış betonarme yüksek kirişlerin artık yük taşıma kapasitesinin tespit edilmesine yönelik bir tablo önerilmekle birlikte, bu tablonun önemli eksiklikleri bulunmaktadır.

Bu tez çalışması kapsamında, betonarme yüksek kirişlerin kesme etkisi altındaki eğik çatlak davranışı 3 aşamalı bir çalışma ile incelenmiştir. İlk aşamada deneysel bir çalışma gerçekleştirilmiş olup, betonarme yüksek kirişlerin eğik kesme çatlağı davranışına; kesit yüksekliği, a⁄d ve karakteristik beton basınç dayanımı parametrelerinin etkisi incelenmiştir. İkinci aşamada, deneysel çalışma sonuçları kullanılarak nümerik bir çalışma gerçekleştirilmiş ve doğrusal olmayan sonlu elemanlar metodu kullanılarak oluşturulmuş nümerik modeller, deney sonuçları kullanılarak doğrulanmıştır. Daha sonra, deneysel çalışmada kullanılan numuneler ile boyut ve malzeme özellikleri tamamen aynı fakat farklı kesme donatısı oranına sahip yeni betonarme yüksek kirişler tasarlanmıştır. Tasarlanan yeni elemanlar ile deneysel çalışmayla doğrulanmış nümerik modeller kullanılarak parametrik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında ise, gerçekleştirmiş olan deneysel ve parametrik çalışmalar ile literatürde verilen çalışma sonuçları birlikte kullanılarak, eğik olarak çatlamış betonarme yüksek kirişlerin çatlak genişliğinden, eleman artık yük taşıma kapasitesinin hesaplanabileceği yeni, etkin ve basit bir formül önerilmiştir. Önerilen bu formül ile, literatürde bulunan hesap tablosunun eksiklikleri giderilmiş olup, böylece uygulamadaki ihtiyacı karşılayan özgün bir çalışma ortaya konulmuştur.

Abstract:
Aim of the study is accurate determination of residual load carrying capacity of existing diagonally cracked reinforced concrete (RC) deep beams and by this means to reduce the risk of loss of life and property by determining in advance the critical members needing urgent response. Linear stress distribution assumption of classical beams (the ratio of shear zone to effective depth, a⁄d>2) is not valid for reinforced concrete deep beams and shear effect comes into prominence as well. Diagonal cracks of that members stemming from principal tensile stresses may cause sudden and brittle failure. An accurate determination of residual load carrying capacity of diagonally cracked reinforced concrete deep beams will enable to determine the critical members needing urgent response in advance. This information is very important in terms of preventing loss of life and property. Therefore, new approaches are needed in practice to determine residual load carrying capacity of existing diagonally cracked reinforced concrete deep beams. In literature, a chart was proposed to determine residual load carrying capacity of existing diagonally cracked reinforced concrete deep beams. However it has some important deficiencies.

In the scope of the study, diagonal cracking behavior of RC deep beams under shear effect is investigated via a 3-phase study. In the first phase, an experimental study is conducted to investigate diagonal cracking behavior of deep beams in terms of section depth, a⁄d and characteristic compressive strength of concrete. In the second step, a numerical study is performed by creating nonlinear finite element models which are sufficiently verified considering experimental study results. Later on, new RC deep beams are designed by taking into account similar dimensional and material properties, and different shear reinforcement ratio with the specimens used in the experimental study. A parametric study is performed via newly designed members and numerical models verified by experimental study results. In the last phase of the study, a new, effective and simple formulae is proposed to calculate load carrying capacity of existing diagonally cracked RC deep beams by using results of the studies given in literature together with the experimental and numerical study results of this research. The proposed formulae diminishes deficiencies of the chart proposed in literature. Thus a unique study is revealed fulfilling the requirement in practice.