Yüksek performanslı betonarme elemanların temel tasarım ilkelerinin analitik ve deneysel yöntemlerle belirlenmesi
Determination of the design principles of high performance reinforced concrete members by analytical and experimental approach
Yazar: MUHAMMED GÜMÜŞ
Danışman: PROF. DR. ABDUSSAMET ARSLAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme kiriş = Reinforced concrete beam ; Kırılma mekaniği = Fracture mechanics

Özet:
Bu çalışmada tek donatılı betonarme kirişlerin eğilme yükü altında kapasite hesabı için yeni bir yöntem önerisi yapılmıştır. Mevcut modellerden farklı olarak önerilen yöntem kırılma mekaniği prensipleri kullanılarak geliştirilmiştir. İlk olarak, kırılma mekaniğinde sıklıkla kullanılan şekil fonksiyonları nümerik olarak sadeleştirilmiş ve normalize çatlak boyuna bağlı olarak değişen üç adet tasarım katsayısı formüle edilmiştir. Daha sonra, boyutsuz davranış parametrelerine bağlı olarak, normalize çatlak boyunu veren ampirik bir denklem deneysel olarak elde edilmiştir. Bunun için üç farklı beton dayanımının, üç farklı çekme donatısı oranının ve üç farklı çelik lif içeriğinin 27 adet betonarme kirişin davranışına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. İncelenen parametrelerin kirişlerdeki kritik çatlak boyu üzerinde doğrudan etkide bulunduğu ve bu yolla eğilme kapasitelerini etkilediği görülmüştür. Literatürdeki çeşitli çalışmalardan derlenen toplam 68 adet tek donatılı betonarme kirişin deneysel kapasiteleri kullanılarak, önerilen yöntem ve sıklıkla kullanılan ACI taşıma gücü yöntemi arasında karşılaştırma yapılmıştır. Önerilen yöntemle ve ACI modeli ile elde edilen mutlak hatalar sırasıyla %8,7 ve %9,5 olarak elde edilmiştir. Toplam 49 adet betonarme kirişin önerilen yöntemle elde edilen teorik sonucu deneysel sonuca daha yakın çıkmıştır. Test edilen deney elemanlarının iki boyutlu sonlu eleman analizleri yapılarak deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bu nedenle tez çalışması kapsamında sonlu eleman programı (LDA) geliştirilmiştir. Düzlem gerilme ve izotropik sürekli hasar modeli kabulü ile geliştirilen sonlu eleman modeli, malzeme modelinin orijininden başlayan sekant eğimini kullanarak her analiz adımında doğrusal denklem takımı hesabı yapmaktadır. Bu sayede sıklıkla karşılaşılan yakınsama sorunları geliştirilen bu programla ortadan kaldırılmıştır. Deneysel olarak elde edilen yük-düşey deformasyon davranışı ile geliştirilen sonlu elaman programıyla elde edilen davranış arasında önemli benzerlik görülmüştür.

Abstract:
In this study, a new method has been proposed for the capacity calculation of single reinforced concrete beams under bending load. Unlike the existing models, the proposed method was developed using fracture mechanics principles. First, the shape functions frequently used in fracture mechanics were simplified numerically and three design coefficients varying depending on the normalized crack length were formulated. Then, depending on the dimensionless behavior parameters, an empirical equation giving a normalized crack size was experimentally obtained. For this purpose, the effect of three different concrete strengths, three different tensile reinforcement ratios and three different steel fiber contents on the behavior of 27 reinforced concrete beams was investigated experimentally. It has been observed that the parameters examined have a direct effect on the critical crack length of the beams and in this way affect their bending capacities. Using the experimental capacities of a total of 68 single reinforced concrete beams compiled from various studies in the literature, a comparison was made between the proposed method and the frequently used ACI bearing strength method. The absolute errors obtained with the proposed method and the ACI model were found to be %8,7 and %9,5, respectively. The theoretical result obtained with the proposed method of a total of 49 reinforced concrete beams came closer to the experimental result. Two-dimensional finite element analysis of the tested experimental elements was made and compared with the experimental results. For this reason, the finite element program (LDA) was developed within the scope of the thesis study. The finite element model, developed with the acceptance of plane stress and isotropic continuous damage models, calculates a set of linear equations in each analysis step by using the secant slope starting from the origin of the material model. In this way, frequently encountered convergence problems were eliminated with this program. A significant similarity was observed between the experimentally obtained load-vertical deformation behavior and the behavior obtained with the developed finite element program.