Düz-yüzeyli donatılı betonarme perde duvarların davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the behavior of RC shear walls with smooth bars
Yazar: MUHAMMED NADİR OLABİ
Danışman: PROF. DR. NACİ ÇAĞLAR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Sargılı betonarme = Confined reinforced concrete

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, güncel deprem yönetmeliklerinin gereksinimlerini sağlamayan (GDYGS) eski ve mevcut binalarda bulunan betonarme perde duvarların davranışını belirlemek için deneysel ve sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yedi (7) adet betonarme perde duvar numunesi 1997'den önce Türkiye'de yapılan binaların özelliklerini yansıtması için düz yüzeyli donatılarla ve düşük beton kalitesi kullanılarak inşa edilmiştir. En boy oranı ikiden büyük olan perde duvar numunelerinin boyutları laboratuvar kapasitesi ve ön çalışma sonuçları dikkate alınarak belirlenmiştir. Bu numunelerden altı adeti, GDYGS perde duvarları temsil etmektedir. Ayrıca bir duvar da nervürlü çelik donatılar kullanılarak güncel bina yönetmeliklerine uygun olarak tasarlanmış ve referans numune olarak kullanılmıştır. Perde duvarların yarı statik tekrarlı yanal yüklemeler altındaki davranışı, yatay yük-yer değiştirme ilişkisi ile deneysel olarak belirlenmiştir.

Bu çalışmada, deney numunelerinin karakteristik özellikleri olan yatay kuvvet kapasitesi, rijitlik, süneklik, tüketilen enerji değerleri ile yer değiştirme bileşenlerinin duvarların toplam yanal tepkisine katkıları gibi parametreler değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen veriler, GDYGS perde duvarların rijitlik, süneklik ve enerji tüketimi yeteneklerinde önemli bir kaybın olduğunu göstermiştir. Ayrıca, bu numunelerde davranışın; toplam yatay yer değiştirme kapasitesine %80'den fazla katkı sağlayan donatı sıyrılması tarafından yönlendirildiği kanıtlanmıştır. Buna karşılık, referans perde duvar ise dikkate değer bir eğilme davranışı ve plastik mafsal oluşumu sergilemiştir. Ek olarak, düz yüzeyli donatılarla ile inşa edilen perde duvarlar, donatı sıyrılması kaynaklı göçmeden dolayı teorik potansiyel eğilme kapasitelerinin yaklaşık %48'ini kaybetmiştir.

Çalışmanın ikinci aşamasında, test edilen tüm betonarme perde duvarlar için sayısal modeller geliştirilmiştir. Yaygın olarak kabul gören ve kullanılan OpenSees sonlu elemanlar programı ile oluşturulan sayısal modeller deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Ampirik bir yaklaşım kullanılarak, GDYGS perde duvarların davranışını tahmin etmek için "4 doğru" ile tanımlanan yeni bir analitik donatı sıyrılma modeli geliştirilmiştir. Ayrıca sayısal modele sıyrılma etkisi de dahil edilerek, GDYGS perde duvarların gerçekçi bir simülasyonu da elde edilmiştir. Deneysel ve sayısal sonuçlar üzerinde yapılan karşılaştırmalara göre, GDYGS perde duvarlar için yeni geliştirilen sıyrılma modelinin; test sonuçlarını simüle edebildiği ve sayısal modeller ile deneysel sonuçlar arasındaki farklılıkları etkin bir şekilde azalttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Experimental and numerical investigation is conducted to determine the behavior of RC shear walls found in old and existing buildings that do not comply with the design rules in modern earthquake standards (nonconforming shear walls, NCSW). Seven (7) scaled reinforced concrete shear wall specimens are built with smooth bars and low concrete quality to consider the properties of buildings in Turkey built before 1997. The dimensions of the shear wall specimens were selected by taking into account the laboratory capacity and the pre-study results with an aspect ratio bigger than two. Six (6) specimens are representative of nonconforming shear walls (NCSW), and one wall used as a reference specimen which was designed in accordance with recent building codes using deformed bars. The behavior of the shear walls is determined experimentally by displacement-lateral load relationship under quasi-static lateral cyclic loading.

This study investigated the behavior of the test specimens in terms of lateral force capacity, rigidity, ductility, dissipated energy, and displacement components contribution to the total lateral response of the walls. The results showed a substantial loss of stiffness, ductility and energy dissipation capabilities for the tested nonconforming shear walls. Moreover, it was proven that these specimens are governed by the bar slip phenomena which demonstrated more than 80% contribution to the total lateral displacement capacity. In contrast, the reference shear wall exhibited a notable flexural behavior and plastic hinge formation. Additionally, the shear walls built with smooth reinforcement bars lost about 48% of their theoretical potential flexural capacity due to the observed bar slip failure.

In the second part of this study, numerical models were developed for all the tested RC shear walls, and validated against the experimental results using the widely accepted and used finite element program, OpenSees. Using an empirical approach, a new quadrilinear analytical bar slip model is developed to predicate the response of nonconforming shear walls. And by introducing the slip effect into the numerical model, a realistic simulation of NCSWs (GDYGS) was obtained. According to the comparison study on the experimental and numerical results, it was determined that the newly developed slip model for NCSWs is successful in reproducing the test results and effectively reduced the differences between the numerical models and the experimental outcomes.