Eksenel yüklü betonarme kolonlarda dayanım azaltma katsayısının incelenmesi
Analysis of the strength reduction factor for axially loaded reinforced concrete columns
Yazar: NURETTİN BAĞIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMA ALACALI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme kolon = Reinforced concrete column ; Eksenel yük = Axial load ; Güvenilirlik analizi = Reliability analysis

Özet:
Yapısal sistemlerin tasarımında malzeme özellikleri, eleman boyutları, yük gibi çok sayıda rastgele değişken göz önüne alınmaktadır ve bu rastgele değişkenlerin doğasında bulunan belirsizlikler, yapısal tasarımın da belirsizlikler ortamında gerçekleşmesine sebep olmaktadır. Betonarme elemanların limit durumlara göre tasarımında söz konusu belirsizliklerin göz önüne alınabilmesi ve yapısal güvenilirliğin belirlenebilmesi amacıyla yönetmeliklerde, malzeme dayanımları ve yüklere ilişkin güvenlik katsayıları kullanılmaktadır. ACI 318-19 yönetmeliğinde, betonarme yapıların tasarımında belirli bir hedef güvenilirlik indeksine (β) karşılık gelen bir dayanım azaltma katsayısı (ϕ) tanımlanmıştır. Bu katsayı, eksenel yük etkisindeki spiral etriyeli betonarme kolonlar için 0.75 ve diğer tip yanal donatılı betonarme kolonlar için 0.65 olarak önerilmiştir. Bu çalışma kapsamında literatürdeki deneysel çalışmalardan elde edilmiş eksenel yük etkisindeki dairesel kesitli spiral yanal donatılı ve dikdörtgen kesitli etriyeli betonarme kolonlar için dayanım azaltma katsayıları, olasılıksal bir yöntem olan ikinci moment yaklaşımı kullanılarak ayrı ayrı hesaplanmıştır. Belirli hedef güvenilirlik indeksleri ve performans fonksiyonunu oluşturan rastgele değişkenlere ilişkin varyasyon katsayılarının farklı değerleri için elde edilen ϕ değerleri, ACI 318-19'da önerilen değerlerle karşılaştırılmıştır. Dayanım azaltma katsayısı değerleri normal dayanımlı betondan (NDB) üretilmiş kolonlar ve yüksek dayanımlı betondan (YDB) üretilmiş kolonlar için ayrı ayrı hesaplanmış; bu amaçla beton dayanımının ϕ dayanım azaltma katsayıları üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ayrıca dayanım azaltma katsayısının performans fonksiyonunu oluşturan rastgele değişkenlere göre değişimi de irdelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Dayanım azaltma katsayısı, güvenilirlik indeksi, ACI 318-19, eksenel yük, betonarme kolon

Abstract:
Several random variables such as material properties, element dimensions, and load are taken into account in the design of structural systems and the inherent uncertainties in these random variables cause the structural design to occur in an environment of uncertainties. Safety factors regarding material strengths and loads are used in the codes in order to consider the aforementioned uncertainties and to determine the structural reliability in the design of reinforced concrete elements according to limit situations. In the ACI 318-19 code, a strength reduction factor (ϕ) corresponding to a particular target reliability index (β) is defined in the design of reinforced concrete structures. This factor has been suggested as 0.75 for reinforced concrete columns with spiral stirrups and 0.65 for reinforced concrete columns with other types of lateral reinforcement under axial load. Within the scope of this study the strength reduction factors for circular cross-section and rectangular-section reinforced concrete columns under the effect of axial load, obtained from experimental studies in the literature, were calculated separately using the second moment approach which is a probabilistic method.The ϕ numbers obtained for different values of certain target reliability indices and coefficients of variation related to random variables that create the performance function were compared with the values recommended in ACI 318-19. Strength reduction factor values were calculated separately for columns made of normal strength concrete (NDB) and columns made of high strength concrete (YDB), and for this purpose, the effect of concrete strength on strength reduction factors (ϕ) was investigated. In addition, the variation of the strength reduction factor as regards the random variables creating the performance function was also examined.

Keywords: Strength reduction factor, reliability index, ACI 318-19, axial load, reinforced concrete column