Farklı boşluk tiplerine sahip betonarme kirişlerin nümerik analizi
Numerical analysis of reinforced concrete beams with different type of holes
Yazar: FARUK ERDEM
Danışman: PROF. DR. ALPER BÜYÜKKARAGÖZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Betonarme yapılarda estetik kaliteyi korumak ve işlevselliği ön plana çıkarmak amacıyla elektrik, mekanik ve su tesisatı gibi teknik donanımlara uygun ortamların oluşturulmasına gereksinim duyulmaktadır. Bu gereksinimleri sağlamak adına teknik donanımların yapı içerisinden geçişi sağlanırken genellikle bu sistemlerin gizlenebileceği kolon kiriş birleşim noktalarına yakın yerlerde bulunan kiriş elemanlarının gövdesinde donatılara zarar vermeden kırım yapılarak çeşitli şekil ve büyüklükte boşluklar oluşturulmaktadır. Tasarım aşamasında mevcut olmayan bu boşlukların imalat sonrasında oluşturulması kiriş taşıma kapasitesinde ciddi azalmalara yol açmakla beraber yapısal performansı olumsuz etkilemektedir. Bu nedenle kiriş gövdesinde konumlandırılan boşlukların betonarme kiriş davranışı üzerindeki etkisi oldukça önem kazanmaktadır. Son zamanlarda bilgisayar teknolojisinde yaşanan gelişmeler beraberinde inşaat mühendisliği alanında sonlu elemanlar yönteminin kullanımını ön plana çıkarmıştır. Bu tez çalışmasında, gövde boşluklu betonarme kirişlerde boşluk tipi, boşluk oranı ve beton basınç dayanımı değişkenlerinin kiriş taşıma kapasitesi, deplasman miktarı ve enerji tüketim kapasitesi üzerindeki etkisinin nümerik olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Nümerik çalışma kapsamında tasarlanan sonlu eleman modelini doğrulamak için referans bir çalışmanın deneysel verileri kullanılmıştır. Referans çalışmadan alınan verilere göre model, sonlu elemanlar programı olan ANSYS kullanılarak oluşturulmuştur. Bu bağlamda doğrusal olmayan sonlu eleman analiz sonuçları ile referans çalışma deney sonuçları arasında gözlemlenen yakım uyum sonrası üç farklı boşluk oranı, üç farklı boşluk tipi ve üç farklı beton sınıfı olan 27 adet boşluklu ve 3 adet boşluksuz referans kiriş olmak üzere toplamda 30 kiriş ANSYS Mechanical APDL 15.0 programı ile simüle edilmiştir. Çalışma sonucunda araştırmanın esas parametrelerinin boşluklu kirişlerin taşıma kapasitesi, deplasman miktarı ve enerji tüketim kapasitesinde meydana getirdiği değişimler ortaya konulmuştur. Elde edilen bulgular doğrultusunda betonarme kirişlerin davranışı üzerinde daha etkili olan parametrenin beton basınç dayanımı olduğu saptanmıştır. Kiriş gövdesinde konumlandırılan değişken boşluk oranlarının kiriş taşıma kapasitesinde %30 ile %48'lere varan azalmalara sebebiyet verdiği tespit edilmiştir. Ayrıca otuz farklı kiriş modelinden alınan veriler üzerinde regresyon analizi yapılarak taşıma kapasitesinin boşluk tipi, boşluk oranı ve beton basınç dayanımı parametrelerine göre değişimini gösteren literatüre faydalı bir formül geliştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Betonarme kiriş, Sonlu elemanlar yöntemi, ANSYS, Boşluk kiriş, Nümerik analiz

Abstract:
In reinforced concrete structures, it is necessary to create environments suitable for technical equipment such as electrical, mechanical and plumbing in order to preserve aesthetic quality and bring performance to the fore. In order to meet these requirements, while ensuring the passage of technical equipment through the building, openings of various shapes and sizes are formed in the body of the beam elements located close to the column-beam junction points, where these systems can be hidden, by breaking without damaging the reinforcements. The creation of these openings, which do not exist at the design stage, after manufacturing leads to serious reductions in beam bearing capacity, but adversely affects the structural performance. For this reason, the effect of openings located in the beam body on the behavior of reinforced concrete beams becomes very important. Recent developments in computer technology have brought the use of the finite element method in the field of civil engineering to the fore. This thesis, it is aimed to numerically investigate the effect of the opening type, opening ratio and concrete compressive strength variables on the beam bearing capacity, displacement amount and energy consumption capacity in reinforced concrete beams with body openings. Experimental data from a reference study were used to validate the finite element model designed within the scope of the numerical study. Based on the data from the reference study, the model was created using the finite element program ANSYS. In this context, after combustion compatibility observed between non-linear finite element analysis results and reference study test results, a total of 30 beams, including 27 opening and 3 without opening reference beams with three different opening ratios, three different opening types and three different concrete classes, are included in the ANSYS Mechanical APDL 15.0 program with simulated. As a result of the study, the changes in the bearing capacity, displacement amount and energy consumption capacity of opening beams were revealed. In line with the findings obtained, it was determined that the parameter that is more effective on the behavior of reinforced concrete beams is the concrete compressive strength. It has been determined that the variable opening ratios positioned in the beam body cause a decrease of 30% to 48% in the beam carrying capacity. In addition, a regression analysis was performed on the data obtained from thirty different beam models, and a formula useful for the literature was developed showing the variation of the bearing capacity according to the opening type, opening ratio and concrete compressive strength parameters. Key Words: Reinforced concrete beam, Finite element analysis, ANSYS, Circular opening beam, Numerical analysis