Betonarme dairesel köprü kolonlarda kesit boyutlarının plastik deformasyon oluşumuna etkisi
The effect of cross - section dimensions on plastic deformation in reinforced concrete circular bridge columns
Yazar: MUHAMMED ÇAM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP FIRAT ALEMDAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme = Reinforced concrete ; Deformasyon = Deformation ; Kolon = Colon ; Köprüler = Bridges ; Plastik mafsal = Plastic hinge

Özet:
Tarih boyunca köprü yapıları ulaşımı sağlamanın zor olduğu bölgelerde meydana gelen engelleri aşabilmek için tasarlanan özel yapılar olduğu için her zaman önemini korumuştur. Bu nedenle hem tasarım aşamasında hem de servis ömrü boyunca köprü yapılarında meydana gelebilecek hasarların önceden tahmin edilmesi önemlidir. Köprü yapılarının tasarımı konut türü yapıların tasarımından farklı olarak, köprü üst yapılarının zarar görmesini engellemek amacıyla elastik olmayan deformasyonların kolonlarda oluşmasını sağlayacak şekilde dizayn edilirler. Deprem yükleri altında betonarme köprü kolonlarında plastik mafsal bölgelerinin ve hasar yerlerinin belirlenmesi, bir köprü sisteminin performansını değerlendirmek için önemli bir adımdır. Tez çalışmasında ABAQUS isimli sonlu elemanlar yöntemi ile analiz yapabilen yazılım programı kullanılarak farklı kesit boyutuna sahip kolonlar tasarlanmış ve kesit boyutlarının plastik deformasyon oluşumuna etkileri araştırılmıştır. Plastik deformasyonların oluşumlarını incelemek için malzemenin doğrusal olmayan davranışlarının tanımlanması önemli bir adımdır, bu nedenle beton ve çelik malzemeler için literatürde yer alan ve malzemelerin doğrusal olmayan davranışını tanımlamak için önerilen malzeme modellerine ait gerilme – şekil değiştirme bağıntıları incelenmiştir. Tasarlanan kolonlara ait beton malzemenin, beton basınç dayanımı 46 MPa, çelik akma dayanımı 420 MPa, boyuna donatı oranı % 1.5, enine donatı oranı % 0.8 olarak belirlenmiştir. Seçilen kolon kesitleri dairesel olup çapları, 300 mm, 350 mm, 400 mm ve 450 mm olarak belirlenmiştir. Belirlenen bu kesitler için üç farklı kolon uzunluğu seçilmiştir, bunlar sırası ile 2950 mm, 3200 mm ve 3700 mm olarak belirlenmiştir. Analizler sırasında uygulanan yükler, eksenel yük ve deprem yükünden oluşmaktadır. Eksenel yük, kolon eksenel yük taşıma kapasitesinin %30'una denk gelen yük olarak hesaplanmış ve başlık kirişi üzerine yayılı yük olarak etkitilmiştir. Deprem yükü olarak 1994 yılında California'da meydana gelen Centur City Country klübünde kaydedilen deprem kaydı ölçeklendirilerek köprü kolonun boyuna ve enine doğrultusunda uygulanmıştır.
Yapılan literatür araştırmaları ve analizler değerlendirildiğinde kolon kesit boyutunun artması ile plastik mafsal uzunluğunun arttığı, ancak kolon uzunluklarındaki değişim ile plastik mafsal uzunluğu arasında analiz sonuçları değerlendirildiğinde doğrusal bir ilişkinin olmadığı, ancak denklemlerden elde edilen sonuçlar incelendiğinde ise kolon uzunluğu ile plastik mafsal uzunluğunun arttığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle kolon uzunluklarının plastik mafsal uzunluğu ile ilişkisinin daha ayrıntılı olarak incelenmesi ve deneysel çalışmalar ile elde edilen sonuçların desteklenmesi tavsiye edilmiştir.

Abstract:
Throughout history, bridge structures have always maintained their importance as they are special structures designed to overcome the obstacles that occur in areas where it is difficult to provide transportation. For this reason, it is important to predict the damages that may occur in bridge structures both during the design phase and throughout the service life. Unlike the design of residential buildings, bridge structures are designed in such a way that inelastic deformations occur in the columns in order to prevent damage to the bridge superstructures. Determination of plastic hinge regions and damage locations in reinforced concrete bridge columns under earthquake loads is an important step to evaluate the performance of a bridge system. In the thesis study, columns with different cross-section sizes were designed by using the software program ABAQUS that can analyzed with the finite element method and the effects of cross - section sizes on the formation of plastic deformation were investigated. Identifying the nonlinear behavior of the material is an important step to examine the occurrences of plastic deformations, so the stress-strain relations of the material models for concrete and steel materials, which are in the literature and proposed to describe the nonlinear behavior of the materials, are examined. Compressive strength of the concrete material of the designed columns is 46 MPa, the steel yield strength is 420 MPa, the longitudinal reinforcement ratio is 1.5%, and the transverse reinforcement ratio is 0.8%. The selected column cross-section dimensions were determined as 300 mm, 350 mm, 400 mm and 450 mm. Three different column lengths were selected for these determined sections, and they were selected as 2950 mm, 3200 mm and 3700 mm respectively. The loads applied during the analysis consist of axial load and earthquake load. The axial load corresponding to 30% of the column axial load carrying capacity is applied as a distributed load on the cap beam top surface. The earthquake load recorded at the Centur City Country Club in California in 1994 was scaled and applied in the longitudinal and lateral direction of the bridge column. 
When the literature researches and analyzes were evaluated, it was observed that the plastic hinge length increased with the increase in the column cross-section size, but there was no linear relationship between the change in column lengths and the plastic hinge length when the analysis results were evaluated, but when the results obtained from the equations were examined, it was observed that the column length and the plastic hinge length increased. For this reason, it is recommended to examine the relationship between column lengths and plastic hinge length in more detail and to support the results obtained by experimental studies.