Geometrik benzer ve benzer olmayan çentikli beton numunelerde boyut etkisinin incelenmesi
Investigation of size effect in notched specimen with geometrically similar and dissimilar
Yazar: CENK FENERLİ
Danışman: PROF. DR. RAGİP İNCE
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton = Concrete ; Boyut etkisi = Size effect ; Fraktal boyut = Fractal dimension ; Kırılma mekaniği = Fracture mechanics ; Çekme dayanımı = Tensile strength

Özet:
Laboratuvar boyutundaki numunelerin dayanımı, gerçek yapılardaki yapısal elemanların dayanımından daha büyüktür. Kırılma mekaniğinde, bunun sebebi boyut etkisi kavramı ile açıklanmaktadır. Boyut etkisi, başlangıç çatlaklarına sahip numunelerin artan boyutu ile dayanımının azaldığını belirtmektedir. Çok iyi bilinmektedir ki, beton gibi yarı gevrek malzemelerde başlangıç çatlağı olmasa bile boyut etkisi görülmektedir. Çünkü beton numuneler yüklere maruz kalmadan önce bile boşluklar ve çatlaklar gibi belirli kusurları içerebilir. Bu sebeple, başlangıç çatlağına sahip olmayan numunelerin kırılma davranışını anlamak ve başlangıç çatlaklar olmadan çatlak uzunluğunun numune derinliğine oranının beton numuneler için boyut etkisi kanunu üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla bu tez çalışması yapılmıştır. Kırılma modelleri ile geometrik benzer numuneler üzerinde boyut etkisi araştırmaları gerçekleştirilmiştir, ancak farklı geometriler için boyut etkisi sunan deneysel veriler oldukça sınırlıdır.
Bu amaçla, sunulan tez çalışmasında geometrik benzer ve benzer olmayan deney numuneleri incelenmiştir. TS 802 standartlarına uygun olarak 4, 8 ve 12 mm agrega dane çaplarına sahip beton karışımları hazırlanmıştır. Karışımlarda su/çimento oranı 0.6 olarak tasarlanmıştır. Deneysel çalışmalarda merkezi, çift sınır ve tek sınır çentikli numuneler üretilmiştir. Numuneler 50 mm kalınlıkta, en az üç farklı derinlik ve relatif çentik boyu ile tasarlanmıştır. Farklı kombinasyonlarda 12 seri, 552 adet numune üretilmiştir. Aynı zamanda sertleşmiş betonun mekanik özelliklerini tayin etmek için her seride küp numuneler kullanılmıştır.
Hazırlanan numunelere 28 gün kür süresi sonunda, yarma, eğilme ve kompakt basınç deneyleri uygulanmıştır. Elde edilen veriler boyut etkisi kanunları ve kırılma mekaniği modelleri kullanılarak analiz edilmiş ve yaklaşık formüller geliştirilmiştir. Tüm numune türlerinde boyut etkisi görülmüş ve yaklaşık formüllerin uygulanabilir olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The strength of laboratory-sized specimens is greater than the strength of structural members in real structures. In fracture mechanics, the reason for this is explained by the term of size effect. The size effect indicates that the strength of specimens with initial cracks decreases with increasing size. It is well known that quasi-brittle materials such as concrete show a size effect even if there is no initial cracking. Because concrete specimens, may include certain defects, such as voids and cracks, even before being exposed to loads. For this reason, this thesis research was conducted to understand the fracture behavior of specimens without initial cracks and to determine the effect of crack length to specimen depth ratio on the size effect law for concrete specimens without initial cracks. Size effect researches have been carried out on specimens with a similar geometry with fracture models, but experimental data showing the effect of size for dissimilar geometries and the same material are quite limited.
For this purpose, geometrically similar and dissimilar test specimens were investigated. Concrete mixtures with aggregate grain diameters of 4, 8 and 12 mm were prepared in accordance with TS 802 standards. The water/cement ratio in the mixtures was designed as 0.6. In experimental researches, central, double edge and single edge notched specimens were produced. The specimens were designed with a thickness of 50 mm, at least three different depths and relative notch lengths. 12 series, 552 specimens were produced in different combinations. Also cube specimens were used in each batch for determining mechanical properties of concrete.
At the end of the 28 days curing period, splitting, bending and compact compression tests were applied to the prepared specimens. Obtained data were analyzed using the popular size effect laws, in the literature fracture mechanics models and approximate formulas were developed. Size effect was observed in all specimens types and some approximate formulas were determined to be applicable.