Betonarme perdelerin kesme dayanımının incelenmesi
Investigation of reinforced concrete wall shear strength
Yazar: ÇAĞLAR İNCEOĞLU
Danışman: ÖĞR. GÖR. ZEYNEP DEĞER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yüksek  riskli deprem bölgelerinde, betonarme perde duvarlar binaya önemli miktarda yatay rijitlik ve dayanım sağladığı için deprem ve rüzgâr yüklerine karşı tasarımda yaygınca kullanılmaktadır. EuroCode 8, ASCE 7, ACI 318-14, JSC-2001, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik-2007 gibi modern deprem şartnameleri yürürlüğe girmeden önce inşa edilen betonarme perdeli binalarda çoğunlukla donatı ve detaylandırmada yetersizlik saptanmıştır. Ancak geçmişte meydana gelmiş olan depremler sonrasında yapılan keşif ve incelemeler neticesinde bu binaların şiddetli hasar görmeye ve/veya göçmeye yatkın olduklarını saptanmıştır. Hasara yatkın binaların gelecekte meydana depremlerde alabileceği hasar riskini azaltmak için, mevcut binaların deprem güvenliğinin değerlendirilmesi ve mevcut perdelerin iyileştirilmesi suretiyle binaların rehabilitasyonu fazlasıyla önem kazanmıştır. Rehabilitasyonun performans ve ekonomik açılardan verimli şekilde yapılabilmesi için betonarme perde duvarların deprem yükleri altındaki davranışının çok iyi şekilde analiz edilip kavranması ve sistemlerin analitik modellerinin beklenen davranışı, binanın gerçek davranışına en yakın ve en iyi şekilde matematiksel/analitik olarak modellenmesi gerekmektedir. Etkin bir değerlendirme yapabilmek için bu çalışma kapsamında ilk olarak yazar ve araştırmacılar tarafından dünya çapında şimdiye  kadar yapılmış olan betonarme perde duvar deneylerini içeren detaylı ve geniş kapsamlı bir veri tabanı oluşturulması amaçlanmıştır. Bu çalışma ile betonarme perde duvarların kesme dayanımı üzerinde, farklı göçme tipleri için duvarın geometrik özellikleri, eksenel yük, yanal donatı miktarı gibi çeşitli parametrelerin etkileri incelenmiştir. Ayrıca EuroCode 8, ASCE 7, ACI 318-14, JSC-2001, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik-2007 gibi mevcut yönetmeliklerdeki kesme dayanımı ile ilgili verilmiş olan hükümlerin ve mevcut modelleme kıstasları ile bu modellerde kullanılan parametrelerin elden geçirilmesi ve bunun sonucunda betonarme perde duvar davranışlarının daha iyi bir şekilde yansıtılabilmesi amaçlanmıştır. Betonarme perde duvarların davranışını anlamak için en önemli niteliklerden biri perdelerin kesme dayanımıdır. Mevcut perdeli binaların daha etkili değerlendirilmesi için perdelerin kesme dayanımın doğru hesabına ihtiyaç vardır. Bu amaçla, bugüne kadar yapılmış olan perde duvar deneyleri incelenmiş ve belirlenmiş, çalışmaya uygun olan deney sonuçları kullanılarak geniş kapsamlı bir veri tabanı oluşturulmuştur.Bu veri tabanı üzerinde yapılan istatistiksel çalışmalar sonucunda, DBYBHY'e (2007) göre hesaplanan teorik kesme dayanımı kesme kontrollü duvarlarda deneysel kesme dayanımından %7 düşük olarak hesaplanmakta, karma ve eğilme kontrollü perdeler için ise sırasıyla %34 ve %44 üzerinde bir dayanım değeri elde edilmektedir. Benzer bir kesme dayanımı formülünün kullanıldığı ACI 318-14 (2014) için de buna yakın sonuçlar elde edilmektedir. Buna göre, ACI 318-14'teki (2014) kesme dayanımı formülünün kesme kontrollü duvarlarda %11 daha düşük, karma ve eğilme kontrollü duvarlarda ise sırasıyla %21 ve %34 daha yüksek sonuç verdiği belirlenmiştir. Son olarak JSC'de (2001) tanımlanan formüle bakıldığında, bu formül diğer iki formüle göre daha çok parametre içerdiği için güvenirlilik analizi olarak gerçeğe daha yakın sonuçlar vermektedir. Bu formül ile hesaplanan teorik kesme dayanımı kesme kontrollü duvarlar ve karma duvarlar için deneysel kesme dayanımından sırasıyla %3 ve %8 düşük olurken, eğilme kontrollü duvarlarda  %9 yüksek hesaplanmaktadır.Yapılan istatistiksel çalışmalar ile farklı yönetmeliklerde yer alan kesme dayanımı formülleri ile hesaplanan teorik kesme dayanımı ile gerçek kesme dayanımı arasındaki oranın ortalama değerleri aşağıdaki şekilde özetlenmiştir.
Gerçek kesme dayanımı ile ACI 318-14'e göre hesaplanan kesme dayanımı arasındaki oranın ortalama değerleri:
•	Kesme-kontrollü duvarlar: 1.11
•	Karma duvarlar: 0.79
•	Eğilme-kontrollü duvarlar: 0.66 
Gerçek kesme dayanımı ile ACI 318-14'e göre hesaplanan kesme dayanımı arasındaki oranın ortalama değerleri:
•	Kesme-kontrollü duvarlar: 1.07
•	Karma duvarlar: 0.66
•	Eğilme-kontrollü duvarlar: 0.56
Gerçek kesme dayanımı ile ACI 318-14'e göre hesaplanan kesme dayanımı arasındaki oranın ortalama değerleri:
•	Kesme-kontrollü duvarlar: 1.03
•	Karma duvarlar: 1.08
•	Eğilme-kontrollü duvarlar: 0.91
Yapılan istatistiksel çalışmalar sonucunda farklı göçme tipine sahip perdelerin yatay yük kapasitesinin hesabı için regresyon analizleri yapılmıştır. Yapılan bu regresyon analizleri sonucunda hem yüksek korelasyonun hem de formülün fiziksel anlamının önemi göz önünde bulundurularak başında sabit bir katsayı olan ya da olmayan alternatif formüller önerilmiştir ve bu formüller arasından seçimler yapılmıştır.

Abstract:
Reinforced concrete shear walls have been widely used in buildings located in seismic regions due to their high rigidİty and ductility against wind loads and earthquake. Majority of thebuildings with reinforced shear walls that were not constructed based on recent seismic codes (e.g. Turkish Seismic Code 2007, ACI 318-14, ASCE 7, EuroCode 8 and Japanese Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Buildings 2001) haveproblems such asinadequate reinforcement and detailing, poor material quality. Post-earthquake observations have shown that such buildings are more likely to experience a greater degree of damage or even collapse because of considerable influences of insufficient reinforcementdetailing and inadequate material quality. Rehabilitation and retrofit of existing buildings has been vital and commonly used to minimize the risk of possible damage/collapse or potential post earthquake damages of such buildings.For better rehabilitation, it is necessary to understand the behavior of reinforced concreteshear walls. Analytical models that are representative ofexpected behavior of existing building stockcan lead an effective rehabilitation.
Wall shear strength is one of the most important features that play an important role inidentifying actual response of shear walls. Therefore, analytical models should estimate shear strength as accurate as possible.Shear strength equations given in modern seismic codes are considered while calculating wall shear strength for both designing a new shear wall structure and investigation of existing structures. Wall shear strength equations provided byACI 318-14 and TSC- 2007 are relatively simple and includefewernumber of parameters, whereasthat of Japanese Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Buildings is more complicated and includes more number of parameters. According to TSC-2007 and ACI 318-14, nominal shear strength is directly proportional to horizontal web reinforcementmaterial properties of concrete, whereas ACI 318-14 equation considers influence of aspect ratio on shear strength as well. Compressive concrete strength was mentioned in TSC-2007 and ACI 318-14.Experimental studies have shown that various other parameters that were not mentioned in shear strength equations provided by recent seismic codes can affect wall shear strength. These studies focused on influence of axial load, vertical web reinforcement, and boundary confinement. Studies have also shown that experimental shear strengthgives much higher value than calculated shear strength that may cause non-economical rehabilitations and over-conservative designs. For this reason, alternative equations with more detailed expressions for shear strength were needed.
This thesis aims to assess modern seismic code provisions and to investigate reliability and accuracy of shear strength equations given in modern seismic codes.Alternative shear strength equations were alse developed, using a detailed wall test database consisting of a large number of shear wall tests (a total of 172) conducted by various researchers around the world. The database included 35 shear- controlled wall specimens that failed bysliding shear, diagonal tension failure or web crushing,64 flexure-controlled wall specimens that failed by rebar buckling, flexural cracks or concrete spalling and 73 transition wall specimens that contain both failure modes,respectly. Previous research have shown that shear walls have different behaviour and responses depending on their properties, especially shear span ratio or aspect ratio. Specimens in the database were classified based on their reported failure modes and statistical studies were carried out. Detailed linear regression analyses were carried out to investigate influence of the key parameters and were conducted to derive best-fit empirical equaions for  shear strength for each failure mode. Correlation coefficient ( ) shows the linear relationship between two variables (0 to 1.0). It becomes 1.0 for a parameter that correlates with shear stressexcellently and 0 for a parameter that is not corraleted with shear stress.Parameters that showed higher correlation with stress were compressive strength of concrete ( ) and horizontal web reinforcement ratio ( ) for the shear controlled walls, however they are not well-correlated with shear strenght for transition and flexure-controlled walls. For other walls (transition and flexure-controlled walls),both vertical web reinforcement ratio ( ) and horizontal web reinforcement ratio ( ) and showed higher correlation with shear stress.
Mean values of the ratio of experimental strength to the estimated strength according to ACI 318-14 were,
•	Shear-controlled : 1.11
•	Transition : 0.79
•	Flexure-controlled : 0.66 
Mean values of the ratio of experimental strength to the estimated strength according to TSC-2007 were,
•	Shear-controlled : 1.07
•	Transition : 0.66
•	Flexure-controlled : 0.56
Mean values of the ratio of experimental strength to the estimated strength according to JSC-2001 were,
•	Shear-controlled : 1.03
•	Transition : 1.08
•	Flexure-controlled : 0.91
Results of the analyses to determine reliability of estimated shear strength showed that equations provided by ACI 318, Turkish Seismic Code, and Japanese Seismic Code 2001 underestimate the shear strength of shear-controlled walls by 11%, 7%, and 3%, respectively. It is also notedthat equation provided by Turkish Seismic Code 2007 is not appropriate for non-rectangular shear walls.
To obtain equations that calculate the shear strength closer to accurate, multi-linear regression analyses were conducted and alternative equations for shear strength were derived for the shear-controlled walls. Different combinations of various key parameters were tried until the best correlation between the equation and the test results wasobtained. These equations were found to capture expected response (shear strength) reasonably close to accurate, based on mean values of the test results. During this process, results of single parameter regression analysis were helpful to prioritize the parameters to be used in the equation. Equationsthat are physically the most meaningful with a correlation coefficient as high as possible were selected. These equationsaim to help the profession better assessbehavior and failure of shear walls and achieve more economical and reliable seismic rehabilitation.