Betonarme kiriş davranışının doğrusal olmayan modellerle parametrik incelenmesi
Parametric analysis of reinforced concrete beams using nonlinear models
Yazar: SEDAT ŞEKER
Danışman: DOÇ. DR. ÇAĞRI MOLLAMAHMUTOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton = Concrete ; Kırılma mekaniği = Fracture mechanics ; Plastisite = Plasticity ; Sonlu elemanlar = Finite elements

Özet:
Mekanik disiplini bu gün başlıca küçük boyutlu makina parçasından büyük ölçekli mühendislik yapılarına kadar tüm mühendislik ürünlerinde büyük önem teşkil etmektedir. Söz gelimi kırılma mekaniği yapısal elemanların davranışının çözümlenmesinde önemli bir role sahiptir. Bu çalışmada, otomatikleştirilmiş sonlu elemanlar (SE) paketi aracılığıyla RC kirişlerin parametrik incelemesi yapılmıştır. Düzlem şekil değiştirme durumunda Beton Hasarlı Plastisite (BHP) modeli kullanılmıştır. Modelin doğrulaması, mevcut deneysel literatürle karşılaştırılarak verilmiştir. Dilatasyon açısı φ, basınç dayanımı fcm, kesme açıklığının derinlik oranına a/d, enine donatı oranı ρw varyasyonları hesaba katılmıştır. Yük yer değiştirme eğrileri, süneklik ve kırılma modları incelenmiştir. En etkili parametreler belirlendi. BHP SE çözümlerinin RC kiriş davranışının gerçekçi bir resmini yakalayabildiği görüldü. Gerçek RC kiriş davranışında olduğu gibi a/d ve/veya ρw arttığında (azaldığında) göçme modu kesmeden eğilmeye (eğilmeden kesmeye) kaydırılır.  Bu çalışmada aynı zamanda çözüm ağı boyutu ile ilgili çeşitli varvasyonlar denenerek davranış üzerine ne denli etkilerde bulunduğu araştırılmıştır.Bilindiği üzere çözüm ağı sıklaştıkca daha doğru sonuçlar alınabilmektedir ancak bunu optimum bir düzeyde tutmadığımızda haddinden fazla bir çözüm ağı sıklığı kullandığımızda çözümü zorlaştırmakta ve hatalı sonuçlar vermektedir. Aynı şekilde çözüm ağı sıklığı gerekli olan optimum düzeyden daha az olduğunda ise çözümün hatalı olmasına ve yapısal davranışın gerçekten davranıştan uzaklaşmasına neden olur. Modelde gözlemlenen çatlak-hasar desenleri gerçek hayattaki beklentilerle uyumluydu. Son olarak, RC kirişin modellemesinde BHP uygulamasına ilişkin parametre seçimi ve sayısal şemalarla ilgili genel sonuçlar da çizilmiştir.

Abstract:
Mechanical discipline is of great importance today in all engineering products, mainly from small-sized machine parts to large-scale engineering structures. For example, fracture mechanics has an important role in analyzing the behavior of structural elements. In this study parametric investigation of RC beams via an automated finite element (FE) package was conducted. Concrete Damaged Plasticity (CDP) model was utilized in plane strain setting. Verification of the model was given through comparison with existing experimental literature. Variations of dilatation angle φ, compressive strength fcm, shear span to depth ratio a/d, transverse reinforcement ratio ρw were taken into account. Load displacement curves, ductility and failure modes were investigated. Most effective parameters were identified. It was seen that CDP FE solutions were able to capture a realistic picture of RC beam behaviour. As in real RC beam behaviour when a/d and/or ρw was increased (decreased) failure mode shifted from shear to flexural (flexural to shear). In this study, various variations related to the mesh size were also tried and the effects on the behavior were investigated. As it is known, more accurate results can be obtained as the mesh size becomes denser. Likewise, when the mesh frequency is less than the required optimum level, it causes the solution to be faulty and the structural behavior moves away from the real behavior. Observed crack-damage patterns in the model were conforming with the real-life expectations. Finally general conclusions pertaining parameter selection and numerical schemes with respect to application of CDP in RC beam modeling were drawn as well.