Eksenel yüklü betonarme kolonların yüksek sıcaklık etkisindeki davranışlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation behavior of axial loaded reinforced concrete columns under high temperature
Yazar: ARMAN HOSSEIN ESKANDANI
Danışman: PROF. DR. SELİM PUL
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme kolon = Reinforced concrete column ; Deneysel yöntemler = Experimental methods ; Eksenel yük = Axial load ; Sayısal analiz = Numerical analysis

Özet:
Betonarme yapılar asıl olarak kullanım yüklerini ve sismik hareketlerin neden olduğu yanal kuvvetleri taşımak için tasarlanmakla birlikte, yangın gibi olaylar nedeniyle ortaya çıkan yüksek sıcaklığın bu yapıların güvenliğini önemli ölçüde etkileyebilecek tehlike olarak dikkate alınması gerektiği açıktır. Betonarme elemanların yüksek sıcaklık etkisi altında yapısal performansı ve yük taşıma kapasiteleri önemli ölçüde azalabilmekte ve kısmi veya toptan göçme durumu oluşabilmektedir. Bu nedenle, bu tez çalışmasında bir taşıyıcı eleman olarak eksenel yüklü betonarme kolonların yüksek sıcaklık etkisindeki davranışları incelenmektedir. ISO 834 standart yangın eğrisini bilgisayar kontrol sistemi sayesinde otomatik olarak uygulayabilen özel bir elektrikli fırın ve soğutma sisteminin kullanıldığı çalışmada betonarme kolon elemanlara sabit eksenel yük altındayken yüksek sıcaklık etkisi de verilmiştir. Belirlenen sıcaklık değerine ve ısıtma süresine ulaşıldığında, deney senaryosu gereği suyla soğuma ya da kendiliğinden soğuma uygulaması sonunda sabit olarak bekletilmekte olan yük artırılarak kolonun eksenel yük taşıma kapasitesi belirlenmiştir. Çalışmanın ana parametreleri beton dayanımı, ısıtma süresi ve soğutma tipidir. Böylece, yüksek sıcaklık sonrası kolon numunelerin rijitlik ve taşıma kapasitelerinin değişimi incelenmiştir. Betonarme kolon numuneler ayrıca Abaqus programı kullanılarak deneysel sonuçların ışığında sayısal olarak da modellenmiş ve analiz edilmiştir. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan, ısıtma süresi arttıkça eksenel yük taşıma kapasitesindeki azalmanın da arttığı, 120 dakikalık yüksek sıcaklık uygulanan numunelerin kendiliğinden soğuyanında %9.5 kapasite azalması meydana gelirken, suyla soğutulan kolonda bu oran %35 olarak belirlenmiştir. Bu durum, yangına maruz binaya suyla müdahale sırasında ısıl şoktan dolayı özellikle düşey taşıyıcılarda oluşacak kapasite düşüşünün göz önünde bulundurulması gerektiğini göstermiştir.

Abstract:
Although reinforced concrete structures are traditionally designed to carry service loads and lateral forces caused by seismic events, it is clear that the high-temperature caused by events such as fire should be also taken into account as hazardous phenomena that can significantly affect the safety of these structures. High-temperature exposure can considerably reduced the structural performance and load carrying capacity of reinforced concrete members, and therefore lead to a partial or total collapse. To address this issue, this study aims to investigate the axial load bearing capacity of reinforced concrete columns exposed to high temperature. In the study, a special electric furnace and cooling system which can apply ISO 834 standard fire curve automatically by computer control system is used to give reinforced concrete column elements with high-temperature effect under constant axial load. When the expected temperature value and heating time were reached, the axial load carrying capacity of the column was determined by increasing the load which was kept constant after the water-cooling or self-cooling application according to the experimental scenario. The main parameters of the study were concrete strength, heating time and cooling type. Thus, the change in stiffness and bearing capacity of the column specimens after high temperature was investigated. Reinforced concrete column specimens were also numerically modeled and analyzed using the Abaqus program to verify the experimental results. According to the experimental studies, the decrease in axial load carrying capacity increased as the heating time increased, the self-cooling capacity of the specimens applied to 120 minutes of high temperature decreased by 9.5%, while this ratio was determined as 35% in the water-cooled column. This has shown that the capacity decrease due to thermal shock, especially in vertical bearing elements, should be taken into account during the water intervention of the building exposed to fire.