Yüksek performanslı beton eleman içine gömülü çentikli çelik levhanın çekme etkisi altındaki davranışının deneysel olarak incelenmesi
Experimental analysis of the behavior of the high performance concrete encased notched steel plate under tension effects
Yazar: FAYSAL NORI
Danışman: DOÇ. DR. BENGİ ARISOY
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Prefabrik yapılarda kompozit olarak kullanılan betonarme-çelik sistemlerde en çok görülen problemler düğüm noktalarında oluşmaktadır. Betonarme-çelik kompozit yapıda olası bu problemin biri çelik elemanın betonarme elemandan sıyrılmasıdır. Bu sıyrılma problemi yapı kapasitesini düşürmektedir. Bu tip kompozit yapıların düğüm noktasında oluşması muhtemel beton-çelik sıyrılma problemlerin incelenmesi, belirlenen beton-çelik davranışın olumsuz taraflarını minimuma indirmek için önlemlerin saptanması dolaysıyla yapı kapasitesinin artışının garanti etmesi önemlidir.  Normal dayanımlı betonun içine gömülü çelik elemanlar kolaylıkla sıyrılabilmektedir. Normal dayanımlı beton yerine yüksek dayanımlı betonun kullanılması çelik elemanın sıyrılmasını önlemek için veya en aza indirmek için alınacak önlemlerden biridir. Dolaysıyla, çelik elemanın yüksek dayanımlı beton içinden sıyrılma davranışının incelenmesi önemli bir husustur. Bu çalışmanın amacı yüksek dayanımlı betonun kompozit yapılarda kullanılması çelik eleman ile arasındaki aderansa etkisi, çatlak gelişimi, düğüm noktasının davranışını incelemektir.
Bu tip elemanların uygulaması daha çok betonarme rüzgâr kulelerinde görülmektedir. Pervane ve motor bölümünü yerden güvenli bir yükseklikte çalışmasını sağlar. Kule, rüzgâr türbinlerinde nacelle ve rotoru taşır. Kuleler genellikle tüp şeklinde çelik, kafes yapılı veya betonarme olarak inşa edilir. Halat destekli direk tipi kuleler genellikle küçük türbin uygulamalarında kullanılır.
Kompozit elemanlardan oluşan rüzgâr türbinleri betonarme rüzgar türbinlerine nazaran yaklaşık %40 daha düşük zati ağırlığa sahip olabilmektedir.  Yapının zati ağırlığı daha düşük olmak sismik yüklere karşı istenilen yapı sünekliğini oluşturmada iyi performans sağlamak ve aynı zamanda oluşacak muhtemel depremde daha az deprem yükü demektir.
Deneysel çalışma için üç farklı numune hazırlandı. Numuneler iki farklı elemanlardan oluşmaktadır. Yüksek dayanımlı betonarme kiriş ve kirişin içine gömülü çelik levha. Hazırlanan bütün numunelerde betonarme kirişin geometrik özellikleri aynıdır. Yüksek dayanımlı betonarme kiriş iki farklı kısımdan oluşmaktadır. Kirişin ilk kısmın ebatları 2000x150x250 mm ancak ikinci kısmı ise aynı kirişin üstüne ilave bir betonarme parça olarak görünen çelik levhanın saplanmış kısmıdır. İkinci parçanın ebatları de 1400x150x200 olarak alınmıştır. Yüksek dayanımlı betonarme kirişin beton döküm işlemi tek bir seferde olduğu için kirişin tamamı tek bir parça halinde çalışmaktadır. Deney için kullanılan 20mm saç levhanın de geometrik özellikleri (levhanın üzerine açılan çentiklerin şekli) her üç numune için aynı olarak alındı. Yapılan çalışmayı güçlendirmek için sonlu elemanlar bilgisayar tabanlı Abaqus 2018 yazılım programı vasıtasyal analatik bir çalışma da yapıldı. Yapılan her deneysel ve analatik çalışma birbirleryle karşılatırıldı.

Abstract:
The most common problems in reinforced concrete-steel systems used as composites in prefabricated structures occur at the joints. One of this possible problem in reinforced concrete-steel composite structure is the stripping of the steel element from the reinforced concrete element. This peeling problem reduces the building capacity. It is important to guarantee the increase of the building capacity by examining the concrete-steel peeling problems that may occur at the node point of this type of composite structures and determining the measures to minimize the negative aspects of the determined concrete-steel behavior. Steel elements embedded in normal strength concrete can be easily stripped. The use of high strength concrete instead of normal strength concrete is one of the precautions to be taken to prevent or minimize the stripping of the steel element. Therefore, it is important to examine the peeling behavior of the steel element through high-strength concrete. The purpose of this study is to investigate the effect of high strength concrete in composite structures on the adherence with steel element, crack development, and the behavior of the joint.
Application of this type of element is mostly seen in reinforced concrete wind towers. It provides the propeller and motor section to work at a safe height from the ground. The tower carries nacelle and rotor in wind turbines. The towers are generally constructed as tubular steel, truss or reinforced concrete. Rope supported mast type towers are generally used in small turbine applications. 
Wind turbines consisting of composite elements can have approximately 40% lower personal weight than reinforced concrete wind turbines. The lower weight of the structure means to provide good performance in creating the desired structural ductility against seismic loads and also less earthquake load in the possible earthquake.
Three different samples were prepared for the experimental study. Samples consist of two different elements. High strength reinforced concrete beam and steel plate embedded in the beam. In all prepared samples, the geometric properties of the reinforced concrete beam are the same. High strength reinforced concrete beam consists of two different parts. The dimensions of the first part of the beam are 2000x150x250 mm, but the second part is the stuck part of the steel plate, which appears as an additional reinforced concrete piece on the same beam. The dimensions of the second part were taken as 1400x150x200. Since the concrete casting process of high strength reinforced concrete beam is in one time, the entire beam operates in one piece. The geometric properties (the shape of the notches opening on the plate) of the 20mm plate used for the experiment were taken as the same for all three samples. To strengthen the study, a finite element computer-based software Abaqus 2018 program was also included in a medial study. Each experimental and analytical study was compared with each other.