Betonarme perdelerin plastik mafsal boyunu etkileyen değişkenlerin sonlu elemanlar ile incelenmesi
Plastic hinge length determination using finite elements on reinforced concrete shear walls
Yazar: TOLGA ÇINAR
Danışman: PROF. DR. KUTLU DARILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme perdeler = Reinforced concrete shear walls ; Plastik mafsal = Plastic hinge ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Betonarme perdeler deprem ve rüzgar gibi yatay yüklerin karşılanmasında etkili olarak kullanılırlar. Perdelerden beklenen performansın sağlanabilmesi için analiz ve tasarımlarının doğru yapılması gereklidir. Perdelerin elastik ötesi davranışını belirlemek amacıyla çok farklı analiz yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemler arasında basitliği ve zaman tasarrufu sağlaması sebebiyle yığılı plastik davranış modeli yaygın olarak kullanılmaktadır. Yığılı plastik davranış modelinde, doğrusal olmayan şekil değiştirmelerin belirli bir bölgede düzgün yayılı olarak oluştuğu kabul edilmektedir. Bu bölge plastik mafsal olarak nitelendirilmektedir. Bu model kullanılarak yapılan analiz sonucunda bulunan plastik yer değiştirme bileşenin doğruluğu plastik mafsal boyu ile doğrudan ilişkilidir. Tutarlı ve güvenilir sonuçlar elde etmek amacıyla farklı araştırmacılar tarafından farklı plastik mafsal boyu eşitlikleri sunulmuştur.
Bu çalışma kapsamında, plastik mafsal boyunu etkileyen değişkenleri belirlemek amacıyla 59 adet betonarme perde analiz edilmiştir. Bu işlem yapılırken sonlu eleman programı, ABAQUS, kullanılmıştır. Yapılan sonlu eleman analizi literatürde yer alan bir deneyle doğrulanmıştır.
Parametrik çalışma kapsamında, perde uzunluğu (Lw), perde yüksekliğinin/perde uzunluğuna oranı (Hw/Lw), eksenel kuvvet oranı  (P/Agfc), uç bölgesi boyuna donatı oranı(ρbl), uç bölgesi enine donatı oranı (ρbt) ve gövde bölgesi yatay donatı oranı (ρwh) değişken olarak belirlenmiştir. Tüm modeller için beton basınç dayanımı 30 MPa, donatı çeliği akma dayanımı 420 MPa olarak alınmıştır.
Analizler sonucunda perde uzunluğu ve perde yüksekliğinin perde uzunluğuna oranındaki artışla beraber plastik mafsal boyunda da artış gözlenmiştir. Bu değişkenlerin aksine eksenel kuvvet oranındaki artışla birlikte plastik mafsal boyunda azalma olduğu saptanmıştır. Uç bölgesi enine donatı oranı ve gövde bölgesi yatay donatı oranındaki artışlar plastik mafsal boyunda azalmaya, uç bölgesindeki enine donatı oranındaki artış plastik mafsal boyunda artışa yol açsa da regresyon analizi sonucunda ilk 3 değişken kadar etkili olmadığı belirlenmiştir.
Analizler sonucu elde edilen plastik mafsal boyları ve regresyon analizi kullanılarak betonarme perdelerde plastik mafsal boyunu belirlemek için bir plastik mafsal boyu eşitliği sunulmuştur. Önerilen eşitlik ve literatürde yer alan eşitlikler, sonlu eleman analiziyle bulunan plastik mafsal boylarıyla karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Reinforced concrete shear walls are commonly used as primary element in structural systems against lateral loads such as earthquake and wind loads, on account of their high lateral strength and stiffness that limit the lateral deflections. Shear walls have to provide sufficent flexural capacity against lateral loads and it is very important for the safety of whole structure. Although there are various analysis methods such as fiber analysis and finite element analysis to determine the response of walls, plastic hinge analysis is mostly used method to calculate the flexural displacement capacity of reinforced concrete shear walls, thanks to its simplicity.
In spite of the nonuniform spreads of plasticity curvature through the plastic zone, it is supposed that plastic curvatures lumped uniformly at a certain region near the wall base, as called plastic hinge, in the plastic hinge method.The certainty of plastic displacement component depends on the plastic hinge length. 
In this study, the parametric study was carried out to investigate the parameters that affect the plastic hinge length in reinforced concrete shear walls. Because of the there is not adequate experimental data in the literature to acquire plastic hinge length of reinforced concrete shear walls, parametric study was conducted by using finite element model which was verificated by experimental results. Within the scope of this research, 59 walls having different parameters such as aspect ratio, wall length, axial load ratio, boundary longitudinal reinforcement ratio, boundary transverse reinforcement ratio, and web horizontal reinforcement ratio were analyzed.
After the calculation of plastic hinge length, influence of parameters to plastic hinge length was investigated. The first parameter studied was the aspect ratio. Shear walls with higher aspect ratio have larger plastic hinge length than walls having lower aspect ratio. Another parameter studied was wall length. Longer walls have larger plastic hinge than shorter walls. Increase in axial load ratio causes decrease in plastic hinge length. While the boundary transverse reinforcement ratio increase the plastic hinge length for walls with 2 meter length, no apparent effect was observed for walls having 3 meter and 4 meter length. There is no important effect of boundary longitudinal reinforcement ratio and web horizontal ratio on the plastic hinge length. The regression analysis was maintained. As a result of regression analysis, aspect ratio, wall length and axial load ratio were determined as a primary parameters that affect the plastic hinge length. 
The multiple regression analysis was conducted so as to propose plastic hinge expression by using the variables of parametric study. Firstly, more complicated expressions that consist of all variables were suggested. Then, more simple equation that comprise primary variables was proposed. 
Finally, proposed equation was compared with the code equations and prior proposed equations in the literature so as to prove the consistency of the equation.