Boşluklu betonarme kompozit döşemelerin taşıma kapasitelerinin deneysel değerlendirilmesi
Experimental evaluation of the bearing capacity of concrete composite voided slabs
Yazar: FIRAT KIPÇAK
Danışman: PROF. DR. ABDULHALİM KARAŞİN ; PROF. DR. MÜCİP TAPAN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme döşemeler = Reinforced concrete slabs ; Kat döşemeleri = Floor slabs ; Kirişsiz döşemeli sistemler = Beamless plate structure ; Levha eğilme problemi = Plate bending problem ; Sargılı betonarme = Confined reinforced concrete ; Tip döşeme = Typical floor

Özet:
Betonarme yapılarda boşluklu döşeme sistemleri çoğunlukla döşeme altına yerleştirilen polistiren köpük ile üretilmektedir. Döşemede bulunan boşlukların temel amacı döşeme ağırlığını azaltmaktır. Bu tez çalışmasında döşeme enkesitinin orta katmanında polistiren köpük ile oluşturulmuş boşluklu bir dizi betonarme döşeme davranışı deneysel ve analitik olarak araştırılmıştır. Bu bağlamda boşluk miktarının değiştiği 11 adet döşeme sistemi, iki ayrı gruba ayrılmıştır. Birinci grupta bulunan döşemelerin ilki boşluksuz kontrol numunesi iken dört adet döşeme boşluklu üretilmiştir. İkinci grupta bulunan döşemeler ise ek olarak kesme donatısı ile güçlendirilmiştir. Boşluklu döşemelerin alt ve üst katmanı betonarme, orta katmanı ise polistiren köpük ile oluşturulmuştur. Döşeme uzunluğu 200 cm, genişliği 100 cm ve kalınlığı 15 cm'dir. Boşluklu döşeme her katmanı 5 cm olacak çekilde üç katmanlı üretilmiştir. Döşeme deneyleri öncesi ön çalışmada betonun plastikleşme hasar modeline ve çeliğin elastoplastik davranışına göre ABAQUS programında analitik çalışma yürütülmüştür. Döşemeler iki alt kenarı kayıcı ve dönebilen mesnetlere oturtulmuş üç noktadan eğilme deney yöntemine göre test edilmiştir. Yükleme ise açıklık ortasında düzgün çizgisel yayılı yükleme ile verilmiştir. Deplasman okumaları döşeme açıklık ortasından doğrudan alınmıştır. Ayrıca tez kapsamında döşemelerde kullanılan betonun ve çeliğin mekanik deneyleri yapılmıştır. Sonuçlara göre boşluk oranı artışı ile döşeme eğilme kapasitesinde düşüş, toplam şekil değiştirme miktarında artış gözlenmiştir. Aynı zamanda boşluk oranının %20 olması durumunda kırılma türünün eğilmeden kesilmeye geçtiği görülmüştür. Birinci grup döşemelerde boşluk artışına rağmen başlangıç rijitlikleri yaklaşık aynı kalmıştır. Kesme donatılarının kullanıldığı ikinci grup döşemelerde birinci gruba göre başlangıç rijitlikleri ve sünek şekil değiştirme kapasiteleri artmıştır. İkinci grup döşemelerde kesme donatısının kullanılması ile boşluklu döşeme nihai yük kapasitelerinde önemli düşüş yaşanmamıştır. Ayrıca analitik çalışmada elde edilen moment/çökme değerlerinin deneysel çalışma ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Tez kapsamında yapılan deney, gözlem ve analitik değerlendirme sonucuna göre kesme donatısının kullanıldığı döşemelerde belirli oranda boşluk bırakılabileceği ve döşemelerin nihai yük dayanımında önemli ölçüde kayıp olmadan döşemelerin hafifletilebileceği görülmüştür.

Abstract:
Voided slab systems in reinforced concrete structures are mostly produced with polystyrene foam placed under the slab. The main purpose of the voids in the slab is to reduce the weight of the slab. In this thesis, the behavior of a series of voided reinforced concrete slabs formed with polystyrene foam in the middle layer of the slab cross-section was investigated experimentally and analytically. In this context, 11 slab systems in which the amount of void changes is divided into two separate groups. While the first of the slabs was used as the control specimens without any void, four slabs were produced with voids. The slabs in the second group are additionally reinforced with shear reinforcement. The bottom and top layers of the voided slabs are made of solid reinforced concrete, whereas the middle layer consists of polystyrene foam and concrete. Slab length is 200 cm, width is 100 cm and thickness is 15 cm. Voided slabs are produced in three layers, each layer is 5 cm in height. In the preliminary study before the slab tests, an analytical study was carried out in ABAQUS software according to the concrete damage plasticity model (CDP) of concrete and elastoplastic behavior of steel. Slabs were tested according to the 3-point bending test method in which roller supports were placed at bottom of slab. The loading is applied with a uniform linear distributed loading in the middle of the span. Displacement readings were taken directly from the center of the slab span. In addition, mechanical tests of the concrete and steel used in the thesis were carried out. According to the results, when the void ratio increased, a decrease in the slab bending capacity and an increase in the total deformation were observed. At the same time, it was observed that the cracking type changed from bending to shear in case the void ratio was 20% or more. Despite the increase in voids in the first group of slabs, the initial stiffnesses remained approximately the same. In the second group of slabs in which shear reinforcements were used, the initial stiffness and ductile deformation increased compared to the first group. There was no significant decrease in the final load capacities of the slabs with the use of shear studs in the second group of slabs. In addition, the moment and deflection values obtained in the analytical study is found to be consistent with the experimental study. According to the experimental results, observations and analytical evaluation carried out within the scope of the thesis, it has been noted that a certain amount of void can be left in the slabs where shear stud is used and the slabs can be lightened without significant loss in ultimate load capacity.