Çelik lifli betonarme yüksek kirişlerde kesme davranışınınincelenmesi
Investigation on shear behavior of steel fiber reinforced concrete deep beams
Yazar: MUSTAFA İRFAN BİRİNCİOĞLU
Danışman: PROF. DR. GÜRAY ARSLAN ; DOÇ. DR. RIZA SECER ORKUN KESKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme = Reinforced concrete ; Kesme dayanımı = Shear strength ; Kirişler = Beams ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Çelik lif = Steel fiber

Özet:
Beton gevrek ve çekme dayanımı yönünden zayıf bir malzeme olduğundan, çekme gerilmelerine maruz kaldığında güç tükenmesine ulaşması kolay ve ani olur. Bu yüzden betonarme kirişlerde kayma gerilmelerini karşılamak üzere geleneksel enine donatı olan etriye kullanılmaktadır. Ancak son yıllarda farklı çeşitlerdeki lifler üzerinde, üç noktalı eğilme etkisi altındaki betonarme kirişlerin mekanik özelliklerini geliştirmek için çalışılmıştır. Betonarme kirişlerde çelik lif kullanımıyla kirişlerin hem kesme dayanımında hem de sünekliğinde önemli artışlar görülmekle birlikte çelik lifin betonarme kirişlerde etriyenin yerini kısmen ya da tamamen alıp alamayacağını belirlemek için yapılan çalışmalar da mevcuttur. Ancak çelik lifli betonarme yüksek kirişler ve etriyeli betonarme yüksek kirişlerin dayanım tahmini üzerine çalışmalar hala yeterli miktarda değildir. Bu çalışmada, 12 adet etriyesiz ve 12 adet etriyeli olmak üzere toplam 24 adet çelik lifli betonarme yüksek kirişte kesme davranışı deneysel olarak incelenmiştir. Literatürden elde edilen, etriyesiz lifli betonarme yüksek kirişlerin kesme ve eğik çatlama dayanım hesabı için önerilen bağıntılar deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak, bu bağıntıların betonarme yüksek kirişlerin deneysel kesme dayanımına yaklaşımları belirlenmiştir. Etriyeli lifli kirişlerin kesme dayanımının hesaplanması için, etriyesiz lifli kirişlerin hesabında kullanılan bağıntılara etriyenin katkısı eklenmiş ve bu denklemlerden elde edilen sonuçlar deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, yüksek kirişlerin sonlu eleman çözümlemelerinde yaygın kullanılan Vector2 programı ile sonlu eleman analizleri yapılmış, deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Bunlara ilave olarak, ACI 318-19 (2019), Eurocode 2 (2004) ve CSA (2014) yönetmeliklerinde yüksek kirişlerin tasarımında önerilen basit çubuk benzeşimi yöntemi kullanılarak kirişlerin kesme dayanımları bulunmuş, literatürde önerilen kesme dayanımı bağıntılarının sonuçları karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

Abstract:
Concrete fails easily and suddenly when it is subjected to shear stresses since concrete is a brittle material and weak in tension. As a result of this fact, conventional vertical stirrups are used to resist shear stresses in reinforced concrete beams. On the other hand, studies involving various types of fibers have been conducted to improve the mechanical properties of reinforced concrete beams under three-point bending loading in recent years. With the significant improvements observed in the shear strength and ductility of reinforced concrete beams due to the use of steel fibers, there exist also researches investigating whether steel fibers can replace stirrups partially or completely in the literature. However, studies on predicting the shear strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) deep beams with and without stirrups are still limited. In this study, the behavior of 24 SFRC deep beams, 12 with stirrups and 12 without stirrups, are investigated experimentally. In addition, several equations available in the literature are used to predict the shear strength and diagonal cracking strength of SFRC deep beams without stirrups and their performances were assessed by comparing the predictions with the experimental results. The contribution of stirrups to the shear strength is introduced to the equations that predict the shear strength of SFRC deep beams without stirrups to estimate the shear strength of SFRC deep beams with stirrups and the resulting predictions are compared with the experimental results. Besides, finite element analyses are conducted using Vector2, a software used widely for analysis of deep beams, and the results are compared with the experimental results. Also, the shear strengths of beams are predicted by using the strut-and-tie method proposed by ACI 318-19 (2019), Eurocode 2 (2004) and CSA (2014) for the design of deep beams, and the results are compared with the predictions of several equations available in the literature.