Eksenel yük altındaki lifli polimer ile sargılanmış kolonlarda dayanım azaltma katsayısının incelenmesi
Analysis of strength reduction factor for axially-loaded columns with fiber reinforced polymer
Yazar: AYSUN TEKİN ÖZER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMA ALACALI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Eksenel yük = Axial load ; Karbon lifler = Carbon fibers ; Kolonlar = Columns ; Lif takviyeli polimerler = Fiber reinforced polymers

Özet:
Bir yapısal elemanın "tasarım dayanımı", elemanın "nominal dayanımının" birden küçük olan bir dayanım azaltma katsayısı (𝜙) ile çarpılarak azaltılması ile belirlenir. Dayanım azaltma katsayısı, tasarım hesaplamalarındaki belirsizlikleri, 
kullanılan malzemenin boyut ve dayanımındaki olası değişiklikleri hesaba katmak ve bir elemanın tüm yapıdaki önemini dikkate almak için kullanılır. ACI 318-19 yönetmeliğinde eksenel kuvvet altındaki kolonlar için 𝜙 dayanım azaltma 
katsayısı, kolonda kullanılan enine donatı tipine göre farklılıklar göstermektedir. Anılan katsayı spiral donatılı betonarme kolonlarda 0.75, diğer enine donatılı kolonlarda 0.65 ve donatısız kolonlarda ise 0.60 olarak önerilmiştir [3]. Bu çalışma kapsamında; eksenel yük altında, karbon lifli polimer ile sargılanmış kolonların dayanım azaltma katsayılarının olasılıksal yöntemlerle belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda literatürdeki 18 farklı makaleden lifli polimer ile sargılanmış toplam 298 adet dairesel ve dikdörtgen kesitli, boyuna ve enine donatılı ve donatısız kolon numunelerinin eksenel basınç deney verileri göz önüne alınarak azaltma katsayıları elde edilmiş ve ACI 318-19 yönetmeliğinde önerilen değerlerle karşılaştırılmıştır. Söz konusu kolon numuneleri, ilgili yönetmeliklerde belirtilen kesit, dayanım ve sargılanmış kolonun birim şekil değiştirme kapasitesinin sınır şartları gözetilerek seçilmiştir. Eksenel basınç altındaki kolonların dayanım azaltma katsayısının belirlenmesine ilişkin performans fonksiyonları ACI 440.2R-17 yönetmeliği [4] ve Abd El Fattah'ın çalışmasındaki [6] bağıntılardan elde edilmiştir. Azaltma katsayısının olasılıksal yöntemlerle belirlenmesinde birinci derece ikinci moment yaklaşımından yararlanılmış, performans fonksiyonlarını oluşturan rastgele değişkenler istatistiksel bağımsız kabul edilmiş, diğer bir anlatımla değişkenler arasındaki korelasyon etkileri dikkate alınmamıştır. Olasılıksal tasarımda yapısal güvenlik, belirli bir hedef güvenilirlik indeksi (β)'ya göre belirlenen dayanım azaltma katsayılarının kullanılmasıyla sağlanır. Yapısal güvenliğin bu katsayıların belirlenmesinde kabul edilen güvenlik düzeyinde olduğu varsayılarak tasarım gerçekleştirilir. Bu çalışmada, eksenel yük altındaki kolonların tasarımında hedef güvenilirlik indeksi (β) 3.5 olarak seçilmiş ve buna karşılık gelen göçme olasılığı değeri 𝑝𝐹 = 2.33 ∗ 10−4 alınarak değişkenlerin farklı varyasyon katsayıları için dayanım azaltma katsayıları belirlenmiştir. Çalışmanın
sonunda belirlenen katsayılar ACI 318-19 yönetmeliğinde önerilen dayanım azaltma katsayıları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The "design strength" of a structural member is determined by multiplying "nominal strength" of the element by a strength reduction factor less than one. The strength reduction factor is used to take into account the uncertainties in 
design calculations, the possible changes in the size and strength of the material used, and to consider the importance of the member in the entire structure. In ACI 318-19, strength reduction factor for columns under axial force varies according to the type of transverse reinforcement used in the column. The aforementioned factor is suggested as 0.75 for spiral reinforced concrete columns, 0.65 for other transverse reinforced columns and 0.60 for plain columns [3].
In this study, it is aimed to determine the strength reduction factor of columns - wrapped with carbon fiber polymer under axial load- by probabilistic methods. In this context, the reduction factors were obtained by considering the axial load test data of a total of 298 circular and rectangular cross-section, longitudinal and transverse reinforced or plain column samples from 18 different articles in the literature and compared with the values recommended in the ACI 318-19 regulation. Column samples have been selected by regarding boundary conditions specified in relative codes of cross section, concrete strength and maximum compressive strain of the confined column. Performance functions for determining the strength reduction factor of columns under axial load have been obtained from the correlations in ACI 440.2R-17 Code [4] and Abd El Fattah's study [6]. In the probabilistic determination of the reduction factor, the first order second moment approach was used, the random variables that constitute the performance functions were accepted as statistically independent, in other words, the correlation effects between the variables were not taken into account.
Structural safety in probabilistic design is ensured by using strength reduction factors determined according to a certain target reliability index (β). Structural safety in probabilistic design is ensured by using strength reduction coefficients determined according to a certain target reliability index (β). Probabilistic structural safety design specific target reliability index (β) can be achieved by using the determined strength reduction coefficient.
The design is performed by assuming that the structural reliability is at the reliability level accepted in the determination of these factors. In this study, by taking the target reliability index (β) is 3.5 and corresponding failure probability value is 𝑝𝐹 = 2.33 ∗ 10−4 in the design of columns under axial load, the strength reduction factors for different coefficients of variation of the variables were determined. The reduction factors determined at the end of the study were compared with the strength reduction coefficients recommended in the ACI 318-19 code.