Lifli polimerler ile güçlendirilmiş betonarme kirişlerin sonlu elemanlar yöntemi ile hesabı
Finite element analysis for reinforced concrete beams strengthened with fibre reinforced polymer
Yazar: MEHMET AYAYDIN
Danışman: PROF. DR. BİLGE DORAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, karbon lif takviyeli polimerler (CFRP) ile farklı şekillerde güçlendirilmiş dört noktalı eğilme etkisindeki betonarme kirişlerin, üç boyutlu doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizi için farklı bünyesel modelleme teknikleri üzerinde çalışılmıştır. Önerilen modelleme teknikleri kullanılarak gerçekleştirilen nümerik analizler sonrasında betonarme kirişlere ait yük-yer değiştime eğrileri, Yıldız Teknik Üniversitesi'nin 2016-05-01-DOP06 no'lu Bilimsel Araştırma Projesi kapsamında gerçekleştirilen deney sonuçları ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu amaçla öncelikle günümüzde güçlendirme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmakta olan FRP yapı malzemeleri, bu malzemelerin türleri, malzemeye ait fiziksel ve mekanik özellikler ve üretim teknikleri ile ilgili bilgiler aktarılmıştır. Daha sonra betonarme kirişlerde geleneksel olarak gerçekleştirilen onarım ve güçlendirme teknikleri ile birlikte FRP ile yapılan güçlendirme uygulamaları incelenmiştir. Ayrıca sayısal modelleme teknikleri üzerinde çalışılmıştır.
Sayısal modelleme çalışmasının ilk kısmında sanal malzeme modeli kullanılmıştır. Önerilen malzeme modeli, plastisite ve hasar mekaniği yaklaşımlarını birlikte dikkate alan elasto-plastik hasar mekaniğinden türetilmiş ve gerekli malzeme parametreleri kullanılarak betonarme kirişlerin gerilme şekil değiştirme davranışları temsil edilmeye çalışılmıştır. Bu kapsamda malzemenin elastik ötesi davranışı plastisite teorisi ile ifade edilirken, malzeme bünyesinde oluşan ve kademeli olarak artan rijitlik kaybı izotropik hasar bağıntıları ile açıklanmıştır. Plastik şekil değiştirme, akma yüzeyindeki çekme ve basınç etkisini ayrı ayrı dikkate alan geliştirilmiş von Mises plastisite modeli ile hasar mekaniği ise Oliver vd. (1990) izotropik hasar modeli kullanılarak ifade edilmiştir. Nümerik çalışmanın ikinci kısmında, ilk olarak Lubliner vd. (1989) tarafından önerilen daha sonra Lee ve Fenves (1998) tarafından geliştirilen plastisite temelli izotropik hasar mekaniği yaklaşımı olan CDP bünyesel malzeme modeli kullanılmıştır. Çekme etkisinde çatlama, basınç etkisinde ezilme hasarını ayrı ayrı dikkate alma özelliğine sahip olan bu malzeme modeli ile elastoplastik hasar yaklaşımı ve hasar etkisinden bağımsız olarak elastoplastik yaklaşım ayrı ayrı kullanılmış ve betonarme kirişlere ait davranışlar tahmin edilmeye çalışılmıştır. Söz konusu modelleme teknikleri kullanılarak deneyleri geçekleştirilmiş toplamda 8 adet betonarme kirişe ait sayısal modeller oluşturulmuş ve kirişlere ait eğilme davranışı ve yük-yer değiştirme ilişkileri deneysel olarak elde edilmiş veriler ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.

Abstract:
In this thesis, different constitutive modeling techniques for the analysis of three dimensional nonlinear finite elements analysis of reinforced concrete (RC) beams which state under four-point bending effect strengthened with carbon fibre reinforced (CFRP) polymers in different shapes has been studied. The load-displacement curves for reinforced concrete (RC) beams obtained from the numerical analysis with different modeling techniques have been compared with the experimental results of Yıldız Technical Univesity Scientific Research Project  (project no: 2016-05-01-DOP06). For this purpose, a brief explanations about FRP construction materials which are widely used in strengthening applications nowadays, types of these materials, physical and mechanical properties and production techniques are presented. Strengthening applications of reinforced concrete (RC) beams with FRP were investigated along with the conventional repair and strengthening techniques. In the numerical modeling section, different modeling methods have been proposed for reinforced concrete beams.
In the first part of the numerical modeling study, virtual material model was used. The proposed material model is derived from the elasto-plastic damage mechanics which consider the plasticity and damage mechanics approaches together and tried to be represent the stress-strain behavior of reinforced concrete beams by using the necessary material parameters. In this context, behavior of the material beyond the elastic range was predicted by the plasticity theory, while the reduction of stiffness which occurs in the material and gradually increases was explained by the damage relations. For the plastic strain, modified von Mises plasticity model which is considering the tensile and compressive effect on yield surface separately was used and Oliver et al. (1990) isotropic damage model was used for the expression of damage mechanism. In the second part of the numerical study, Concrete Damaged Plasticity constitutive material model which is consider plasticity-based isotropic damage mechanics approach was used. This material model proposed by Lubliner et al. (1989) firstly and then developed by Lee and Fenves (1998). With this material model which has the property of taking into consideration the cracking damage in tension and crushing damage in compression separately, the elastoplastic damage approach and independent of the damage effect, the elastoplastic approach has been used and the behaviors of the reinforced concrete beams have been tried to be estimated. Numerical models of 8 reinforced concrete beams were created by using the proposed modeling techniques and the flexural behavior and load-displacement relations of the beams were compared with the experimentally obtained data.