Delikli CTP kirişlerin aşamalı göçme analizi ile yük taşıma kapasitesinin incelenmesi
Investigation of the - load bearing capacity of perforated FRP beams using progressive failure analysis
Yazar: SELAMİ TUNCA
Danışman: DOÇ. DR. YILDIRIM SERHAT ERDOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Son yıllarda, lif takviyeli polimer taşıyıcı elemanlar yüksek dayanım/ağırlık oranından dolayı inşaat mühendisliği uygulamalarında betonarme ve çelik malzemesine alternatif olarak görülmektedir. Takviyeli polimer ince cidarlı profil elemanlar, uygulamada yüksek dayanım ve esneklik ile beraber alternatiflerine kıyasla oldukça hafif yapıların imal edilmesine imkan tanımaktadır. Bu çalışmada delikli cam takviyeli polimer (CTP) I kirişin eğilme altında yük taşıma kapasitesi, aşamalı göçme analizi yöntemiyle araştırılmıştır. Kirişin ANSYS / LS - Dyna Prepost programında detaylı bir sonlu eleman (SE) modeli oluşturularak doğrusal olmayan analiz ile limit yük kapasitesi farklı senaryolar için hesaplanmıştır. Doğrusal olmayan analizde benzetilmiş statik yaklaşım ve "explicit" zaman integrasyonu kullanılmıştır. Benimsenen aşamalı hasar modeli bir sürekli ortam hasar modeli olmakla beraber birçok malzeme parametresi gerektirmektedir. Modelde kullanılan parametreler, CTP ve karbon takviyeli polimer (KTP) malzemesi için literatürdeki deneysel çalışmalardan elde edilerek kalibre edilmiştir. Oluşturulan detaylı SE modeli ile delik çaplarının, aralıklarının, lif oryantasyonlarının ve KTP malzemesinin kirişin göçme yükü ve moduna etkileri incelenmiştir. Delik çapının artması ve delik mesafesinin azalması beklendiği üzere göçme yükünün azalmasına neden olsa da tasarımda gerekli dayanım değerlerinin karşılanabileceği görülmüştür. Lif oryantasyon açılarının değiştirilmesiyle dayanımda değişiklikler olduğu görülmüş, ek olarak boyuna dayanımı yüksek malzemelerin kullanılmasıyla dayanımın artırılamayacağı gözlenmiştir. Ancak enine dayanımı ve kırılma tokluğu yüksek malzemelerin kullanılmasıyla gerekli dayanıma erişilebileceği görülmüştür. Böylelikle yapısal sistemlerin ağırlığı azaltılarak malzeme tasarrufu sağlanabilir ve özellikle titreşim kaynaklı yüklerin azaltılması mümkün olabilir. Bunun yanında lif oryantasyon açıları değiştirilerek, malzeme ağırlığı değiştirilmeden nispeten daha yüksek dayanımlara erişilebilir.

Abstract:
Recently, fiber-reinforced polymer beams are adopted as an alternative to reinforced concrete and steel materials in civil engineering applications due to their high strength / weight ratio. Reinforced polymer thin-walled profiles, with their high strength and flexibility, allow the production of very light structures compared to their alternatives. In this study, the load carrying capacity of a perforated glass fiber reinforced polymer (GFRP) I beam was investigated by progressive failure analysis. A detailed finite element (FE) model of the beam was created in the ANSYS / LS-Dyna Prepost program and the limit load capacity was calculated for different scenarios using nonlinear damage analysis method. Quasi static loading approach and explicit time integration methods are used in the nonlinear analysis. The progressive damage model adopted is a continuum damage model, which requires many material parameters. The parameters used in the model were calibrated by obtaining from the experimental studies in the literature conducted for the GFRP an carbon fiber reinforced polymer (CFRP) material. The effects of hole diameters and spacings on the failure load and the failure mode of the beam were investigated with the detailed SE model. Although the increase in the hole diameter and the decrease in the hole spacing cause a decrease in the collapse load as expected, it has been seen that the required strength values can be maintained for design requirements. It was observed that there were changes in strength by changing the fiber orientation angles. Additionally, it was observed that the strength could not be increased by using materials with high longitudinal strength. However, it has been observed that the required strength can be achieved by using materials with high transverse strength and fracture toughness. In this way, reduction of the weight of structural systems together with the reduction of vibration-induced loads can be achieved. In addition, by changing the fiber orientation angles, relatively higher strengths can be achieved without changing the material weight.