SAP90 sonlu elemanlar programı ile öngerilmeli kirişsiz döşemelerin çözümü ve diğer çözüm sonuçlarıyla karşılaştırılması

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, SAP90 Sonlu Elemanlar Programı yardımıyla, betonarme ve öngerilmeli beton altı kirişsiz döşeme örneği incelenmiştir. Bu örnek problemlerin beşi, Bölüm 5.2 'de ele alınmıştır. Bunlar açıklıkları farklı fakat kalınlıkları aynı, doğrudan kolonlara oturan ve her iki yönde sürekli döşemelerdir. Bölüm 5.3'de incelenen altıncı ve son örnek, dört kenarından basit mesnetli öngerilmeli bir kare döşemedir. Kirişsiz döşeme örneklerinin açıklık ve mesnet momentleri, hem SAP90 programı, hem de Eşdeğer Çerçeve Yöntemi ile hesaplanmıştır. SAP90 ile yapılan hesaplar için simetriden dolayı, sistemlerin çeyreği dikkate alınmıştır. Problemlerin SAP90 programı ile analizinde, SHELL eleman kullanılmıştır ve her problem için üç ayrı çözüm yapılmıştır. Kolonun düğüm noktalan için sınır şartlan farklı olarak verilmiştir. Birinci tip çözüm, (çeyrek çözüm yapıldığı için) `kolonun çeyreğinin üç düğüm noktası dikkate alınarak ve mesnet momentlerinin olduğu gibi alınması ile yapılan çözüm`, ikincisi, aynı şekilde, `kolonun çeyreğinin üç düğüm noktası dikkate alınarak ve mesnet momentlerinin tashih edilmesi ile yapılan çözüm`, üçüncüsü ise, `kolonu tek nokta kabul ederek yapılan çözüm`dür. Üç farklı yaklaşımla değişik sonuçlar bulunup, bu sonuçlar irdelenmiştir. Eşdeğer çerçeve ve SAP90 ile bulunan momentler karşılaştırılarak, değişik açıklık oranlan( l2/ 1} ) için % ve P yük dağıtım katsayılarının değişimi araştırılmıştır. Böylece Eşdeğer çerçeve yöntemi için TS 500 de önerilen yük katsayılannın( % =1. ve p =1.) doğruluk derecesi irdelenmiştir. İlk bakışta bu yük dağıtım katsayıları, gerekenden büyük görülmektedir. Taşıyacağı gerçek yükün bir mislini enine yönde, bir mislinide boyuna yönde `ayrı ayrı taşıyormuş gibi` hesaplanan kirişsiz döşemenin donatı maliyeti gereksiz artıyor gibi görünmektedir. Açıklık momentleri(ve dolayısıyla açıklık donatılan) için, bu görüşün pek doğru olmadığı(yönetmeliğin öngördüğü gibi, X =1. ve p =1. alınması ge-rektiği), anlaşılmıştır. Ancak daha güvenilir bir yöntem olan SAP90 'm sağlıklı sonuçlarına göre, mesnet donanlarının ~%20 kadar azaltılması mümkündür. Dört tarafından perdelere-kirişlere serbestçe oturan döşeme örneğindeki öngerilme etkileri, eşdeğer yük yaklaşımı ile(SHELL eleman bilgi bloğu ile), SAP90 programına okutulmuştur. SAP90 programında mevcut PRESTRESS (Öngerme) data bloğu, sadece çubuk elemanların ongenime etkileri için kullanılabilir(kirişsiz döşemelerin öngerilme etkileri için kullanılamaz). Eşdeğer yük yaklaşımı ve SHELL modülü ile, kablo kuvvetlerinin değişken şiddeti(her bir şerit için farklı farklı), programa aktanlabilir. Böylece her iki yöndeki toplam öngerilme donatılanın oranı değiştirilerek ve değişken kablo sıklığına gidilerek, öngerilme donatısı minimize edilebilir. Ele alınman bu altıncı ve son örnekde % 38 kadar bir donatı israfının nasıl önlenebileceği gösterilmiştir. Ancak bunun için, SAP90 gibi gelişmiş tekniklerle tüm plak yüzeyinden bir çok kritik noktanın momentleri hesaplanmalıdır. Nitekim bu örnek için en kritik nokta, en büyük momentin etkidiği kesit değildir( az zorlanan, kenara yakın bir kesittir).

ABSTRACT In this work reinforced and prestressed concrete flat slabs are investigated using Equivalent Frame Method and SAP90 computer program based Finite Element Method. Interior panels of five different fiat slabs are taken into account in Chapter 5.2 to solve by these two method. Constant thickness and different span ratios(/7//2 ), are considered for these interior panel flat slabs. Additionally a simply supported square flat slab is also investigated to minimise its prestressing reinforcement in Chapter 5.3. SAP90 calculations are performed due to three different boundary conditions (supporting column assumptions) for each slab geometry. To decrease element sizes by the columns, irregular meshes are chosen. So bending moments of column strips can be determined precisely. Outputs of these computer analyses are then compared to the results of equivalent frame method hand calculations. Since these interior slab panels have symmetry with respect to the x and y axes, handing only a quarter of the panel is sufficient. Assolid SHELL element type is successfully used for SAP90 analyse. X and p load coefficients of these interior panel flat slabs are discussed for different span ratios( /, / 12) comparing SAP90 and Equivalent Frame solutions. Slab behaviour which is concentrated around the column supports is ignored in Equivalent Frame Method hand calculations. Therefore these load coefficients are always to be taken equal to one( % =^- and p =1), according to The Turkish Code of Practice( TS 500 ) and ACI-3 18-89. In other words, flat slabs are reinforced in each direction for the full load. Therefore the amount of reinforcing steel seems to be calculated much more. This judgement is wrong for mid-span section bending moments( % =1. and p =1. load coefficients are actually correct). But according to SAP90 solutions, support section bending moments(and of course their reinforcements) obtained by Equivalent Frame Method can be decreased some 20 percent. A simply supported square prestressed concrete flat slab is solved for prestressing effects and gravity loads as well. PRESTRESS module of SAP90 software is not compatible for shell elements. Therefore asolid shell elements are employed using equivalent load approach to calculate the effect of prestressing cable in each strip. Variable densities of prestressing effects can thus be imposed to the model to be analysed. Prestressing steel can be optimised by means of SAP90 employing several non uniform cable placements and changing ratio of total areas of cables in two directions. Then minimisation of prestressing reinforcements of this flat slab is shown by this algorithm mentioned. Employing the best layout of cables can provide a great deal of economy, as much as 25 to 50 % compared with other layouts. It is essential to take into account several critical sections all over the slab, to obtain correct and successful results from this procedure. If we only consider the sections with peak moments, even greater savings may appear. But it this case, allowable stress limits are exceeded in the sections ignored.