Betonarme kiriş-kolon birleşiminin sayısal benzetim ile incelenmesi

Abstract

Betonarme yapıların genel davranışı üzerinde etki potansiyeli yüksek olan kiriş-kolon birleşim bölgelerinin yapısal tasarımda yeri oldukça önemlidir. Birleşim bölgelerindeki gerilme durumunun karmaşıklığı ve deneysel gözlemin zor olması sebebiyle performansa dayalı tasarımda, mafsallaşma oluşan kiriş-kolon birleşim bölgelerinin elastik eleman gibi davrandığını kabul edilmektedir. Bu tez kapsamında betonarme moment çerçevesinde kiriş-kolon birleşim bölgesinin tekil olarak ve portal çerçeve sistem içerisinde parametrik olarak sayısal analiz ile performansları değerlendirilmektedir. Bu anlamda literatürde deneysel çalışması yapılmış mevcut sistemlerin doğrusal olmayan malzeme ve geometri dikkate alınarak ANSYS Workbench programında sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Malzeme modeli olarak pekleşme ve yumuşama bölgelerini de içeren mikro düzlem tabanlı bir yaklaşım dikkate alınmaktadır. Sayısal modelde boyuna donatılar ve etriye donatıları eksenel eleman, beton ise hacimsel eleman ile ayrıklaştırılmış olup donatı ve betonun tam bağlı olduğu düşünülmüştür.Tsonos [21] çevrimsel yükleme altında gerçekleştirdiği dört farklı tekil kiriş-kolon birleşim düzeneklerinden biri olan E1 numunesinin analizi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar ile deney sonuçları karşılaştırıldığında gerçekçi bir yük-yerdeğiştirme davranışı sergilendiği ve plastik gerilme-hasar davranışının makul şekilde olduğu gözlemlenmiştir. Bu model üzerinden 9 farklı model üretilerek parametrik bir çalışma yapılmıştır. Ökten [40] yapmış olduğu dolgu duvar davranışları üzerindeki deneysel çalışmalarından dolgu duvarsız portal çerçeveye ait sistem seçilmiştir. Bu sistemin sayısal modeli kurularak yük-yerdeğiştirme davranışı, portal çerçeve sistem için de elde edilmiş ve doğruluğunun kabul edilebilir olduğu görülmüştür. Bu model üzerinden 22 farklı model üretilerek parametrik bir çalışma daha yapılmıştır.Yapılan analizler sonucunda dikkate alınan parametrik değişimlerin tümünde plastik mafsal oluşumları, kiriş-kolon bölgesi hasar oluşumu, süneklikleri, taşıma kapasitelerinde anlamlı olarak değişimler gözlemlenmiştir. Özellikle, kolondaki donatı oranının, kolon boyutunun veya donatı çapının değişiminden dolayı artması sistem sünekliğini azalttığı görülmüştür. Boyuna donatı oranlarının kesitte olması gerekenden fazla olması durumuna, kat döşemesi seviyesindeki kolonların boyuna donatı bindirme bölgelerinde rastlanmaktadır. TDBY-2018 bu bindirme bölgelerinin kolon ortasına taşınmış olması, sistemin sünekliğini doğrudan etkilediği bu çalışmada görülmüştür.

The beam-column joint that is a high potential impact on the general behaviour of reinforced concrete structures is so crucial on the structural design. It is assumed that due to the complexity of the stress situation and difficulty of experimental observation beam-column connection elastically behaves in the analysis of performance-based design. Within the scope of this thesis, performances of the beam-column joints of reinforced concrete frame are evaluating parametric and numerically as an individual beam-column joint and inside of portal reinforced concrete frame systems. In this sense, finite element analysis of existing systems whose experimental work have been done considering the nonlinear material and geometry in ANSYS Workbench program. At this analyses, microplane based approach, including even hardening and softening zones, as a material model are taken into consideration. In the numerical model, longitudinal reinforcement and transverse reinforcements are discretized by axial element and concrete by solid element, and it is considered that the reinforcements are fully bonded to concrete.An analysis of a specimen called as `E1` of the four different individual singular beam-column specimens supposed to hysterical load, experimented by Tsonos [21], was performed. When the numerical results are compared with the experimental results, it observed that there are acceptable load-displacement behaviour and a reasonable the plastic stress-damage behaviour. A parametric study was performed by producing nine different models based on the numerical model mentioned above. A portal frame, which is not filled with masonry wall chosen from Okten's experimental studies [40] is intended. The load-displacement behaviour of the is obtained establishing a numerical model of the unfilled portal frame, and its accuracy is seemed as reasonable An even parametric study was conducted by producing 22 different models based on the model.As a result of these analyses, in all of the parametric variations; plastic hinge formations, damage formation in the joint region, ductility and ultimate strength were significantly changed. Specifically, as the ratio of reinforcement in the column increases due to the change in column size or reinforcement diameter; decrease in system ductility is observed. Longitudinal reinforcement ratio is higher than required in the cross-section if the longitudinal reinforcement of the columns is overlapped at the floor slab level. In the TDBY-2018, the fact that these reinforcement overlap zones were moved to the centre of the column was found that it directly affects the ductility of the system.