Performance evaluation of reinforced lightweight concrete filled steel tubular beams

Abstract

Bu çalışmada donatılı hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kirişlerin eğilme performansını değerlendirmek için deneysel bir araştırma sunmaktadır. 16 kiriş test edildi, 12 adet numune donatılı hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kiriş, iki adet numune hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kiriş ve iki adet içi boş kare kutu profil kiriştir. Çalışmadaki başlıca deneysel parametreler şunlardır: (1) boyuna donatı yüzdesi (ρ) %3'ten %7'ye; (2) boyuna donatının düzenlemesi (iki veya üç katmanlı) ve (3) etriye aralığı (6cm ve 12 cm). Test sonuçlarına dayanarak, eğilme dayanımı, göçme modları, süneklik, moment-sehim ilişkileri ve moment-gerinim ilişkileri incelenmiş ve hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kirişlerin ve donatılı hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kirişler kirişlerin eğilme performansı üzerine etkileri tartışılmıştır. Sonuçlar, boyuna donatı donatılı hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kirişlerin eğilme performansı üzerinde önemli etkiye sahip olduğunu ve eğilme mukavemetinde, süneklikte ve hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kirişlerin rijitliğinde belirgin bir artış sağladığı ve çelik tüpün ve betonun performansının artmasına yardımcı olduğunu göstermiştir. Deneysel kırılma momentleri AISC-2010 kodu ve EC4-2004 olmak üzere iki uluslararası tasarım koduyla hesaplanan teorik momentlerle karşılaştırılmıştır. İki tasarım kodu, maksimum ρ'yı % 6 ile sınırlayan EC4-2004 özellikle donatı donatılı hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kirişleri için iyi tahmin ve güvenli tasarım moment kapasiteleri hesaplanmıştır. Bununla birlikte, test sonuçları bu oranın (% 6) % 7'ye kadar çıkmasının mümkün olduğunu ve ρ'nun sınırlandırılmasının % 7'ye kadar arttırılmış olsa bile EC4-2004 tasarım metodunun uygulanabileceğini göstermiştir.Anahtar Kelimeler Hafif Beton, donatılı hafif beton ile doldurulmuş çelik tüp kirişler, eğilme dayanımı, süneklik, performans indeksleri.

This study presents an experimental research to evaluate the flexural performance of Reinforced Lightweight Concrete Filled Steel Tubular beams. 16 beam specimens were tested, 12 specimens as Reinforced Lightweight Concrete Filled Steel Tubular (RLWCFST) beams, two specimens as Lightweight Concrete Filled Steel Tubular (LWCFST) beams and two specimens as Square Hollow Steel Tubular (SHS) beams. The major experimental parameters in the study are: (1) ratio of longitudinal steel reinforcement (ρ) from 3% to 7%; (2) arrangement of longitudinal steel reinforcement (in two or three layers), and (3) the spacing of stirrups (6cm or 12 cm). Based on the test results, the flexural strength, failure modes, ductility, moment-deflection relationships andmoment-strain relationships were studied and their impact on the flexural performance of LWCFST and RLWCFST beams was discussed. The results indicated that the longitudinal reinforcement has important effect on bending performance of RLWCFST beams and provided obvious increasing in bending strength, ductility and stiffness of LWCFST beam and helped the steel tube and concrete to improve their performance. The experimental ultimate moments are compared to theoretical moments calculated by two international design codes namely the AISC-2010 code and the EC4-2004. The two design codes predicted good estimate and safe design moment capacitiesfor RLWCFST beams especially EC4 that limited the maximum ρ with 6%. However, test results showed that exceeding this ratio (6%) up to 7% is possible and EC4 design method is applicable, even if the limitation of ρ was increased up to 7%.Keywords: Lightweight Concrete (LWC), Reinforced LightweightConcrete Filled Steel Tubes (RLWCFST) beams, flexural strength, performance indices, ductility.