Betonarme yapı elemanlarında yangın etkilerinin sonlu elemanlar çözümlemesi ile incelenmesi

Abstract

Amaç: Bu çalışmada hem yapısal hem de yangın yükleri altında betonarme kirişlerin simülasyonunu gerçekleştirmek için güvenilir bir algoritmaya ulaşmayı ve bu sayede betonarme yapıların yangına güvenirliliği üzerine deneysel çalışmaları destekleyerek daha kolay bir yöntemle etkisini incelemek amaçlanmıştır.Yöntem: Önerilen algoritma, ısısal çözümleme ile yapısal çözümlemenin ardışık bir bağlantı tekniği kullanılarak birleştirilmesine dayanılarak gerçekleştirilir. Bu çözümlemelerdeki yapı elemanları, ısıtma fazları sırasında ısısal ve mekanik tepkiyi yakalamak için iletkenlik, özgül ısı, gerilme-şekil değiştirme ilişkisi, ısısal genleşme gibi ısısal ve yapısal özellikleri TS-EN-1991-1-2'ye göre, ANSYS yazılımı kullanılarak sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmiştir. Bu çalışmada iki farklı kiriş modeli kullanılmıştır. Her iki kiriş ISO834 yangın eğrisine maruz bırakılmış olup, ilki kesme etkisi altında, ikincisi eğilme etkisi altında göçmesi beklenerek tasarlanmıştır.Bulgular: Yangın sırasında yapısal bozulmalar, önemli ekonomik kayıplara, ciddi yaralanmalara ve ölümlere yol açar. Yangının yapısal güvenlik ve performans üzerindeki etkisini doğru bir şekilde tahmin etmek ve bu etkiyi azaltmanın yollarını belirlemek için yapılan araştırmalar, bina ve altyapı sektörlerinde sermaye yatırımlarındaki artışla birlikte son zamanlarda gittikçe çoğalmaktadır. Doğrusal olmayan termal sayısal çözümlemelerden kaynaklanan yangın süresi boyunca kirişler için ısı profilleri, literatürdeki deneysel sonuçlar ile uyumludur. Hem ısısal çözümleme hem de yapısal çözümlemeler, geliştirilen sayısal modelin herhangi bir yangın altında betonarme kirişlerin davranışını simüle edebilmiştir.Sonuç: Kalan taşıma kapasitesini değerlendirmek için gerçekleştirilen sayısal çözümlemelerin sonuçları, literatürdeki sonuçlarla örtüşmüştür. Betonarme yapılarda yangının belli bir süre boyunca dayanımını arttırdığını, sıcaklık daha da artınca dayanımının neredeyse tamamını kaybettiği görülmüştür.

Purpose: In this study, it was aimed to reach a reliable algorithm to perform simulation of reinforced concrete beams under both structural and fire loads, and thus, to support the experimental studies on the fire reliability of reinforced concrete structures and to examine its effect with an easier method.Method: The proposed algorithm is based on combining thermal analysis and structural analysis using a sequential coordination technique. These analyzes use thermal and structural properties such as conductivity, specific heat, stress-strain relationship, thermal expansion to capture thermal and mechanical response during heating phases according to TS-EN-1991-1-2, using the finite element method over ANSYS software. Two different beam models were used in this study. Both beams are exposed to ISO834 fire curve, the first one is designed to fail under shear effect, the second one is expected to fail under bending effect.Findings: Structural deterioration during fire leads to significant economic losses, serious injuries and deaths. Research to accurately estimate the effect of fire on structural safety and performance, and to identify ways to reduce this effect, has been increasing recently, alongside increase in capital investments in the building and infrastructure sectors. Throughout the fire period resulting from nonlinear thermal numerical analysis, heat profiles for beams are consistent with the experimental results in the literature. Both thermal analysis and structural analysis were able to simulate the behavior of reinforced concrete beams under any fire of the developed numerical model.Results: The results of the numerical analysis, which were performed to evaluate the remaining carrying capacity overlapped with those in the literature. In reinforced concrete structures, it was observed that the fire increased its strength for a certain period of time and when the temperature increased, it lost almost all of its strength.