Investigation of the parameters affecting shear capacity of RC beams using numerical simulations = Betonarme kirişlerde kesme kapasitesini etkileyen parametrelerin sayısal modelleme yöntemlerinde irdelenmesi

Abstract

Betonarme elemanlarda kesme çatlaması ve bu çatlamanın kontrolü onlarca yıldır hesaplanmaya çalışılmaktadır. Bu hasarın doğru hesaplanması ve önlenmesi çok önemlidir. Çünkü inşaat mühendisleri olarak betonarme elemanlardan beklentimiz, hasar türünün bir anda gerçekleşmesi, deprem gibi afetlerde insanlara kaçacak zaman tanınmasıdır. Bu çalışmada, literatürden bir kesme hasarlı göçme deneyi seçilmiştir. Betonarme kirişler sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenmiş ve kirişlerin davranışı sayısal bir model kullanılarak incelenmiştir. Analizler ABAQUS sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak beton için beton hasar plastisite (BHP) modeli ve donatı çeliği için klasik metal plastisite modeli ile gerçekleştirilmiştir. Malzeme modelini oluşturmak için literatürden seçilen deneyde beton için basınç ve çekme değerleri, donatı için akma dayanımı ve nihai çekme dayanımı kullanılmıştır. Sayısal modellerden elde edilen sonuçlar, beton hasar plastisite modelinin statik yükleme altında kesme göçmesi hasarlı betonarme kirişlerin davranışını doğru bir şekilde temsil edebildiğini göstermektedir. Bu tez çalışması kapsamında test edilen 2 kiriş ele alınmıştır. Deneysel çalışmada kullanılan numuneler ile benzer boyutta kirişler tasarlanmıştır. İlk olarak etriyelerin 80 mm aralıklarla yerleştirildiği kiriş için modelleme yapılmıştır. Etriye akma dayanımı sabit tutularak farklı etriye kalınlıkları için 6 adet kiriş modeli yapılmıştır. Bu şekilde farklı etriye akma dayanımları için toplam 36 kiriş modellenmiştir. Bu modellerin 18 tanesi 80 mm etriye aralığı için, 18 tanesi ise 120 mm etriye aralığı içindir. Doğrulanan sayısal modellerden ikisi kullanılarak iki farklı etriye aralığı için parametrik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Parametrik çalışmalarda etriye aralığı, malzeme özellikleri ve boyutu sabit tutulmuştur. Etriye kalınlığı arttıkça betonarme kirişlerin kesme yükündeki değişim gözlemlenmiştir. Daha sonra, etriye kalınlığı sabit tutularak S220 çeliği ve S420 çeliği için parametrik çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Shear cracking in reinforced concrete elements and its control has been attempted to be calculated for decades. It is very important to calculate and prevent this damage correctly. Because, as civil engineers, our expectation from reinforced concrete elements is that the type of damage occurs suddenly, giving people time to escape in disasters such as earthquakes. In this study, a shear failure test is selected from the literature. Reinforced concrete beams are modeled using the finite element method and the behavior of the beams is investigated using a numerical model. The analyses are performed using the ABAQUS finite element method with the concrete damage plasticity (BHP) model for concrete and the classical metal plasticity model for reinforcing steel. The compressive and tensile values for concrete, yield strength and ultimate tensile strength for reinforcement were used in the experiment selected from the literature to create the material model. The results obtained from the numerical models show that the concrete damage plasticity model can accurately represent the behavior of shear collapse damaged reinforced concrete beams under static loading. Within the scope of this thesis, 2 tested beams are considered. Beams of similar size to the specimens used in the experimental study were designed. First, modeling was done for the beam where the stirrups were placed at 80 mm intervals. Keeping the stirrup yield strength constant, 6 beam models were made for different stirrup thicknesses. In this way, a total of 36 beams were modeled for different stirrup yield strengths. Eighteen of these models are for 80 mm stirrup spacing and 18 for 120 mm stirrup spacing. A parametric study was performed for two different stirrup spacings using two of the validated numerical models. In the parametric studies, stirrup spacing, material properties and size were kept constant. The change in the shear load of reinforced concrete beams as the stirrup thickness increases was observed. Then, parametric studies were carried out for S220 steel and S420 steel, keeping the stirrup thickness constant.