Betonarme kirişlerde kesme dayanımının çapraz kesme donatıları ile iyileştirilmesi

Abstract

Betonarme yapı elemanlarında kesme etkisi ile oluşan güç tükenmesi, eğilme etkisi ile oluşan güç tükenmesinden daha gevrektir. Bu elemanlarda moment kapasitesi genellikle yeterli olmasına karşın kesme kuvvetleri bazı durumlarda önemli değerlere ulaşabilmektedir. Bu kesme kuvvetleri, mimari zorunluluk nedeniyle yapılan betonarme kısa kirişlerde, çok katlı yapıların zemin katlarındaki kirişlerde ve boşluklu perdelerin bağ kirişlerinde kesme kapasitelerini aşarak gevrek kesme kırılması tehlikesini arttırmaktadır. Bu durum dikkate alındığında, özellikle betonarme kısa kirişlerin kesme kapasitelerinin arttırılmasına yönelik çalışmalar yapılmasının bir zorunluluk olduğu görülmektedir. Deneysel ve nümerik olarak gerçekleştirilen bu tez kapsamında, betonarme kısa kirişlerin tasarımını ve kesme kapasitelerinin arttırılmasını amaçlayan yeni bir çapraz kesme donatısı yaklaşımı ortaya konulmaktadır. Çalışmada alternatif bir uygulama olarak kiriş enine donatılarının (etriyelerin) çapraz kesme donatıları ile bağlanması yöntemi önerilmektedir. Çalışmada 19 adet betonarme kısa kiriş deneysel ve nümerik olarak test edilmiştir. Bu numuneler üç seri şeklinde gruplandırılmıştır. Birinci ve ikinci seride 7'şer, üçüncü seride ise 5 adet numune bulunmaktadır. Deneysel çalışmanın yanısıra 76 adet nümerik analiz gerçekleştirilmiştir. Birinci seride basit mesnetli sistem, ikinci ve üçüncü seride ise birinci dereceden hiperstatik sistem kullanılmıştır. Aynı malzeme özelliklerine sahip her bir serinin etriye açıklıkları 100mm, 200mm, 400mm ve 800mm olacak şekilde çapraz kesme donatılı ve çapraz kesme donatısız olarak hazırlanmıştır. Betonarme kirişlerin enkesit boyutları 250x500mm olup kiriş uzunluğu 2250mm'dir. Kesme kritik davranış elde edebilmek amacıyla kesme açıklığının faydalı yüksekliğe oranı (a/d) 1,5 olarak belirlenmiştir. Betonarme kısa kirişlerin kesme dayanımının artırılması için alternatif olarak önerilen çapraz kesme donatılarının etkinliği yapılan deneysel ve nümerik çalışmalar sonucu elde edilen sayısal ve görsel veriler yardımı ile ortaya konulmuştur.

Behavior of reinforced concrete (RC) structural members under shear effect are more brittle than that of flexure. Among those members, although the moment capacity is generally sufficient for RC short beams, the shear capacity may become insufficient. The shear forces increase the risk of brittle shear failure in reinforced concrete short beams, which may be constructed, due to architectural necessities, in beams on the ground floor of multi-story structures, and in coupling beams on shear walls. Therefore it is necessary to carry out more studies that particularly aim to increase the shear strength capacity of reinforced concrete short beams. Within the scope of this experimental and numerical thesis, a new diagonal shear reinforcement configuration that aims to design and increase the shear capacity of reinforced concrete short beams is proposed. In the study, the method of connecting the transverse reinforcements of the beams with the diagonal shear reinforcements is suggested as an alternative technic. In the study, 19 RC short beams in total were experimentally tested and numerically simulated. These specimens are grouped into three-series. Both first and second series have 7, the third series has 5 specimens. In addition to the experimental work, 76 numerical analyzes were carried out. A simply supported beam system was used in the first series while in the second and third series the supports were statically indeterminate to first degree. Each series that have the same material properties and stirrup spacings of 100mm, 200mm, 400mm, and 800mm were produced with and without diagonal shear reinforcement. The cross section of the beam is 250x500mm with total length of 2250mm. In order to obtain a shear critical behaviour, shear span to effective height ratio (a/d) was considered as 1,5 for all specimens. Efficiency of diagonal shear reinforcement, proposed as an alternative technique to increase the shear strength of reinforced concrete short beams, is presented by means of numerical and visual data which are obtained from the experimental and numerical study results.