Soğuk şekillendirilmiş çelik saclı kompozit perde duvarların çevrimsel yükler altındaki davranışı üzerine sayısal ve deneysel bir çalışma = Numerical and experimental study on the response of composite shear walls with cold-formed steel sheets under cyclic loading

Abstract

Sismik kuvvetleri karşılamak amacıyla yüksek yapılarda kullanılan betonarme (RC) perde duvarlar, yapısal ve mimari gereksinimler nedeniyle daha kullanışlı bir kat planı oluşturmak için daha küçük kesitli olarak tercih edilirler. Bu nedenle de perde duvarlar, aşırı çelik donatı içeren dar kesitler halinde oluşturulur. Ancak yoğun donatı, beton dökümünde zorluklara ve segregasyona neden olabilmektedir. Bu durum özellikle betonarme perde duvarların uç bölge elemanlarında görülür. Benzer problemlerin üstesinden gelmek için geleneksel betonarme perde duvarlara alternatif olarak kompozit perde duvarlar birçok araştırmacı tarafından araştırılmıştır. Bu çalışma kapsamında, literatürde kullanılan kompozit perde duvarlara alternatif olarak önerilen, soğuk şekillendirilmiş çelik sac elemanlar kullanılarak tasarlanan kompozit perde duvarların çevrimsel yükleme altındaki davranışları deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. 1 adet konvansiyonel betonarme ve 2 adet kompozit olmak üzere toplam 3 adet perde duvar deney numunesi 1/3 ölçekli olarak üretilmiş ve deney numuneleri çevrimsel yükleme altında test edilmiştir. Yapılan deneyler sonrasında 2 adet kompozit perde duvar güçlendirilerek yeniden aynı şartlar altında test edilmiştir. Kompozit perde duvarların uç bölgelerinde kullanılan soğuk şekillendirilmiş çelik sacların boyutları 2×L19×57×7, 4×L23×69×5 ve 2×L17×49×7 mm'dir. Test süresince deney numunelerindeki çatlak ilerlemesi her yükleme aşamasında incelenmiş ve perdelerin davranışı yanal kuvvet-tepe deplasman ilişkisi ile tanımlanmıştır. Yanal yük kapasitesi, süneklik, tüketilen enerji ve rijitlik parametreleri karşılaştırmalı olarak incelenmiş ve ayrıca hasarlı numunelerin onarım ve güçlendirilmesine yönelik yeni bir yaklaşım da sunulmuştur. Ek olarak, sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Geleneksel ve kompozit perde duvarların sayısal modelleri deneysel sonuçlarla doğrulanmış ve sayısal modellerin perde duvar davranışını gerçekçi bir şekilde başarı ile simule ettiği gösterilmiştir. Doğrulanmış sayısal modeller kullanılarak parametrik bir çalışma yapılmış ve çelik sac elemanların malzeme davranışının kompozit perde duvarların davranışına etkileri incelenmiştir.

Due to structural and architectural requirements, reinforced concrete shear walls, which are used in high-rise structures to resist seismic forces, are preferred with smaller cross-sections to create more usable floor plans. For that reason, shear walls are created with narrow cross-sections including excessive steel rebars. However, intensive reinforcement may cause difficulties in concrete pouring and segregation which is especially seen in the boundary zone elements of the reinforced concrete shear walls. To overcome certain problems, composite shear walls have been investigated by many researchers as an alternative to the conventional reinforced concrete shear walls. Within the scope of this study, the behaviors of composite shear walls, which are designed using cold-formed steel sheet elements and proposed as an alternative to the composite shear walls existing in the literature, were experimentally and numerically investigated under cyclic loading. A total of three shear wall test specimens, including one conventional reinforced concrete and two composites, were manufactured on a 1/3 scale and the specimens were tested under cyclic loading. After the experiments, two composite shear walls were retrofitted and tested again under the same conditions. The dimensions of the cold-formed steel sheets used in the shear wall end zones are 2×L19×57×7, 4×L23×69×5, and 2×L17×49×7 in mm. During the tests, the crack propagation in the specimens was investigated at each loading stage, and the behaviors of the walls were defined by the lateral force-top displacement relationship. The lateral load capacity, ductility, dissipated energy, and rigidity parameters were investigated comparatively and a new approach to repair and retrofit the damaged specimens was presented. In addition, numerical analyses were conducted using finite element software. According to the results, numerical models of the conventional and composite shear walls are validated with experimental results, and it has been shown that the numerical models successfully simulate the shear wall behavior. A parametric study was also conducted using the validated numerical models and the effects of material behavior of the steel sheet elements on the behavior of composite shear walls were investigated.