Çelik fiber ilaveli etriyesiz betonarme kirişlerin eğilme etkisi altındaki davranışlarının doğrusal olayan sonlu elemanlar analizi ile belirlenmesi

Abstract

Çelik fiber katkılı betonarme elemanların kullanımı son yıllarda artmakla birlikte bu elemanların yapısal davranışlarının modellenmesinde mevcut analitik yöntemler yetersiz kalmakta ve doğrusal olmayan sonlu elemanlar yöntemi gibi sayısal yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada üç noktalı statik yükleme altında davranışı deneysel olarak belirlenmiş çelik fiber katkılı iki kiriş ile çelik fiber katkısı olmayan bir kiriş Değiştirilmiş Basınç Alanı Teorisi'ne dayanan bir doğrusal olmayan sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilmiş ve sonuçlar irdelenmiştir Kullanılan yöntemde çatlamış betonda çatlak yüzeyleri arasında çelik fiberlerin ilettiği çekme gerilmelerinin modellenmesinde Basitleştirilmiş Kapsamlı Gömülme Modeli seçilmiştir. Analiz sonuçları deney sonuçlarıyla karşılaştırıldığında kullanılan sonlu elemanlar yönteminin kirişlerin eğilme kapasitelerini ve oluşan ana çatlakları yüksek hassasiyetle belirlediği, ancak kirişlerin deplasman kapasitelerini olduğundan çok daha düşük bulduğu görülmüştür. Modelin ana çatlakları doğru tespit etmekle birlikte oluşan çok sayıda küçük çatlakları doğru tespit edememesi ve bunun sonucu olarak ana çatlaklarda donatı kopmasının olduğundan erken gerçekleşmesi sonucu kirişin düşük deplasmanlarda göçtüğü değerlendirilmiştir. Daha hassas çözümler için çelik fiber katkısının modellenmesinde daha gelişmiş modellere ihtiyaç olduğu görülmüştür.

Although the use of steel fiber reinforced concrete elements is on the rise in recent years, present analytical models to determine the structural behavior of these members are inadequate, requiring numerical methods such as nonlinear finite element method. In this study, two steel fiber reinforced concrete beam and one ordinary reinforced concrete beam tested under static three-point bending were modeled with a Modified Compression Field Theory based nonlinear finite element method and results were investigated. In the method, Simplified Diverse Embedment Model was selected to model the tensile stresses transmitted between crack faces in cracked concrete. When analysis results were compared with experimental results, it was observed that the bending capacities and major cracks were captured with high accuracy, whereas displacement capacities were highly underpredicted. Although the major cracks were predicted with high accuracy, the fact that the model could not predict smaller cracks accurately and, as a result, the occurrence of a premature reinforcing bar failure at major cracks is believed to be the major reason for earlier failure of beams. More advanced models are needed for modeling the steel fiber reinforcement in order to obtain more accurate solutions.