The development of an algorithm to predict the cyclic moment-curvature relationship of reinforced concrete and steel-encased composite sections
Betonarme ve çelik takviyeli kompozit enkesitlerin çevrimsel moment-eğrilik davranışlarının, geliştirilen bir algoritma ile tahmin edilmesi
- Tez No: 559940
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER TUĞRUL TURAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Bu tezde dikdörtgen ya da yuvarlak enkesitli betonarme veya çelik takviyeli kompozit enkesitli yapı elemanlarının monotonik ve çevrimsel yüklemeler altındaki moment eğrilik davranışları, geliştirilen bir algoritma ile tahmin edilmeye çalışılmıştır. Tez kapsamında, betonarme ve çelik malzeme davranışlarının yanı sıra görüntü işleme bazlı yeni bir lif ayrıştırma metodu incelenmiştir. Geliştirilen algoritmalar için Python yazılım kodlama dili kullanılmıştır. Algoritmalara ait akış diagramları ve analitik yaklaşımlar detaylı olarak incelenmiştir. Literatür, donatı çeliği ve betonun, monotonik ve çevrimsel yüklemeler altında gerilme-şekil değiştirme davranışı için incelenmiştir. Bu çalışmada kullanılan betonarme ve çelik takviyeli kompozit enkesitler yaklaşık olarak 2500 life ayrılmıştır. Çevrimsel davranışlarda ise yaklaşık olarak 2000 eğrilik değerine karşılık moment değerleri hesaplanmıştır. Analitik modeller için büyük bir işlem hacmi söz konusudur. Bu işlem hacmi düşünüldüğünde malzeme modellerinin matematiksel olarak basit olması oldukça önemlidir. Bu nedenle, literatür araştırmasında, malzeme modellerinin basit matematiksel formüllere sahip olması da göz önünde bulundurulmuştur. Yapı çeliğinin, gerilme-şekil değiştirme davranışına ait modeller ile ilgili çalışmalar genel olarak mikroskobik ve makroskobik seviyede olmak üzere ikiye ayrılabilir. Mikroskobik seviyedeki davranışların karmaşık olması, analitik modellerin, makroskobik davranışlar esas alınarak oluşturulmasına sebep olmuştur. Bu çalışmalara Ramberg ve Osgood (1943), Menegotto ve Pinto (1974), ve Stanton ve Mcniven (1979) tarafından oluşturulan analitik modeller örnek olarak verilebilir. Bu tez kapsamında yapısal donatı çeliği için Dahakal ve Maekawa (2002a) tarafından önerilen model kullanılmıştır. Tüm şekil değiştirme değerleri için uygulanabilir olması, basit formülasyonlarla ifade edilebilirliği, lineer olmayan sonlu elemanlar yöntemleri için kullanılabiliyor olması, değişken malzeme ve pekleşme özellikleri için uygulanabilir olması ve mekanik ve geometrik özelliklere bağlı olarak burkulma etkilerinin dikkate alınması modelin kullanımını avantajlı hale getirmiştir. Kullanılan model temel alınarak bir bilgisayar kodu oluşturulmuştur. Bilgisayar kodu, malzemenin monotonik ve çevrimsel yüklemeler altındaki gerilme ve şekildeğiştirme davranışını ilgili parametleri dikkate alarak tahmin etmeye çalışmaktadır. Donatı çeliğinin monotonik çekme ve basınç davranışları, donatı boyunun, çapının ve malzemenin akma dayanımının bu davranış üzerindeki etkisi bu çalışma kapsamında özetlenmiştir. Analitik olarak tahmin edilen donatı çeliğinin monotonik ve çevrimsel gerilme-şekil değiştirme davranışları literatürdeki diğer araştırmacılar tarafından yapılan deneyler ile karşılaştırılmıştır. Betonarme yada çelik takviyeli kompozit enkesitlerde moment-eğrilik davranışının tahmin edilebilmesi için beton davranışının da bilinmesi gerekir. Bu tez kapsamında Mander (1989a) tarafından önerilen model kullanılmıştır. Bu model etkin olarak sargılı, sargısız ve pas payı betonunun monotonic ve çevrimsel davranışını detaylı olarak ele almıştır. Model, dairesel ve dikdörtgen enkesitli elemanların sargılı beton davranışları için kullanılabilir. Bu çalışmada analitik ve diğer araştırmacılar tarafından yapılan deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında yüksek dayanımlı beton, yüksek akma gerilmesine sahip etriye ve farklı etriye aralıklarının etkileri de incelenmiştir. Analitik sonuçlar, Mander (1989a) tarafından önerilen model kullanılarak, betonun gerilme-şekil değiştirme davranışının doğru bir şekilde tahmin edilebileceğini göstermiştir. Bu çalışma kapsamında, analiz edilecek enkesitleri tanımlamak üzere görüntü işleme bazlı yeni bir lif ayrıklaştırma yöntemi geliştirilmiştir. Yöntemin doğru uygulanabilmesi için enkesitin herhangi bir çizim programı ile doğru bir şekilde çizilmesi ve ilgili malzeme renk kodları ile renklendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada çizim programı olarak Autocad kullanılmıştır. Bu yönteme ait algoritma tez içeriğinde detaylı olarak incelenmiştir. Yönteme göre çizilen enkesit, bilgisayar kodu tarafından algılanır ve kullanıcının tercih edeceği lif boyutlarına bölünür. Daha sonra her lif kendi içerisinde 0.1 mm'lik alt liflere ayrılır. Alt liflerin renk kodlarına göre, ilgili lif içerdiği birden çok malzemeye göre tekrar bölünür. Böylelikle tüm enkesit taranır ve her lifin içerisindeki farklı malzemelere ait başka bir lif grubu oluşturulur. Bu yeni yöntem, tüm yapısal enkesitlerin tanımlamalarının kolaylıkla yapılmasına olanak sağlamıştır. Beton ve donatı çeliğine ait malzeme modelleri ve geliştirilen yeni fiber ayrıklaştırma yöntemi kullanılarak betonarme ve çelik takviyeli kompozit enkesitlerin moment eğrilik davranışının tahmin edilmesi üzerine daha kapsayıcı bir algoritma geliştirilmiştir. Algoritma oluşturulurken bazı varsayımlar yapılmıştır. Buna göre ; Düzlem kesit düzlem kalır; Pas payı çatladıktan sonra dayanımını kaybeder; Sünme ve büzülme etkileri ihmal edilmiştir; Kesme kuvvetlerinden kaynaklı deformasyonlar ihmal edilmiştir; Donatıların betonun içerisindeki sıyrılma etkileri ihmal edilmiştir; Boyuna donatıların burkulma etkileri lokal olarak analize dahil edilmiştir; Betonun çekme dayanımının olmadığı varsayılmıştır. Eğrilik üzerinden kontrol edilen algoritmada ilgili kesit, çizim programı ile çizilip renklendirilir. Kesit tanımı yapıldıktan sonra eğrilik değerine göre tüm enkesit üzerindeki malzemeler taranarak ilgili malzemelere ait gerilm-şekil değiştirme fonksiyonları belirlenir. Enkesit üzerinde kuvvet denkliği kurularak tarafsız eksen bulunur. Tarafsız eksen belirlendikten sonra kesitin moment kapasitesi hesaplanır. Betonarme enkesitler için moment eğrilik davranışlarının elde edildiği bir takım deneysel sonuçlar, geliştirilen algoritma ile tahmin edilmeye çalışılmıştır. Ayrıca çelik profil takviyeli kompozit enkesitlerin analitik moment eğrilik davranışları incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis describes the development of an algorithm to estimate the moment-curvature relationship of rectangular or circular shaped reinforced concrete and steel-encased composite sections under monotonic and cyclic loading. The behavior of the constituent materials such as concrete, reinforcing bar, and steel profile are investigated by using a new fiber discretization method based on image processing. Literature has been reviewed for the monotonic and cyclic stress-strain behavior of reinforcing steel and concrete. For the materials used in the study, high fiber and curvature ratios mean a large processing volume for the computer and it is important that the material models should be mathematically simple because of this processing volume. Considering aforementioned condition, a computer code was created based on the analytical model proposed by Dhakal and Maekawa (2002b). Both monotonic and hysteretic behaviors were analyzed. Experimental results that were published before and after the publication of the proposed model were used to verify the behavior of reinforcing steel under monotonic compression/tension and cyclic loading. An algorithm to predict the stress-strain behavior of confined, unconfined, and cover concrete under monotonic and cyclic loading based on Mander et al. (1989) is also presented. The model is compared with the experimental results which were tested by Li (1993). The effect of the yield strength of transverse reinforcement, spacing of stirrups, and compressive strength of concrete are investigated with the presented algorithm. A new fiber discretization method was developed based on image processing to identify the cross section. This new method allows obtaining the moment curvature behavior of all kind of specimens easily. The moment-curvature response for reinforced concrete members is inspected. Experimental results are attempted to be estimated by developed algorithm. Analytical moment curvature behavior of steel encased composite cross section was also investigated without the effect of bond-slip, loading rate, and low cyclic fatigue.
Benzer Tezler
- Ağır ticari aracın dizel motoruna ait egzoz manifoldunun ısıl olarak incelenmesi
Thermal investigation of exhaust manifold for a heavy commercial vehicle diesel engine
BURAK YALÇINDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL CEM PARMAKSIZOĞLU
- 19. yüzyıl İstanbul dizi konutlarının morfolojik andizine dayalı bilgi tabanlı tasarım modeli
Başlık çevirisi yok
ÇİLER KIRŞAN
- Numerical investigation on fatigue crack propagation for gas turbine engine parts
Başlık çevirisi yok
ŞEVKET ERTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiEnerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ ARSLAN
- Development of a novel drying algorithm for reducing dimensional change on cotton textiles during tumble drying
Pamuklu tekstillerin tamburlu kurutulması sırasında boyutsal değişimini azaltmaya yönelik yenilikçi bir kurutma algoritması geliştirilmesi
AYŞİN ACIR SÜKUTİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UMUT KIVANÇ ŞAHİN