Determination of in-plane shear characteristics of rc voided slabs by experimental and analytical methods
Boşluklu döşemelerin düzlem içi kayma özeliklerinin deneysel ve analitik yöntemlerle belirlenmesi
- Tez No: 611441
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
- 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: 111
Özet
Döşemeler, yapiya uygulanan yüklerin kolonlara aktarılmasındaki önemli rolü ve betonarme üzerinde düz bir yüzey sağlaması nedeniyle betonarme yapıların onemli bir elemandir. Düz plak döşeme kullanımı, mimarlar arasında çok popülerlik kazanıyor, çünkü düz plak döşeme sistemi, mimarın kirişsiz yüksek ve tamamen düz tavan konseptini elde etmesini sağlar. Ancak plak döşemelerin doğru bir şekilde tasarlanması, bazı özelliklerin yerine getirilmesine ihtiyaç duyulur. Örneğin, döşemelerin kalınlığı, eğilmeyi önleyen bir aralıkta olmalıdır, ayrıca açıklık uzunluğu belirli değerlerden daha büyük olamaz. Tarih boyunca bazı avantajlar elde etmek için döşemelerin tasarım tipinde bazı değişiklikler yapıldı. Örneğin, mantar döşemeler kullanılarak döşemelerin şekli değişti. Bu tip döşemelerde, yapının kendi ağırlığını azaltmak için yapılan çabaların sonucuydu. Mantar döşemelerinde, zımbalama probleminden kaçınmak için kolon ve döşeme birleşme bölgelerinde döşemelerin kalınlığı artırıldı, ancak döşemelerin diğer alanları kritik alanlardan daha küçük kalınlığa sahipti. Döşemeler için yeni sistemler oluşturma amacı, daha geniş açıklıklara ve daha hafif yapılara sahip olmak için büyük bir talep olduğu gerçeğiydi. Geçtiğimiz yıllarda geliştirilen döşemeler için bir başka sistem de boşluklu döşemelerdir. Döşemelerin içinde bazı boşluklar birakmak, yapının kendi ağırlığını azaltır ve döşemenin kalınlığını arttırmadan daha geniş açıklıklara sahip olma fırsatı verir. Başka bir deyişle, mimari ihtiyaçlar nedeniyle açıklık uzunluğu artarsa, statik dengeleri karşılamak için döşemenin kalınlığı arttırılmalı ve bu artış beton ve çelik gibi malzemelerin tüketilmesine neden oluyor ki bu artiş daha fazla maliyete, yapının ağırlaşmasina, eğilmeye maruz kalmaya ve deprem yukunun daha fazla olmasına neden olacaktır. Bu nedenle, boşluklu döşemeler sistemi, kendi ağırlığnin daha az olma nedeniyle aynı kalınlıkta daha büyük açıklıklara ve daha az sismik kuvvetlere sahip olma avantajları sağlar. Boşluklu döşemelerde bırakılan boşluklar genellikle plastikten yapılır ve şekilleri kare, dairesel ve elips olabilir. Ayrıca her şeklin araştırılabilecek bazı spesifik özellikleride vardır. Boşluklu döşeme sistemi, farklı yüklemeler sırasında eğilme, kayma ve diğer davranışlarını araştırmak ve boşluklu döşeme tasarlamak için kullanışlı bir yöntem bulmak için birçok inşaat mühendisi tarafından dikkate alınmıştır. Ayrıca, zımbalama problemi araştırılmış olan başka bir konuydu ve kolonların kritik bölgelerinde, döşemelerin geleneksel döşemelerde olduğu gibi yapılması gerektiğini ortaya koydu. İnşaat mühendisleri tarafından yapılan araştırmalar, boşluklu döşemelerin maksimum eğilme momemntı normal döşemelerinkinden yüzde on daha az olduğunu ortaya koydu. Ancak düzlem içi kesme kuvvetine maruz kalan boşluklu döşemelerin kayma davranışı hakkındaki sınırlı bilgi olması nedeniyle, bu araştırma, boşluklu döşemelerin kayma davranışını belirlemek için yapılmıştır. ABS inşaat şirketi tarafından farklı özelliklere sahip olan on altı boşluklu döşeme farklı yükleme tipleriyle araştırma yapmak için inşa edildi, ancak bu tezde iki boşluklu döşemenin düzlem içi kesme kuvvetine maruz kalan kayma davranışını deneysel ve analitik araştırmak için ele alınmıştır. Bu iki boşluklu döşemeler, İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuarında (STEELab) test edilmiştir. Bu deneyin set-upı ilk kez olarak Prof. Dr. Ercan YÜKSEL tarafından tasarlandığı ve uygulandığı belirtilmelidir İlk döşeme boyutu 178,5 cm 178,5 cm 30 cm, ikincisi ise 201 cm 201 cm 30 cm idi. Ayrıca, birinci ve ikinci döşemelerin boşlukları arasındaki boşluk mesafesi sırasıyla 7.5 ve 15 cm idi. Numunelerin beton ve çelik özellikleri aynı olan, fakat ikincisinin daha büyük olması nedeniyle, donatıların sayısı ikincide daha fazlaydı ancak donatıların alanları eşitti. Bu tez beş bölümden oluşmaktadır. İlk olarak, boşluklu döşemenin tarih boyunca gelişimi ve daha önce üzerinde yapılmış araştırmalar hakkında bazı detaylı bilgiler verilmiştır. Ondan sonra numunelerin kurulması ile ilgili ve temel teoriler, gerilme, şekildeğiştirme ve aralarındaki ilişki incelenmiştir. Ayrıca bu bölümde, analiz için sonlu elemanlar yöntemini kullanan Abaqus bilgisayar programı hakkında bazı bilgiler bulunmaktadır. Daha sonra, üçüncü bölümde, farklı boyutlara ve boşluklar arasında farklı mesafeye sahip olan boşluklu döşemelerin deneyi detaylı bir şekilde ele alınmış ve yük-yer değiştirme, kayma gerilme-kayma açı, kayma gerilme-şekildeğiştirme ve diğer önemli grafikler kapsamlı bilgi elde etmek için çizilmiştir. Grafikler, boşluklu döşemelerin kesme kapasitesi 1.5 MPa civarında olduğunda, davranışının rijit bir diyafram olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir. Birinci boşluklu döşemede yük kapasitesı 1480 KN ve ikincisinde 1800 KN idi. İlk döşemenin boşlukları birbirine daha yakın olması nedeniyle, ikincisinin sünekliği, birincisinnin iki katıydı. Ayrıca, elastik bölgesinde kayma modülü, ilk numunede ikincisine göre oldukça yüksekti. Betona ve çubuklara yapıştırılan strain gaugelerden elde edilen veriler tamamen güvenilir değildi. strain gaugelerden bazıları sadece elastik bölgede doğru sonuçlar almıştır. Bir sonraki bölümde, deneysel kısmindaki boşluklu döşemeler Abaqus programında simüle edilmiş ve numuneleri sonlu elemanlar yöntemleri kullanılarak analiz edilmiştir. Bü simülasyon, elde edilen verileri karşılaştırmak için daha güvenilir sonuçlar elde etmek için boşluklu döşemelerin tüm özellikleri göz önünde bulundurularak yapılmıştır. Bunun için boşluklu döşemelerin betonunun dayanımını belirlemek için yapılan testler uzun zaman önce olduğundan ve bir betonun dayanımının zamanla doğrudan bir ilişki içinde olduğu gerçeği göz önüne alındığında, altı silindirik numune döşemenin hasar görmediği kısımlarından alınmıştır. Bu modellemede, boşluklu döşemeler tasarımı için solid eleman düşünülmüş ve donatılar için wire şekli tipi seçilmiştir. Simülasyon için önemli bir karakter, beton hasar davranışınıdır ki bu simülasyonda Popovics beton davranış modeli kullanılmıştır. Meşin boyutun belirlenmesinde başka önemli bir konudur, ki en doğru meş boyutunu elde etmek için bazı meş boyutları incelenmiş ve en dogru sonuçu vereni seçilmiştir. Kesme gerilimi-kesme açısı grafiği de bu simülasyondan elde edilebilir, ancak Abaqus programı numuneyi sonlu elemanlar yöntemi ile analiz etmesi nedeniyle, çok sayıda eleman vardır ve her bir elemanın kesme gerilimi grafiği diğerlerinden farklıdır ancak seçilen alanın tüm elemanlarının grafiği abaqus yazılımından elde edilebilir ancak ortalama değeri elde etmek basit değil. Abaqus yazılımının analiz için sonlu elemanlar yöntemi kullandığı için, bazı elemanların kayma gerilimi, deneysel sonuçlardan elde ettiğimiz ortalama değerden daha fazla olabilir, ancak çoğu elemanın ortalama değerler deneysel sonuçlara çok benzer. Sonuç olarak, deneysel ve analitik çalışmalardan elde edilen veriler neredeyse aynıydı. Ek olarak, boşluklu döşemelerin geleneksel döşemeler ile karşılaştırmak için aynı ebattaki diğer iki geleneksel döşeme simüle edildi. Son olarak, bu çalışmadan çıkan sonuçlar son bölümde ele alınmıştır. Zimbalama önemi nedeniyle, boşluklu döşemelerın kritik bölgelerdeki kayma davranışını gözlemlemek için kolonları dikkate alarak boşluklu döşemelerın araştırılması önerilir. Düşey yükler ve yatay yükler yapılara aynı anda uygulandığından, işlenmiş boşluklu döşemelerın momentini ve kayma davranışını gözlemlemek için aynı anda her iki yük tipine maruz kalan işlenmiş boşluklu döşemelerın dikkate alınması daha gerçekçi olacaktır.
Özet (Çeviri)
Slabs are the main part of the reinforced concrete structures because of their important role in transmitting the applied loads to columns and provide a flat surface on structures. Designing slabs accurately needs some characteristic satisfactions. For instance, thickness of the slabs should be in a range that avoids extreme deflection, also the span length should be in way that not leads to deformations larger than specific values. Throughout history, some changes have been made to the design types of slabs to get some advantages. For example, the shape of slabs have been changed by using mushroom slabs. The aim of creating new slab systems was due to the fact that there was a great demand to have larger spans and lighter structures. Another system for slabs that have been developed in the last decades is voided slabs. Putting some voids within the slabs reduce the self-weight of the structure and gives an opportunity to have larger spans without increasing the thickness of the slab. Moreover, voided slabs decrease the amount of material usage and consequently decrease construction costs. In the other words, if the span length is increased due to the architectural needs, the thickness of the slab should be increased to satisfy the static equilibriums and it would cause the structures to have heavy self-weight, leading to extensive deflection and, it would be more destructive on earthquake. Therefore, the voided slab systems give advantages to have larger spans with the same thickness and less seismic forces due to the less self-weight. Voided slab system is taken into consideration by many civil engineers to investigate the flexural, shear and its other behavior exposed to different loading conditions. They have attempted to find a useful method to design a voided slab. Also, punching force problem was another subject that has been investigated and it revealed that in the critical areas of the columns, the slab should be constructed as a conventional types. In this thesis, two voided slabs were tested in Istanbul Technical University (ITU) Structural and Earthquake Engineering Laboratory (STEELab) which were constructed by ABS construction company to investigate the shear behavior of the voided slabs experimentally and analytically subjected to the in-plane shear force. It must be mentioned that the test set-up was designed and implemented for the first time by Prof. Dr. Ercan YÜKSEL. The dimension of the first sample was 178.5 cm 178.5 cm 30 cm and the second one was 201 cm 201 cm 30 cm. Also the space between voids of the first one and second one was 7.5 cm and 15 cm, respectively. The thesis is consisted of five chapters. At the first chapter, there is some information about the history of the voided slabs and the researches that have been conducted before. After that, the basic theories about the investigation and its test set-up, stress, strain and the relationship between them were studied. Then, in third chapter, the experiment of the voided slabs which had different dimensions and different space between voids were deeply considered and the important graphs such as fore-displacement, shear stress-shear angle and other ones were plotted to get comprehensive information. In the next chapter, the experimented voided slabs were simulated in the Abaqus program, which analyzes the specimens by using the finite element methods. The simulation was done by considering all the properties of the voided slabs to get the more reliable results to compare the obtained data. In addition, other two conventional slabs with the same dimensions were simulated to compare the voided slab by the conventional slabs. Finally, the conclusion gets from this study was considered in the last chapter. Based on the obtained results, the graphs show that when the shear capacity of the voided slab is around the 1.5 MPa, its behavior can be considered as a rigid diaphragm. Plus, the data obtained from the experimental and analytical studies were almost the same.
Benzer Tezler
- Betonarme yüksek kirişlerde kesme çatlağının artık yük taşıma kapasitesine etkisinin incelenmesi
Investigation of effect of shear cracks on residual load carrying capacity of reinforced concrete deep beams
AYDIN DEMİR
Doktora
Türkçe
2018
İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NACİ ÇAĞLAR
- Mevcut yüksek katlı betonarme binaların hasar görebilirliğinin kırılganlık eğrileri yardımıyla belirlenmesi
Evaluate damage potential with fragility curves for existing high rise R.C. Building
HÜSEYİN KEMAL DAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
- Çift cidarlı moloz dolgulu tarihi taş duvarların yatay yükler altındaki davranışının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the seismic behaviour of multi-leaf historical stone walls
EMRE DOĞU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER İLKİ
- Boşluklu perdeler içeren çok katlı betonarme yapı sistemlerinin lineer olmayan davranışlarının incelenmesi ve süneklik düzeylerinin belirlenmesi
Non-linear behaviour and ductility level of multistory reinforced concrete structures composed of frames and shear walls with openings
M. ANDAÇ KARACAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN ÖZER
- Geoteknik özelliklerin belirlenmesinde sismik ve penetrasyon deneylerinin karşılaştırılması
The Comparison of in-situ seismic and penetration test for the determination of geotechnical properties
RECEP İYİSAN