Investigation of Damage Limits of Conventional Reinforced Concrete Coupling Beams

Abstract

Deformation based damage limits of conventional reinforced concrete coupling beams were analytically investigated considering the Turkish Seismic Building Code 2018 (TSC, 2018). Moment-curvature values of the conventional reinforced concrete beams were calculated with the SAP 2000 programs by taking constant tension and compression reinforcement ratios, transverse reinforcement diameter and spacing’s and changing the net span/depth ratio and concrete compressive strengths. In this study, real material behaviour was taken into account. Inelastic behaviors of reinforced concrete coupling beams are investigated from the moment-curvature relations. The damage limit values given in TSC (2018) were calculated for reinforced concrete coupling beam models using the data obtained from moment-curvature relationships of conventionally reinforced concrete coupling beams models. Strain values are calculated for the collapse prevention (CP), controlled damage (CD) and limited damage (LD) performance levels defined in TSC (2018). Three different damage limits and unit strain values corresponding to these damage limits were examined for conventionally reinforced concrete coupling beams. The performance levels of the concrete and reinforcement steel deformations and plastic rotations were calculated for different performance levels of conventional reinforced concrete coupling beams. Damage limits of plastic rotations of the CP and CD performance levels are defined as functions of yield curvature, maximum curvature, plastic hinge length, shear length, and longitudinal reinforcement diameter. In this study; it has been observed that the concrete compressive strength affect the yield moment (M_y), plastic rotation limits (θ_P^((CD)) and θ_P^((CP)) ) for performance levels of CP and CD of conventional reinforced coupling beams. It is proven that the net span depth to ratio (l_n/h) effect the; plastic rotation limits (θ_P^((CD))and θ_P^((CP))) of the CP and CD performance levels and yield chord rotation (θ_y) for the conventional reinforced concrete coupling beams.

Keywords

• Moment-Curvature
• Performance Levels
• Damage Limits
• Strain Limits
• Plastic Rotation

Geleneksel Donatılmış Betonarme Bağ Kirişlerin Şekil Değiştirme Esaslı Hasar Sınırlarının Araştırılması

Abstract

Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY, 2018)’de geleneksel donatılmış betonarme bağ kirişleri için öngörülen şekil değiştirme esaslı hasar sınırları analitik olarak incelenmiştir. Geleneksel donatılmış betonarme bağ kirişlerinin çekme ve basınç donatısı oranı, enine donatı çapı ve aralığı sabit tutulmuş net açıklık / derinlik oranı ve beton basınç dayanımını değiştirilerek SAP 2000 programı ile moment-eğrilik değerleri hesaplanmıştır. Bu çalışmada; gerçek malzeme davranışları esas alınmıştır. Elde edilen momenti-eğrilik ilişkilerinden betonarme bağ kirişlerinin elastik ötesi davranışları incelenmiştir. Geleneksel donatılmış betonarme bağ kirişi modelleri için moment-eğrilik ilişkilerinden elde edilen veriler kullanılarak TBDY, (2018)’de verilen hasar sınır değerleri betonarme bağ kiriş modelleri için hesaplanmıştır. Şekil değiştirme değerleri TBDY (2018)’de tanımlanmış olan göçmenin önlenmesi (GÖ), kontrollü hasar (KH) ve sınırlı hasar (SH) performans seviyeleri için hesaplanmıştır. Geleneksel donatılmış betonarme bağ kirişleri için üç ayrı hasar sınırı ve bu hasar sınırlarına karşı gelen birim şekil değiştirme değerleri incelenmiştir. Geleneksel donatılmış betonarme bağ kirişlerde farklı performans düzeyi için beton ve donatı çeliği birim şekil değiştirmeleri ve plastik dönmeleri hesaplanarak performans düzeyleri araştırılmıştır. GÖ ve KH performans düzeyleri için plastik dönmelerin hasar sınırları; akma eğriliği, kopma eğriliği, plastik mafsal uzunluğu, kesme açıklığı ve boyuna donatı çapının fonksiyonu olarak tanımlanmıştır. Bu çalışmada; geleneksel donatılmış bağ kirişlerinin beton basınç dayanımının akma momentine (M_y), GÖ ve KH performans düzeyleri için plastik dönme sınırlarına (θ_P^((KH)) ve θ_P^((GÖ))) etkili olduğu gözlemlenmiştir. Net açıklık derinlik oranın (l_n/h) artırılması; geleneksel donatılmış betonarme bağ kirişlerininGÖ ve KH performans düzeyleri için izin verilen plastik dönme sınırlarına (θ_P^((KH)) ve θ_P^((GÖ))) ve akma durumu için yer değiştirmiş eksen dönmesi üzerine (θ_y) etkili olduğunu ispatlanmıştır.

Keywords

• Moment-Eğrilik
• Performans Düzeyleri
• Hasar Sınırları
• Birim Şekil Değiştirme Sınırları
• Plastik Dönme

References

1. [1] Ersoy, U. ve Özcebe G. (1998). Sarılmış Betonarme Kesitlerde Moment-Eğrilik İlişkisi Analitik Bir İnceleme. Teknik Dergi, 9(4), 1998-1827.
2. Sönmez, İbrahim K, 2010. “Betonarme Yapı Sistemlerinde Yapısal Performans Düzeyini Belirleyen bir Bilgisayar Programı Geliştirilmesi”, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
3. S. F Breña, O. Ihtiyar, “Performance of conventionally reinforced coupling beams subjected to cyclic loading”. J StructEng, 137:665–76, 2011.
4. S. El-Tawil, K. A. Harries, P. J. Fortney, B. M. Shahrooz, and Y. Kurama, “Seismic design of hybrid coupled wall systems: state of the art” Journal of structural engineering, vol. 136, no. 7, pp. 755–769, 2010.
5. C.-C. Hung and W.-T. Lu, “A performance-based design method for coupled wall structures,” Journal of Earthquake Engineering, vol. 21, no. 4, pp. 579–603, 2016.
6. TBDY, 2018, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, T.C. Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara.
7. SAP2000. Structural software for analysis and design, Computers and Structures, Inc. Version 20.0.0. USA.
8. Çağlar, N., Akkaya, A., Demir, A., Öztürk, H., 2004. Farklı Kesit Geometrilerine Sahip Betonarme Kolonların Davranışının İncelenmesi, ISITES2014, p. 2095-2105, Karabük/Türkiye.

9. TS500, 2000, Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, TSE, Ankara.