Eksenel Basınç Yükü Altında Farklı Ebatlı Beton Küp Numunelerde Boyut Etkisinin İncelenmesi

Öz

Aynı geometriye sahip beton numuneler üzerinde yapılan bu deneysel araştırmada numune boyutu ile nominal basınç dayanımı arasında numune boyutunun artması ile nominal dayanımın azaldığı sonucuna ulaşılmıştır. Bu olay beton ve betonarmenin kırılma mekaniğinde boyut etkisi olarak adlandırılmaktadır. Eksenel basınç yükü altında Laboratuvar koşullarında üretilen değişik basınç dayanımlarındaki küp beton numunelerde kırılma yükleri deneysel olarak elde edilmiştir. Ulaşılan sonuçlarla boyut etkisi eğrileri çizilip, ilgili boyut etkisi parametreleri hesaplanmıştır. Farklı beton sınıflarında (C20, C25, C30, C35, C40) beş ayrı grupta küp numunelerle toplam 45 adet beton deney numunesi kullanılmıştır. Çalışmada her bir beton sınıfı alfabetik olarak sırasıyla (A, B, C, D, E) olarak harflendirilmiştir. Çalışmada ulaşılan sonuçlara Bazant’ın boyut etkisi metodunun Lineer I, Lineer II ve Non-lineer ile Carpinteri’nin MFSL (Multifractal Scaling Law) analizleri uygulanmış ve boyut etkisi bağıntıları elde edilmiştir. Deneysel verilerden elde edilen sonuçlar ilgili boyut etkisi denklemlerine çok iyi uymuştur. Beton dayanımınlarının boyut etkisi teorisi ile korelasyonu tam olarak kurulmuştur. Boyut etkisinin varlığı, farklı dayanımlara sahip küp numunelerle yapılan deneylerden elde edilen sonuçlarla açıkça görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Kırılma mekaniği
• boyut etkisi
• basınç dayanımı
• beton deneyleri
• küp numune

Investigation of Size Effect on Concrete Cube Samples of Different Sizes Under Axial Compressive Load

Abstract

In this experimental study conducted on concrete samples with the same geometry, it was concluded that the nominal strength decreases with an increasing sample size between sample size and nominal compressive strength. This phenomenon is called the size effect in the fracture mechanics of concrete and reinforced concrete. Fracture loads were obtained experimentally for cube concrete specimens with different compressive strengths produced under laboratory conditions under axial compressive load. With the results obtained, size effect curves were drawn and related size effect parameters were calculated. A total of 45 concrete test samples were used with cube samples in five different groups in different concrete classes (C20, C25, C30, C35, C40). In the study, each concrete class is alphabetically lettered as (A, B, C, D, E). Linear I, Linear II, and Non-linear analyzes of Bazant's size effect method and MFSL (Multifractal Scaling Law) analysis of Carpinteri were applied to the results obtained in the study, and size effect curves and parameters were obtained. The existence of the size effect was clearly seen with the results obtained from the experiments performed with cube samples with different strengths.

Keywords

• Fracture mechanics
• size effect
• compressive strength
• reinforced concrete experiments
• cube specimen

References

1. Koç, V., Şener, S., (2003). “Lifli Beton Çift Konsolun Basınç Göçmesinde Boyut Etkisi”, Yapı Mekaniği Laboratuarları Toplantısı II, TÜBİTAK, Konya,169-172.
2. Koç V., Şener S., (2003). “Hafif ve normal betondan yapılmış çift konsol numunelerin basınç göçmesinde boyut etkisi”, Türkiye İnşaat Mühendisliği XVII. Teknik Kongre ve Sergisi, İstanbul, 137-141,
3. Koç V., Şener S., (2004). “Eksenel doğrultuda basınç yüklü çift konsollarda boyut etkisi”, Advances in Civil Engineering, 6th International Conference, Boğaziçi Ünv., İstanbul, 531-540,
4. Bazant, Z. P., and Planas, J. (1998). “Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials”, CRC Press, Boston, 135-155,
5. Aydın, H. (2010). “Farklı Dayanımlı Silindir ve Küp Beton Numulerde Boyut Etkisinin İncelenmesi”. Y. Lisans Tezi.Fen Bilimleri Enstitüsü, OMÜ, Samsun, Turkey
6. TS500, (2000). “Betonarme yapıların tasarım ve yapım kuralları”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara,
7. Bazant, Z. P., and Sun, H. H., (1987). “Size effect of diagonal shear failure; effect of aggregate size and stirrups.”, ACI Materials Journal, 84(4): 259-272, 1987.
8. Koç V., (2007).” Beton boyut etkisi ve kırılma parametrelerinin tespiti”, BAÜ FBE Dergisi, Cilt:9, Sayı:2,150-166, Aralık Doğangün, A. (2002). Betonarme Yapıların Hesap ve Tasarımı. Birsen Kitabevi, 94-95s, İstanbul.

9. Şanal, İ. (2018). “Beton Basınç Dayanım Testlerinde Küçük Ebatlı Küp Beton Numunelerin Yaygın Kullanımı İçin Şekil-Boyut Etkisinin Detaylı İncelenmesi”, Dokuz Eylül Üniversitesi-Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt 20, Sayı 58, Ocak,
10. Hillerborg, A. (1983). Analysis of one single crack, In G-18, 223-249.
11. ACI Report Committee 446, (1992). “Fracture mechanics of concrete: concepts, models and determination of material properties”, In Fracture Mechanics of Concrete Structures, Z.P. Bazant, Elsevier Applied Science, London,1–140
12. Shah, S. P., Swartz, S. E., Ouyang, C., (1995). “Fracture mechanics of concrete: applications of fracture mechanics to concrete, rock, and other quasibrittle materials”, John Wiley & Sons, Inc., NewYork, 1-35
13. Van Mier, J.G.M., (1997). “Fracture processes of concrete, assessment of material parameters for fracture models”, CRC Press, London, 1-78.
14. Erdoğan, F. (2000). “Fracture mechanics”, International Journal of Solids Structures, 37: 171-183
15. Hawkins, N. M., (1984). “The role for fracture mechanics in conventional reinforced concrete desing”, NATO workshop of Fract. Mech., Northwestern Univ., Evaston III, 115-168.
16. Carpinteri, A., (1988). “Decrease of apparent tensile and bending strength with specimen size: two different explanations based on fracture mechanics”,
17. Carpinteri, A., Chiaia, B., Ferro, G., (1994). “Multifractal scaling law for the nominal strength variation of concrete structures in size effect in concrete structures”, E&FN Spon, London, 193-206
18. Tuhta, S., Günday, F., Aydin, H., (2020).” Example For Nonlinear System Identıfıcatıon Of Model Masonry Retaınıng Wall Wıth Hammersteın–Wıener Models”, Proceeding of A Multidisciplinary International Scientific Conference on Science, Technology, Education and Humanities Hosted from Ukraine, www.econferenceglobe.com,November 30th,
19. Tuhta S., Günday F. (2020). “Dynamic Parameters Determination of Concrete Terrace Wall with System Identification Using ANN”, JournalNX, 9 / 2020
20. Koç, V., & Tuhta, S. (2012). “Asma Katlı Kat Çıkmalı ve Asmolen Döşemeli Yapıların Depremsel Davranışı”. Presented at the “Samsun İlinin Deprem Riski ve Alınabilecek Önlemler Sempozyumu”.
21. Koç, V., & Tuhta, S. (2012). “Depremler Sonrası Zemin Katlarda Görülen Çökmelerin İncelenmesi”. Presented at the Samsun İlinin Deprem Riski ve Alınabilecek Önlemler Sempozyumu.
22. Tuhta, S., Günday, F., Aydın, H., & Pehlivan, N. Ç. (2019). “Investigation of CFRP Retrofitting Effect on Masonry Dome on Period and Frequency Using Finite Element Method”. Presented at the International Disaster and Resilience Congress (idRc 2019), Eskişehir.
23. Tuhta, S., Günday, F., Aydın, H., & Pehlivan, N. Ç. (2019). “Investigation of CFRP Retrofitting Effect on Masonry Dome on Stress Using Finite Element Method”. Presented at the International Disaster and Resilience Congress (idRc 2019), Eskişehir.
24. Akkaya, Y., Bayramov, F., Taşdemir, M., (2003). “Betonun Kırılma Mekaniği; Tasarımda Kullanılan Mekanik Özellikler ile Kırılma Parametreleri arasındaki Bağıntılar”. TMH-Türkiye Mühendislik Haberleri,Sayı :426-2003/4
25. Koç, V., & Birinci, F. (2013). Lifli Beton Boyut Etkisi Tokluk ve Kırılma Enerjisi. International Journal of Technological Science, 4(3), 24–40.
26. Neville A. M., (1956) The influence of size of concrete test cubes on mean strength and standard deviation Magazine of Concrete Research (8) 101-110.
27. Sabins G M 1979 MIRZA S M. Size Effects in Model Concrete Journal of the Structural Division 105 (ST6) 1007-1020
28. Yang C Q and Wu Z., (1997) Study on strength dimension effect and deformation characteristics of full-grade concrete Journal of Dalian University of Technology 37 (suppl. 1) 129-134.
29. Chen W, Peng G and Zhou H Q. (2014). Stress-strain analysis of uniaxial tests of concrete of different sizes under different strain rates Hydropower Energy Science 32(03) 134-137.
30. Che, Y., Ban, S. L., Cui, J. Y., Chen, G., & Song, Y. P. (2010). Effect of Specimen Shape and size on Compressive Strength of Concrete. Advanced Materials Research, 163–167, 1375–1379. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.163-167.1375
31. Weibull W., (1939). Phenomenon of Rupturein Solids Proc. Royal Swdeish. Inst. Of Engineering Research (153) 1-55 Harrison Frederick Gonnerman ,1925, Effect of size and Shape of Test Specimen on Compressive Strength of Concrete, Bulletin 16, Structural materials research laboratory, Lewis institute, Structural materials research laboratory, Virginia Üniversitesi Chicago
32. Jin-Keun Kim., (1990). Size effect in concrete specimens with dissimilar initial cracks, Magazine of Concrete ResearchISSN 0024-9831 | E-ISSN 1751-763X ,Volume 42 Issue 153, December 1990, pp. 233-238