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.

Keywords

• Doğrusal olmayan sonlu eleman analizi,Çelik fiber katkılı beton,Eğilme davranışı

Determination of the behavior of steel fiber reinforced concrete beams without stirrups under bending by nonlinear finite element analysis

Abstract

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.

Keywords

• Nonlinear finite element analysis,Steel fiber reinforced concrete,Bending behavior

References

1. Parra-Montesinos GJ. “Shear strength of beams with deformed steel fibers”. Concrete International, 28(11), 57-66, 2006.
2. Campione G. “Simplified flexural response of steel fiber-reinforced concrete beams”. Journal of Materials in Civil Engineering, 20(4), 283-293, 2008.
3. Hameed R, Sellier A, Turatsinze A, Duprat F. “Flexural behaviour of reinforced fibrous concrete beams: experiments and analytical modelling”. Pakistan Journal of Engineering and Applied Sciences, 13, 19-28, 2013.
4. Lim TY, Paramasivam P, Lee SL. “Bending behavior of steel-fiber concrete beams”. ACI Structural Journal, 84(6), 524-536, 1987.
5. Vecchio FJ, Palermo D. “NLFEARC Look both ways before crossing”. ACI Fall 2000 Convention, Toronto, 17-18 October, 2000.
6. Vecchio FJ, Collins MP. “The Modified Compression Field Theory for reinforced concrete elements subjected to shear”. ACI Journal, 83(2), 219-231, 1986.
7. Vecchio FJ. “Analysis of shear-critical reinforced concrete beams”. ACI Structural Journal, 97(1), 102-110, 2000.
8. Wong PS, Vecchio FJ, Trommels H. VecTor2, FormWorks User's Manual, 1st ed. Toronto, Canada, University of Toronto, 2002.

9. Susetyo J, Gauvreau P, Vecchio FJ. “Steel fiber-reinforced concrete panels in shear: analysis and modeling”. ACI Structural Journal, 110(2), 285-295, 2013.
10. American Concrete Institute. “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)”. United States of America, 2014.
11. Voo JYL, Foster SJ. “Variable Engagement Model for Fibre Reinforced Concrete in Tension”. in Uniciv Report No. R-420. University of New South Wales, Sydney, NSW, Australia. 86, 2003.
12. Barragan BE, Gettu R, Martin MA, Zerbino RL. “Uniaxial tension test for steel fibre reinforced concrete-a parametric study”. Cement & Concrete Composites, 25(7), 767-777, 2003.
13. Naaman AE. “Strain hardening and deflection hardening fiber reinforced cement composites”. Fourth International Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cement Composites (HPFRCC4), Ann Arbor, USA, 95-113, 16-18 June, 2003.
14. Deluce JR, Vecchio FJ. “Cracking behavior of steel fiber-reinforced concrete members containing conventional reinforcement”. ACI Structural Journal, 110(3), 481-490, 2013.
15. Lee SC, Cho JY, Vecchio FJ. “Simplified diverse embedment model for steel fiber-reinforced concrete elements in tension”. ACI Structural Journal, 110(4), 403-412, 2013.