Çelik fiber ilaveli etriyesiz betonarme kirişlerin eğilme etkisi altındaki davranışlarının doğrusal olayan sonlu elemanlar analizi ile belirlenmesi

Year 2018, Volume: 24 Issue: 3, 397 - 402, 29.06.2018

Sena Tayfur Selçuk Saatçi Ninel Alver

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

• Parra-Montesinos GJ. “Shear strength of beams with deformed steel fibers”. Concrete International, 28(11), 57-66, 2006.
• Campione G. “Simplified flexural response of steel fiber-reinforced concrete beams”. Journal of Materials in Civil Engineering, 20(4), 283-293, 2008.
• 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.
• Lim TY, Paramasivam P, Lee SL. “Bending behavior of steel-fiber concrete beams”. ACI Structural Journal, 84(6), 524-536, 1987.
• Vecchio FJ, Palermo D. “NLFEARC Look both ways before crossing”. ACI Fall 2000 Convention, Toronto, 17-18 October, 2000.
• Vecchio FJ, Collins MP. “The Modified Compression Field Theory for reinforced concrete elements subjected to shear”. ACI Journal, 83(2), 219-231, 1986.
• Vecchio FJ. “Analysis of shear-critical reinforced concrete beams”. ACI Structural Journal, 97(1), 102-110, 2000.
• Wong PS, Vecchio FJ, Trommels H. VecTor2, FormWorks User's Manual, 1st ed. Toronto, Canada, University of Toronto, 2002.
• Susetyo J, Gauvreau P, Vecchio FJ. “Steel fiber-reinforced concrete panels in shear: analysis and modeling”. ACI Structural Journal, 110(2), 285-295, 2013.
• American Concrete Institute. “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)”. United States of America, 2014.
• 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.
• 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.
• 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.
• Deluce JR, Vecchio FJ. “Cracking behavior of steel fiber-reinforced concrete members containing conventional reinforcement”. ACI Structural Journal, 110(3), 481-490, 2013.
• 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.