Investigation of Shear Strength and Deformation Capacity Models of Reinforced Concrete Columns

Abstract

At the pre-collapse seismic performance level, there is a need to model and estimate the decrease in the lateral load and axial load carrying capacities of the shear-sensitive reinforced concrete columns the effects of such behavior on the entire structure. In order to investigate the shear strength and deformation capacity behaviors, reinforced concrete circular column models with different concrete compressive strength, axial load level and spiral reinforcement ratios were designed. The shear behavior and deformation capacity of the designed reinforced concrete columns were investigated according to the models proposed by ASCE/SEI 41 (2017) and the researchers. According to the characteristic values obtained from moment-curvature relations of reinforced concrete columns, elastic, plastic and total displacement values were calculated and the displacement ductility relations were examined. It is seen that the shear strength obtained from the analysis for reinforced concrete columns is affected by the axial load level, concrete compressive strength, spiral reinforcement ratio and displacement ductility values.

Keywords

• Reinforced concrete structures
• Shear strength
• Displacement ductility
• Seismic evaluation
• Axial load

Betonarme Dairesel Kolonların Kesme Dayanımı ile Deformasyon Kapasite Modellerinin Araştırılması

Abstract

Göçme öncesi sismik performans seviyesinde, kesmeye maruz betonarme kolonların yatay yük ve eksenel yük taşıma kapasitelerindeki azalmayı ve bu davranışların tüm yapıya etkilerini modellemeye ve tahmin etmeye ihtiyaç vardır. Kesme dayanımı ile deformasyon kapasite davranışlarının incelenmesi için farklı beton basınç dayanımı, eksenel yük seviyesi ve spiral donatı oranlarında betonarme dairesel kolon modelleri tasarlanmıştır. Tasarlanan betonarme kolonların kesme davranışı ile deformasyon kapasiteleri, ASCE/SEI 41 (2017) ve araştırmacılar tarafından önerilen modellere göre araştırılmıştır. Betonarme kolonların moment-eğrilik ilişkilerinden elde edilen karakteristik değerlere göre elastik, plastik ve toplam yer değiştirme değerleri hesaplanarak yer değiştirme süneklik ilişkileri incelenmiştir. Betonarme kolonlar için analizlerden elde edilen kesme dayanımlarının eksenel yük seviyesi, beton basınç dayanımı, spiral donatı oranı ve yer değiştirme süneklik değerlerinden etkilendiği görülmektedir.

Keywords

• Betonarme yapılar
• Kesme mukavemeti
• Yer değiştirme sünekliği
• Sismik değerlendirme
• Eksenel yük

References

1. ASCE/SI 41, 2017. Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings, (ASCE/SEI 41), Published by the American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA, 576 p. Erişim adresi: https://searchworks.stanford.edu/view/12367863
2. ACI318, 2014. Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, American Concrete Institute, USA, 520 p. Erişim adresi: https:// www.concrete.org/store/productdetail.aspx?ItemID=318U14&Language=English
3. Dok G., Ozturk H., Demir A., 2017. Determining moment-curvature relationship of reinforced concrete columns, The Eurasia Proceedings of Science, Technology, Engineering and Mathematics 1, 52-58.
4. Ergüner K., 2009. Analytical examination of performance limits for shear critical reinforced concrete columns, Master of Science Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey, 127 p. Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezDetay.jsp?id=15WsIwLDhr_mAmafP9wUUQ&no=Z7uBEeFp_AUTRS0qYIFNiQ
5. Elwood J.K., 2003. Shake table tests and analytical studies on the gravity collapse of reinforced concrete frames, Ph.D. Thesis, University of California at Berkeley, Berkeley, California, 346 p. Erişim adresi: https://searchworks.stanford.edu/view/5579258
6. Foroughi S., Yuksel S.B., 2019. Betonarme kolonların şekil değiştirme esaslı hasar sınırlarının araştırılması, Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi 11(2), 584-601.
7. Fiore A., Marano G.C., Laucelli D., Monaco P., 2014. Evolutionary modeling to evaluate the shear behavior of circular reinforced concrete columns, Advances in Civil Engineering 2014(1), 1-14. Erişim adresi: 1008476-SF-sayı7-sonkapaklı-c.docx
8. Gordon N.P., 2015. Prediction of shear strength and ductility of cyclically loaded reinforced concrete columns using artificial intelligence. Master of Science in Engineering-Civil and Environmental Engineering. University of Nevada, Las Vegas, 76 p. Erişim adresi: http://dx.doi.org/10.34917/7645900

9. Lynn A.C., Moehle J.P., Mahin S.A., Holmes W.T., 1996. Seismic evaluation of existing reinforced concrete building columns, Earthquake Spectra 124(4), 715-739.
10. Mander J.B., Priestley M.J.N., Park R., 1988. Theoretical stress-strain model for confined concrete, ASCE Journal of Structural Engineering 114(8), 1804-1826
11. Paulay T., Priestley M.J.N., 1992. Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley and Sons, Inc, New York, USA., 744 p. Erişim adresi: http://dx.doi.org/doi:10.1002/9780470172841
12. Perez J.C.V., Mulder M.M., 2018. Improved Procedure for Determining the Ductility of Buildings under Seismic Loads, Revista Internacional de Metodos Numericos para Calculo y Diseno en Ingenieria 34(1), 9-27.
13. Saatcioglu M., Ozcebe G., 1989. Response of reinforced concrete columns to simulated seismic loading, ACI Structural Journal 86(1), 3-12.
14. SAP2000., 2020. Structural Software for Analysis and Design, Version 20.2.0, Computers and Structures, USA, (2020).
15. Sasani M., 2007. Life-safety and near-collapse capacity models for seismic shear behavior of reinforced concrete columns , ACI Structural Journal 104(1), 30-38.
16. Sezen H., 2002. Seismic behavior and modeling of the reinforced concrete building columns, Ph.D. Thesis, University of California at Berkeley, California, USA, 670 p. Erişim adresi: http:// www.proquest.com/openview/67b8d565762e463699fa8fd7ead54d5f/1?pq-origsite=gscholar&cbl=18750&diss=y
17. Sezen H., Moehle J., 2004. Shear strength model for lightly reinforced concrete columns, ASCE Journal of Structural Engineering 130(11), 1692-1703.
18. TBDY, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Ankara.
19. Xinxian Z., Xiaolei H., Jing Ji., Yongle Qi., Chao H., 2016. Component-level Performance-based Seismic Assessment and Design Approach for Concrete Moment Frames, The Open Civil Engineering Journal 10, 25-39.
20. Yuksel S.B., Foroughi S., 2019. Betonarme Kolonların Sargısız ve Sargılı Beton Dayanımının Analitik Olarak Araştırılması, Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi 7(3), 611-629.