Betonarme Perdelerin Çevrimsel Davranışının Kafes Kiriş ve Hibrit Model Yaklaşımlarıyla İncelenmesi

Abstract

Betonarme (BA) yapı elemanlarının doğrusal olmayan davranışlarının etkili modelleme yöntemleriyle doğru bir şekilde temsil edilmesi, yapıların sismik güvenliğinin belirlenmesinde son derece önemlidir. Özellikle, tersinir-çevrimsel yükleme altında perdelerde oluşan kesme, eğilme ve eksenel kuvvetlerin birleşiminden kaynaklanan karmaşık davranışlar, gelişmiş sayısal modelleme yaklaşımlarının kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Bu yaklaşımlardan biri, betonarme bileşenlerin düşey ve yatay donatılarından yola çıkılarak panel elemanlarının oluşturulduğu doğrusal olmayan kafes kiriş analojisi yöntemidir. Paneller içerisindeki diyagonal elemanların yatay eksenle yaptığı açı belirlenir ve sistemin sayısal modeli, beton basınç çubukları ve donatı alanları etki bölgelerine göre tanımlanarak geliştirilir. Bu çalışmada, farklı boy/en oranlarına sahip betonarme kesme perdelerinin çevrimsel davranışı, kesit hücresi (fiber) kesit modeli ve kafes kiriş analojisi modelleme yaklaşımları kullanılarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında, eğilme veya kesme etkisinin baskın olduğu duvarlar üzerinde yapılan deneysel testlerden elde edilen verilerle hibrit modeller geliştirilmiş ve bu modeller yatay yük-yer değiştirme ilişkileri ile kesit deformasyonları açısından detaylı bir şekilde karşılaştırılmış ve değerlendirilmiştir.

Keywords

• Betonarme perde
• doğrusal olmayan analiz
• kafes kiriş modeli
• çevrimsel davranış

Investigation of Cyclic Behavior of RC Shear Walls Using Truss and Hybrid Modeling Approaches

Abstract

The accurate representation of the nonlinear behavior of reinforced concrete (RC) structural elements through effective modeling methods is critically important in determining the seismic safety of structures. In particular, the complex behavior that arises from the combination of shear, flexural, and axial forces in shear walls under reversible-cyclic loading necessitates using advanced numerical modeling approaches. One such approach is the nonlinear truss analogy method, in which panel elements are created based on reinforced concrete components' vertical and horizontal reinforcement. The angle between the diagonal elements within the panels and the horizontal axis is determined, and the numerical model of the system is developed by defining concrete struts and reinforcement areas based on their zones of influence. This study examined the cyclic behavior of reinforced concrete shear walls with different aspect ratios using the fiber section model and the truss analogy modeling approaches. Within the scope of the study, hybrid models were developed using data obtained from experimental tests on walls dominated by flexural or shear effects, and these models were compared and evaluated in detail in terms of lateral load-displacement relationships and sectional deformations.

Keywords

• Reinforced concrete wall
• nonlinear analysis
• truss model
• cyclic behavior

References

1. Kazaz, İ., Evaluation of seismic performance, design and practice of frame-wall buildings in Türkiye after the 6 February 2023 Kahramanmaraş earthquakes, Journal of Building Engineering, 99, 111557, 2025.
2. Vuran, E., Serhatoğlu, C., Timurağaoğlu, M. Ö., Smyrou, E., Bal, İ. E., Livaoğlu, R., Damage observations of RC buildings from 2023 Kahramanmaraş earthquake sequence and discussion on the seismic code regulations, Bulletin of Earthquake Engineering, 1–30, 2024.
3. Thomsen, J. H., Wallace, J. W., Displacement-based design of slender reinforced concrete structural walls—experimental verification, Journal of Structural Engineering, 130(4), 618–630, 2004.
4. Segura, C. L., Seismic performance limitations of slender reinforced concrete structural walls, Yüksek Lisans Tezi, University of California, Los Angeles, 2017.
5. Sevinç, S., Bal, İ. E., Betonarme yapıların doğrusal olmayan analizinde yayılı plastisite modellerinin hassaslık analizi, Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 9(2), 907–918, 2018.
6. Kolozvari, K., Tran, T. A., Orakcal, K., Wallace, J. W., Modeling of cyclic shear-flexure interaction in reinforced concrete structural walls. II: Experimental validation, Journal of Structural Engineering, 141(5), 04014136, 2015.
7. Kazaz, İ., Gülkan, P., Süneklik düzeyi yüksek betonarme perdelerdeki hasar sınırları, Teknik Dergi, 23(114), 6113–6140, 2012.
8. Lu, Y., Panagiotou, M., Three-dimensional cyclic beam-truss model for non-planar reinforced concrete walls, Journal of Structural Engineering, 140(3), 04013071 (1–11), 2014.

9. Moharrami, M., Koutromanos, I., Panagiotou, M., Girgin, S. C., Analysis of shear‐dominated RC columns using the nonlinear truss analogy, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 44(5), 677–694, 2015.
10. Girgin, S. C., Effect of modeling beam-column joints on performance assessment of columns in non-ductile RC frames, Teknik Dergi, 31(6), 10339–10358, 2020. DOI: 10.18400/tekderg.456752.
11. Arteta, C. A., Araújo, G. A., Torregroza, A. M., Martínez, A. F., Lu, Y., Hybrid approach for simulating shear–flexure interaction in RC walls with nonlinear truss and fiber models, Bulletin of Earthquake Engineering, 17(12), 6437–6462, 2019.
12. McKenna, F., Fenves, G. L., Scott, M. H., Jeremic, B., Open System for Earthquake Engineering Simulation, University of California, Berkeley, CA, 2006. http://opensees.berkeley.edu
13. Mander, J. B., Priestley, M. J. N., Park, R., Theoretical stress-strain model for confined concrete, ASCE Journal of Structural Engineering, 114(8), 1804–1826, 1988.
14. Stevens, N. J., Uzumeri, S. M., Collins, M. P., Will, T. G., Constitutive model for reinforced concrete finite element analysis, ACI Structural Journal, 88(1), 49–59, 1991.
15. Menegotto, M., Pinto, P. E., Method of analysis for cyclically loaded R.C. plane frames including changes in geometry and non-elastic behaviour of elements under combined normal force and flexure, Symposium on the Resistance and Ultimate Deformability of Structures Acted on by Well Defined Repeated Loads, IABSE, Zurich, Switzerland, 15–22, 1973.
16. Antoniou, S., Pinho, R., Nonlinear seismic analysis of framed structures, Engineering Dynamics and Vibrations, 268–301, 2018.
17. Panagiotou, M., Restrepo, J. I., Schoettler, M., Kim, G., Nonlinear cyclic truss model for reinforced concrete walls, ACI Structural Journal, 109(2), 205–214, 2012.
18. Luna, B. N., Rivera, J., Epackachi, S., Whittaker, A. S., Seismic response of low aspect ratio reinforced concrete walls, Report No. MCEER-18-0002, Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research, Buffalo, NY, 2018.
19. Coll A, Ribó R, Pasenau M, Escolano E, Perez JS, Melendo A, Monros A, Gárate, J. 2018. GiD v.14 User Manual [pdf]. [accessed 2020 May 25]. www.gidsimulation.com.
20. Tran, T. A., Wallace, J. W., Cyclic testing of moderate-aspect-ratio reinforced concrete structural walls, ACI Structural Journal, 112(6), 653–665, 2015.
21. Güler, U., Betonarme perdelerin çevrimsel davranışında kesme-eğilme etkileşiminin modellenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Danışman: Doç. Dr. Sadık Can Girgin, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 2022.
22. Basereh, S., P. Okumus (2021). "Quasi-static cyclic tests on pre- and post-retrofit slender RC walls", in Test Data on Reinforced Concrete Shear Walls Retrofitted through Weakening and Self-Centering. DesignSafe-CI.
23. Basereh, S. 2021. Seismic retrofit of reinforced concrete shear walls using selective weakening and self-centering. Ph.D. Dissertation. State University of New York at Buffalo.