Experimental Investigation of Parameters Affecting Behavior of Reinforced Concrete Beams

Abstract

Beam elements provide the transfer of vertical loads from the slabs and horizontal loads such as earthquake and wind loads to the column elements. Therefore, clearly revealing the parameters that affect the capacity values of the beams is as important as determining the capacity of the columns. The main defects encountered are the fact that the concrete compressive strength is lower than the project strength, ratio of tensile reinforcement and stirrup spacing are not in compliance with the limit values given in the regulations in the vast majority of existing reinforced concrete buildings in our country. In this study, the effects of concrete strength, amount of tensile reinforcement and stirrup spacing parameters on beam capacity were experimentally investigated on ½ scale 16 reinforced concrete beam specimens. The specimens were subjected to three-point bending test and the load carrying capacity, ductility, energy dissipation capacity and stiffness of each sample were calculated and interpreted. Experimental studies of beams with very low concrete compressive strength are insufficient in the literature. For this reason, three different levels of low concrete strength were taken into account within the scope of the study. From the results obtained, it was seen that the stirrup densification did not contribute much to the behavior in the specimen with concrete strength of 5 MPa, while it contributed to the further development of the damage in specimens with concrete strength of 7 and 9 MPa. 

Keywords

• Concrete strength
• Reinforced concrete beams
• Amount of tension reinforcement
• Beam capacity
• Spacing of the transverse reinforcement

BETONARME KİRİŞLERİN DAVRANIŞINI ETKİLEYEN PARAMETRELERİN DENEYSEL İNCELENMESİ

Abstract

Kiriş elemanlar, döşemelerden gelen düşey yükler ile deprem, rüzgar yükü gibi yatay yüklerin kolon elemanlara aktarılmasını sağlarlar. Dolayısıyla kirişlerin kapasite değerlerine etki eden parametrelerin net olarak ortaya konulması, kolonların kapasitesinin belirlenmesi kadar önem taşımaktadır. Ülkemizdeki mevcut betonarme binaların büyük çoğunluğunda beton basınç dayanımının proje dayanımından düşük olması, çekme donatısı oranının ve etriye aralığının yönetmeliklerde verilen sınır değerlere uygun olmaması karşılaşılan temel kusurlar arasında sayılabilir. Bu çalışmada, kiriş elemanlarda, beton dayanımı, çekme donatısı miktarı ve etriye aralığı parametrelerinin kiriş kapasitesi üzerindeki etkisi ½ ölçekli 16 adet betonarme kiriş numune üzerinde deneysel olarak incelenmiştir. Numuneler üç noktalı eğilme testine maruz bırakılmış ve her bir numunenin yük taşıma kapasitesi, sünekliği, enerji tüketme kapasitesi ve rijitliği hesaplanarak yorumlanmıştır. Literatürde özellikle çok düşük beton basınç dayanımına sahip kirişlerin deneysel çalışmaları oldukça az sayıdadır. Bu nedenle yapılan çalışma kapsamında üç farklı seviyede düşük beton dayanımı dikkate alınmıştır. Elde edilen sonuçlardan beton dayanımının 5 MPa olan numunede etriye sıklaştırmasının davranış açısından çok katkısı bulunmazken, 7 ve 9 MPa beton dayanımına sahip numunelerde hasarın daha ileri aşamalara taşınmasında katkı sağladığı görülmüştür.

Keywords

• Beton Dayanımı
• Betonarme Kirişler
• Çekme Donatısı Miktarı
• Eğilme Kapasitesi
• Etriye Aralığı

References

1. 1. Arezoumandi, M., Smith, A., Volz, J. S. and Khayat, K. H. (2015) An experimental study on flexural strength of reinforced concrete beams with 100% recycled concrete aggregate. Engineering Structures, 88, 154-162. doi:10.1016/j.engstruct.2015.01.043
2. 2. Birol, T. ve Yavaş, A. (2018) Betonarme kirişlerde ultra yüksek dayanımlı beton kullanımının eğilme performansına etkisi. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 20(1), 219-233. doi:10.25092/baunfbed.369062
3. 3. Celep, Z. (2018) Betonarme Yapılar, Beta Dağıtım, İstanbul, Türkiye.
4. 4. Cengiz, S., Kamanlı, M. ve Ünal, A. (2020) Investigation of flexural behavior of reinforced concrete beams produced with self compacting and normal concrete. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(2), 429-438. doi:10.21923/jesd.672314
5. 5. Demir, F., Korkmaz, K. A., Gençoğlu, M. ve Tekeli, H. (2007a) Beton Basınç Dayanımın Yapısal Davranışa Etkisi, 7. Ulusal Beton Kongresi, İstanbul, 323-332.
6. 6. Demir, F., Korkmaz, A., Gençoğlu, M. ve Tekeli, H. (2007b) Beton Dayanımının Betonarme Yapıların Güçlendirilmesi Açısından Değerlendirilmesi, TMMOB Antalya Şube Bülteni, 50, 7-12.
7. 7. Doğangün, A. (2004) Performance of Reinforced Concrete Buildings During the May 1, 2003 Bingol Earthquake in Turkey, Engineering Structures, 26(6), 841–856. doi:10.1016/j.engstruct.2004.02.005.
8. 8. Ersoy, U. (1998). Betonarme Kiriş ve Kolonların Moment Kapasitelerinin Saptanması, Teknik Dergi, 9(4), 1781-1797.

9. 9. Ersoy, U. ve Özcebe, G. (1998) Sarılmış Betonarme Kesitlerde Moment Eğrilik İlişkisi Analitik Bir İrdeleme, Teknik Dergi, 129, 1799-1827.
10. 10. Ersoy, U. ve Ünal, M. E. (2018). Betonarme Kesitlerin Kapasite Momentlerinin Yaklaşık Hesabı, Teknik Dergi, 29 (5), 8669-8674. doi:10.18400/tekderg.369100
11. 11. Henriksen, M. S., Brincker, R. and Heshe, G. (1999). Appendix A: Test Programme for Bending Failure of Reinforced Concrete Beams of Different Scale. In European Structural Integrity Society, 24, 138- 149. doi:10.1016/S1566-1369(99)80065-X
12. 12. Jabir, H. A., Mhalhal, J. M., Al-Gasham, T. S. and Abid, S. R. (2020) Mechanical characteristics of deep beams considering variable a/d ratios: an experimental investigation. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 988(1). doi:10.1088/1757-899X/988/1/012030
13. 13. Kaltakcı, M. Y. ve Kamanlı, M. (1999) Değişken Kesitli Kirişlerin Davranışının Teorik ve Deneysel Olarak İncelenmesi, Selçuk Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 14(2), 20-42.
14. 14. Kaltakcı, M. Y., Korkmaz, H. H. ve Korkmaz, S. Z. (2001) Basit Eğilme Etkisindeki Betonarme Elemanların Moment-Eğrilik ve Tasarım Değişkenleri Üzerine Bir İnceleme, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(1), 71-80.
15. 15. Kamanlı, M. ve Ünal, A. (2018). Investigation of shear behavior of reinforced concrete beams under simple and fixed support conditions. Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(2), 218-226. doi:10.15317/Scitech.2018.128
16. 16. Kiracı, S., Erdem, R.T. ve Bağcı, M. (2010) Betonarme Bir Elemanda Eğrilik Sünekliliğinin İncelenmesi, C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 141-154.
17. 17. Meral, E. (2018) Yapısal Parametrelerin Betonarme Kolonların Eğrilik Sünekliğine Etkileri, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1(1), 28-43.
18. 18. Ozbolt, J. and Bruckner, M. 1999. Minimum reinforcement requirement for RC beams. In European Structural Integrity Society, 24, 181-201. doi: 10.1016/S1566-1369(99)80069-7
19. 19. Özhan, V. K. (2012) Farklı Beton Sınıfına Bağlı Betonarme Kirişlerin Eğilme Kapasitelerinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyon.
20. 20. Sezen, H., Whittaker, A. S., Elwood, K.J. and Mosalam, K. M. (2003) Performance of Reinforced Concrete Buildings During the August 17, 1999 Kocaeli, Turkey Earthquake, and Seismic Design and Construction Practice in Turkey, Engineering Structures, 25(1), 103–114. doi:10.1016/S0141-0296(02)00121-9
21. 21. Sokolov, A., Rumsys, D., Sakalauskas, K., Bacinskas, D. and Kaklauskas, G. (2021) Experimental Investigations of Cracking in Reinforced Concrete Beams of Different Depth, In International RILEM Conference on Early-age and Long-term Cracking in RC Structures, 89-100. Springer, Cham. doi:10.1007/978-3-030-72921-9_8
22. 22. Tekeli, H., Demir, F., Korkmaz, A., Gençoğlu, M. ve Ay, Z. (2007) Büyük Açıklıklı ve Az Katlı Yapıların Performanslarının Değerlendirilmesi, International Symposium on Advances in Earthquake & Structural Engineering, Isparta-Antalya.
23. 23. Topçu, İ. B. ve Gürer, C. (2005) Hasarlı Betonarme Kirişlerin Epoksi ile Onarılması, Deprem Sempozyumu, Kocaeli.
24. 24. TS 3530 EN 933–1, 1999. Agregaların Geometrik Özellikleri İçin Deneyler Bölüm 1; Tane Büyüklüğü Dağılımı – Eleme Metodu, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
25. 25. Ünal, A., Kamanlı, M. ve Cengiz, S. (2018) Effect of stirrup ratio on the shear behavior of 1/2 scale RC beams. International Journal of Structural and Civil Engineering Research, 7(4), 309-313. doi:10.18178/ijscer.7.4.309-313