Experimental research on the structural behavior effects of web-opening position and shape in RC deep beams

Abstract

Deep beams, in which depth and span values are close to each other, have recently been used more in reinforced concrete structures for the purpose of assuring structural stability. Additionally, it is a necessity to leave spaces on the web of deep beams for the installation of electrical, communication, water, sewage, heating and conditioning facilities. Shear effects are already more dominant than flexural effects in deep beams, however, web-openings cause significant changes regarding structural behavior and linear approaches are not applicable for the analysis of stress and strain. In this study, structural behavior of 9 reinforced concrete (RC) deep beams, which have web-openings with various position and shapes, were experimentally investigated under monolithic loading. Effects of web-openings on the failure mechanism, ultimate bearing load, structural ductility and rigidity were examined and compared throughout test results.

Keywords

• Reinforced concrete structures,Deep beams,Web-openings,Shear behavior

BETONARME YÜKSEK KİRİŞLERDE BOŞLUK KONUMU VE ŞEKLİNİN YAPISAL DAVRANIŞ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

Yükseklik ve açıklık değerlerinin birbirine nispeten yakın olduğu yüksek kirişler, yapısal kararlılığa katkı vermesi amacıyla gün geçtikçe betonarme yapılarda daha çok kullanılır hale gelmiştir. Bununla birlikte, söz konusu yapılardaki elektrik, haberleşme, su, kanalizasyon, ısıtma ve havalandırma tesisatlarının kurulumu için kiriş gövdelerinde boşluk bırakma ihtiyacı doğmaktadır. Yüksek kirişlerde eğilme etkisine kıyasla kesme etkisinin daha belirgin olmasına ilaveten boşluklar sebebiyle yapısal davranışta daha önemli değişimler görülmekte, gerilme ve şekil değiştirmelerin hesabında doğrusal yaklaşımlar geçerliliğini yitirmektedir. Bu çalışmada, muhtelif konumlardaki ve şekillerdeki boşluklarla tasarlanan 9 ayrı betonarme yüksek kirişin tekdüze yükleme altındaki davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Gövde boşluklarının göçme tipine, azami taşıma gücüne, yapısal süneklik ve rijitlik değerlerine olan etkileri deneyler sonucunda belirlenerek birbirleriyle mukayesesi gerçekleştirilmiştir.

Keywords

• Betonarme yapılar,Yüksek kirişler,Gövde boşlukları,Kesme davranışı

References

1. Aksu, T. (1993). Silo çeperlerinin yüksek kiriş davranışı, Türkiye İnşaat Mühendisliği XII. Teknik Kongresi, 25-27 Mayıs 1993, Ankara, 583–596.
2. Aykaç, S., Yılmaz, M.C. (2011). Düzenli üçgen veya dairesel boşluklara sahip betonarme kirişlerin davranış ve dayanımı, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 26(3), 711–718.
3. Bower, J.E. (1966a). Elastic stresses around holes in wide-flange beams, Jounal of the Structural Division, ASCE, 92(ST2), 85–101.
4. Bower, J.E. (1966b). Experimental stresses in wide-flange beams with holes, Journal of the Structural Division, ASCE, 92(ST5), 167–186.
5. Celep, Z., Kumbasar, N. (2005). Betonarme Yapılar, Beta Dağıtım, İstanbul.
6. Cook, W.D., Mitchell, D. (1988). Studies of disturbed regions near discontinuities in reinforced concrete members, ACI Structural Journal, 85(2), 206–216.
7. Elçi, H., Saylan, Ş. (1999). Boşluklu betonarme kirişlerin dizaynı için TS 500'de yapılması önerilen düzenlemeler, Türkiye İnşaat Mühendisliği XV. Teknik Kongresi, 24-26 Kasım 1999, Ankara, 43–58.
8. Elçi, H. (2005). Büyük boşluklu betonarme kirişlerin statik-betonarme analizi, Türkiye Mühendislik Haberleri, 50(437), 17–24.

9. Ersoy, U., Özcebe, G. (2001). Betonarme, Evrim Yayınevi, İstanbul.
10. Heller, S.R., Jr. (1953). Reinforced circular holes in bending with shear, Journal of Applied Mechanics, ASME, 2, 279–285.
11. Hu, O.E., Tan, K.H. (2007). Large reinforced-concrete deep beams with web openings: test and strut-and-tie results, Magazine of Concrete Research, 59(6), 423–434. doi:10.1680/macr.2007.59.6.423
12. Kalkan, İ. (2014). Düzenli boşluklu betornarme kirişlerin düzlem içi eğilme davranışları, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 29(1), 155–163. doi:10.17341/gummfd.94985
13. Kong, F.K. (2002). Reinforced Concrete Deep Beams, Taylor & Francis, London.
14. Mansur, M.A., Hasnat, A. (1979). Concrete beams with small openings under torsion, Journal of the Structural Division, ASCE, 106(ST11), 2433–2447.
15. Mansur, M.A., Tan, K.H., Lee, S.L. (1985). Design method for reinforced concrete beams with large openings, ACI Joumal, Proceedings, 82(4), 517–524.
16. Mansur, M.A., Tan K.H. (1999). Concrete Beams with Openings: Analysis and Design, CRC Press LLC, Boca Raton, Florida.
17. Nasser, K.W., Acavalas, A., Daniel, H.R. (1967). Behavior and design of large openings in reinforced concrete beams, ACI Journal, Proceedings, 64(1), 25–33.
18. Özkal, F.M. (2012). Topoloji eniyilemesi ve çubuk benzeşimi yöntemleri kullanılarak betonarme yapı elemanlarında en uygun donatı düzeninin belirlenmesi ve deneysel gerçeklemesi, Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi, Erzurum.
19. Prentzas, E.G. (1968). Behaviour and reinforcement of concrete beams with large rectangular apertures, Doktora Tezi, University of Sheffield, Sheffield.
20. Savin, G.N. (1951). Stress Concentration Around Holes, Pergamon Press, New York (1951 tarihli Rusça eserin 1961 tarihli çevirisidir).
21. Schlaich, J., Schaefer, K., Jennewein, M. (1987). Toward a consistent design of structural concrete, PCI Journal, 32(3), 74–150.
22. Sharp, G.R. (1977). Reinforced concrete deep beams with web openings, Doktora Tezi, University of Nottingham, Nottingham.
23. Somes, N.F., Cor1ey, W.G. (1974). Circular openings in webs of continuous beams, Shear in Reinforced Concrete, SP-42, American Concrete lnstitute, Detroit, 359–398.
24. TS 500 (2000). Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları (ICS 91.080.40), Türk Standardları Enstitüsü, Ankara.
25. Yang, K.H., Eun, H.C., Chung, H.S. (2006). The influence of web openings on the structural behavior of reinforced high-strength concrete deep beams, Engineering Structures, 28(13), 1825–1834. doi:10.1016/j.engstruct.2006.03.021