Investigating the Effects of Existing Concrete Material Models on Relatively Slender Reinforced Concrete Walls

Öz

Nonlinear analysis of reinforced concrete elements becomes significant in nowadays with the developing technology and current design codes using this technology. Precise concrete and reinforcement material models are required for accurate modeling of reinforced concrete structures and performing nonlinear analysis. There are many studies on this subject in the literature. Especially in high-rise building design, the importance of the accuracy of the concrete and reinforcing bar model used with the modeling of reinforced concrete shear walls according to the distributed plasticity theory has increased. In this study, the nonlinear behavior of relatively slender reinforced concrete shear walls was investigated by using three different concrete models that predict the nonlinear behavior of concrete material developed for reinforced concrete elements. In accordance with the theories of these material models, parabolic curves of different concrete classes (e.g. C30 and C40) were obtained using the aforementioned models. The obtained concrete parabolic material models were simplified as curves consisting of linear branches to be defined in the Perform 3D structural analysis program. In the package program, the relatively slender reinforced concrete shear walls were analyzed by changing concrete materials, concrete classes and reduction coefficients due to strain under cyclic loads. The analysis results were scrutinized by comparing with each other and experimental results, and it was determined that the different material models were in agreement with each other in the nonlinear analysis results of reinforced concrete wall with an aspect ratio of 3.0. However, in the nonlinear analysis of reinforced concrete shear walls with aspect ratios of 2.0 and 1.5, it was revealed that the selection of concrete material models and the use of different concrete strengths affected the results.

Anahtar Kelimeler

• Concrete Material Models
• Reinforced Concrete Walls
• Reversed-Cyclic Loading

Görece Narin Betonarme Perde Duvarlarda Mevcut Beton Malzeme Modellerinin Etkilerinin İrdelenmesi

Öz

Betonarme elemanların doğrusal olmayan analizleri gelişen teknoloji ve mevcut yönetmeliklerin geliştirilerek bu teknolojiyi kullanması ile birlikte günümüzde önem kazanmaktadır. Betonarme yapıların doğru bir şekilde modellenmesi ve doğrusal olmayan analizlerin gerçekleştirilmesi için uygun beton ve donatı malzeme modellerine ihtiyaç vardır. Literatürde bu konuda birçok çalışma mevcuttur. Özellikle yüksek bina tasarımında betonarme perde duvarların yayılı plastisite teorisine göre modellenmesi ile birlikte kullanılan beton ve donatı modelinin doğruluğunun önemi artmıştır. Bu çalışma kapsamında betonarme elemanlar için geliştirilmiş olan ve betonun doğrusal olmayan davranışını öngören üç farklı beton malzeme modelleri kullanılarak görece narin betonarme perde duvarların doğrusal olmayan davranışı incelenmiştir. Bu malzeme modellerinin teorilerine uygun olarak farklı beton sınıflarının (örn: C30 ve C40) parabolik eğrileri bahsi geçen modeller kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen beton parabolik malzeme modelleri, Perform 3D yapısal analiz programında tanımlanmak için doğrusal parçacıklardan oluşan eğriler şeklinde basitleştirilmiştir. Paket programda beton malzemeleri, beton sınıfları ve tekrarlı yükler altında birim şekil değiştirmeye bağlı azaltma katsayıları değiştirilerek görece narin betonarme perde duvarların analizi yapılmıştır. Analiz sonuçları birbiriyle ve deneysel sonuçlarla kıyaslanarak değerlendirilmiş ve farklı malzeme modellerinin boy/en oranı 3.0 olan betonarme perde duvarların doğrusal olmayan analiz sonuçlarında birbiriyle uyum içerisinde olduğu tespit edilmiştir. Ancak boy/en oranı 2.0 ve 1.5 olan betonarme perde duvarların doğrusal olmayan analizlerinde beton modeli seçiminin ve farklı beton dayanımları kullanılmasının sonuçları etkilediği ortaya çıkmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Beton Malzeme Modelleri
• Betonarme Perde Duvar
• Tersinir-Tekrarlanır Yükleme
• Concrete Material Models
• Reinforced Concrete Walls
• Reversed-Cyclic Loading

Kaynakça

1. Sheikh S. A. & Üzümeri S. M. (1982). Analytical Model for Concrete Confinement in Tied Columns. ASCE Journal of the Structural Division, 108 (12), 2703-2722.
2. Saatcioglu, M., & Razvi, S. R. (1992). Strength and ductility of confined concrete. Journal of Structural Engineering, 118(6), 1590-1607.
3. Hognestad, E. (1951). Study of combined bending and axialload in rein forced concrete members. University of Illinois at Urbana Champaign, College of Engineering. Engineering Experiment Station.
4. Kent D. C. & Park R. (1971). Flexural Members with Confined Concrete. ASCE Journal of the Structural Division, 97 (7), 1969-1990.
5. Roy H. E. H. & Sozen M. A. (1965). Ductility of concrete' in 'Flexural Mechanics of Rein forced Concrete'. ACI Structural Jorunal, 12, 213-224.
6. Sargin, M. & Handa, V. K. (1968). Structural concrete and some numerical solutions. In Proceedings of the 23rd ACM National Conference. 563-574.
7. Mander, J. B., Priestley, M. J., & Park, R. (1988). Theoretical stress-strain model forcon fined concrete. Journal of Structural Engineering, 114(8), 1804-1826.
8. Razvi, S., & Saatcioglu, M. (1999). Confinement model forhigh-strength concrete. Journal of Structural Engineering, 125(3), 281-289.

9. Cusson, D., & Paultre, P. (1995). Stress-strain model forcon fined high-strength concrete. Journal of Structural Engineering, 121(3), 468-477.
10. Sönmez, E., & Dönmez, C. (2019). Malzeme ve sayısal modelleme parametrelerinin betonarme elemanların deprem simülasyonları üzerindeki etkilerinin araştırılması. In International Conference on Earthquake Engineering and Seismology (5ICEES). 8, 11.
11. Bedirhanoğlu, I., & Ilki, A. (2004). Theoretical moment-curvature relationships for reinforced concrete Members and comparison with experimental data. Sixth International Congress on Advances in Civil Engineering. Istanbul, Turkey: Bogazici University.
12. Özmen, H., İnel, M., & Bilgin, H. (2007). Sargılı beton davranışının betonarme eleman ve sistem davranışına etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22(2).
13. Uzbaş, B. (2014). Beton İçin Geliştirilen Gerilme-Şekil Değiştirme Modellerinin Karşılaştırılması. Politeknik Dergisi, 17(3), 115-126.
14. Işık, E., Özdemir, M., Karaşin, İ., & Karaşin, A. (2019). Betonarme yapılarda kullanılan malzeme modellerinin karşılaştırılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8(3), 968-984.
15. Foroughi, S., & Yüksel, S. (2020). Investıgatıon of the moment–curvature relatıonshıp for reınforced concretes quare columns. Turkish Journal of Engineering, 4(1), 36-46.
16. Foroughi, S., Jamal, R., & Yüksel, S. (2021). TBDY 2018 ve Mander modeline göre sargılı betonun gerilme-şekil değiştirmesinin araştırılması. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 8(1), 363-375.
17. Perform-3D, CSI. “Computers and structures Inc.” (2005). Berkeley, CA, USA.
18. Matlab. “MATLAB Starter Application.” MathWork (2020). USA.
19. Thomsen, J.H., & Wallace, J.W. (2004). Displacement-based design of slender reinforced concrete structural walls-experimental verification. ASCE Journal of StructuralEngineering, 130(4), 618-630.
20. Tran, T.A. & Wallace, J.W. (2015). Cyclic testing of moderate-aspect-ratio reinforced concrete structural walls. ACI Structural Journal, 112(6), 653-666.