Betonarme Çerçeve ve Kolonlarda İtme Analizi

Abstract

Bu makale, 1950'lerden bu yana betonarme çerçeve ve kolonların karmaşık davranışlarının modellenmesine yönelik devam eden deneysel ve analitik çalışmaların, günümüz yönetmeliklerindeki statik itme analizlerine olan etkileri üzerine odaklanmıştır. Bu noktada yapı elemanlarının moment eğrilik ilişkilerinin analizlere gerçekçi bir şekilde yansıtılması, davranışı belirleyici nitelik taşımaktadır. Bu çalışmada, Koksal-Erdogan tarafından önerilen çok eksenli basınç altındaki beton davranış modeli kullanılarak geliştirilen bir program aracılığıyla elde edilen moment-eğrilik ilişkileri, analizlerde kullanılmıştır. Geliştirilen yapısal analiz programı ise, tek açıklıklı ve tek katlı boş betonarme çerçeve ile ankastre tekil kolonların deneysel olarak belirlenmiş davranışlarını tahmin etmekte kullanılmıştır. Yapılan analizlerin sonucunda, deney çerçeve ve kolonlarına ait yatay deplasmanlar ve kuvvetlerin, Koksal-Erdogan modeli ile birlikte karşılaştırmalı bir şekilde Mander modelinden elde edilen moment-eğrilik diyagramları kullanılarak başarıyla tahmin edilebildiği belirlenmiştir. Makalede ayrıca, Mander modeli ile Koksal-Erdogan modeli arasında gerilme-şekildeğiştirme ilişkileri bakımından da karşılaştırmalar yapılmış ve sonuçların oldukça uyumlu olduğu ancak Koksal-Erdogan modelinin biraz daha düşük gerilme değerleri verdiği belirtilmiştir. Geliştirilen moment-eğrilik programının geçerliliğini göstermek amacıyla, literatürde bulunan SEMAp programıyla bazı karşılaştırmalar yapılmış ve iki program arasında benzer sonuçlar elde edildiği belirlenmiştir. Koksal ve Mander modellerine göre incelenen kolonlar ve çerçeve için elde edilen iç kuvvet şekil değiştirme tahminlerinin, deney sonuçlarıyla uyumlu olduğu gözlenmiştir.

Keywords

• Bünyesel modeller
• itme analizi
• moment-eğrilik
• sargılı beton

Pushover Analysis in Reinforced Concrete Frames and Columns

Abstract

This article focuses on the effects of ongoing experimental and analytical studies on modeling the complex behavior of reinforced concrete frames and columns since the 1950s on the static pushover analyses in today's regulations. At this point, realistic consideration of the moment-curvature relationships of the structural elements in the analysis is decisive. In the study, moment-curvature relationships obtained through a program developed using the multi-axial compressive concrete behavior model proposed by Koksal-Erdogan were used in the analyses. The developed structural analysis program was used to predict the experimentally determined behavior of single-span and single-storey bare frame and fixed single columns. As a result of the analyses, it is found that the horizontal displacements and forces of the experimental frame and columns could be successfully predicted using the moment-curvature diagrams obtained from the Mander model, in a comparative manner with Koksal-Erdogan model. In the article, comparisons were also made between the Mander model and the Koksal-Erdogan model in terms of stress-strain relations, and it was stated that the results were quite similar to each other, but the Koksal-Erdogan model gave slightly lower stress values. In order to demonstrate the validity of the developed moment-curvature program, some comparisons were made with the SEMAp program found in the literature, and it was determined that similar results were obtained between the two programs. It was observed that the internal force strain predictions obtained for the columns and frame examined according to the Koksal and Mander models agreed with the experimental results.

Keywords

• Constitutive models
• pushover analysis
• moment-curvature
• confined concrete

References

1. L. Cedolin, S. Dei Poli, Y. R. J. Crutzen, Triaxial stress-strain relationship for concrete, Journal of the Engineering Mechanics Division 103 (3) (1977) 423–439.
2. E. Hognestad, A study of combined bending and axial load in reinforced concrete members, University of Illinois Bulletin, Urbana, 1951.
3. H. Kupfer, H. Hisdorf, H. Rusch, Behavior of concrete under biaxial stresses, ACI Journal Proceedings 66 (8) (1969) 656–666.
4. N. Ngo, A. Scordelis, Finite element analysis of reinforced concrete beams, ACI Journal Proceedings 64 (3) (1967) 152–163.
5. P. Gambarova, C. Karakoc, A new approach to the analysis of the confinement role in regularly cracked concrete elements, 7th SMiRT Conference, Chicago, 1983, pp. 251–261.
6. A. Hillerborg, M. Modéer, P. -E. Petersson, Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elements, Cement and Concrete Research 6 (6) (1976) 773–781.
7. B. Doran, H. O. Koksal, T. Turgay, Nonlinear finite element modeling of rectangular/square concrete columns confined with FRP, Materials & Design 30 (8) (2009) 3066–3075.
8. J. Olivier, C. Miguel, S. Oller, Isotropic damage models and smeared crack analysis of concrete, in: N. Bićanić, H. Mang (Eds.), Austria: II International Conference on Computer Aided Analysis and Design of Concrete Structures, Zell Am See, 1990, 945–957.

9. K. Willam, E. Warnke, Constitutive model for the triaxial behaviour of concrete, Structural Engineering Report 19 (1975) 1–30.
10. J. B. Mander, M. J. N. Priestley, R. Park, Observed stress‐strain behavior of confined concrete, Journal of Structural Engineering 114 (8) (1988) 1827–1849.
11. S. A. Sheikh, S. M. Uzumeri, Analytical model for concrete confinement in tied columns, Journal of the Structural Division 108 (12) (1982) 2703–2722.
12. M. Saatcioglu, S. R. Razvi, Strength and ductility of confined concrete, Journal of Structural Engineering 118 (6) (1992) 1590–1607.
13. U. Ersoy, G. Özcebe, Sarılmış Betonarme Kesitlerde Moment-Eğrilik İlişkisi Analitik Bir İrdeleme, Teknik Dergi 9 (44) (1998) 1799–1827.
14. M. İnel, H. Özmen, H. Bilgin, Betonarme elemanların doğrusal ötesi davranışlarının bilgisayar ortamında modellenmesi, Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, İstanbul, 2007, 207–216.
15. H. O. Köksal, B. Doran, Beton ve betonarme elemanlarda doğrusal olmayan oktahedral elastik ve plastik bağıntılar kullanılarak yapılan sonlu eleman uygulamaları, Teknik Dergi 8 (38) (1997) 1445–1455.
16. Afet ve Acil Durum Daire Başkanlığı, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (2018), https://www.afad.gov.tr/kurumlar/afad.gov.tr/2309/files/TBDY_2018.pdf.
17. A. Habibi, H. Moharrami, Nonlinear sensitivity analysis of reinforced concrete frames, Finite Elements in Analysis and Design 46 (7) (2010) 571–584.
18. H. O. Koksal, A. Erdogan, Stress–strain model for high-strength concrete tied columns under concentric compression, Structures 32 (2021) 216–227.
19. H. O. Koksal, A failure criterion for RC members under triaxial compression, Structural Engineering and Mechanics, 24 (2) (2006).137–154.
20. P. Desayi, S. Krishnan, Equation for the stress-strain curve of concrete, ACI Journal Proceedings 61 (3) (1964) 345–350.
21. T. -S. Eom, S. -M. Kang, H. -G. Park, T. -W. Choi, J.-M. Jin, Cyclic loading test for reinforced concrete columns with continuous rectangular and polygonal hoops, Engineering Structures 67 (2014) 39–49.
22. B. Acun, H. Sucuoğlu, Betonarme kolonların şekil değiştirme performans sınırlarının deneysel gözlemlerle değerlendirilmesi, Teknik Dergi 22 (108) (2011) 5523–5541.
23. Z. Celep, Deprem mühendisliğine giriş ve depreme dayanıklı yapı tasarımı, Beta Basım Yayım A.Ş., İstanbul, 2021.
24. M. Kim, E. Yu, Experimental study on lateral-load-resisting capacity of masonry-ınfilled reinforced concrete frames, Applied Sciences 11 (21) (2021) 9950 17 pages.