A new dedicated finite element for push-over analysis of reinforced concrete shear wall systems

Öz

In this study, a finite element which has been analyzed based on anisotropic behavior of reinforced shear walls is developed. Element stiffness matrices were varied based on whether the element is in the tension or the compression zone of the cross-section. Nonlinear behavior of reinforced shear wall model is investigated under horizontal loads. This behavior is defined with a similar approach to plastic hinge assumption in frame structures that the finite element behaves lineer elastic between joints and plastic deformations are concentrated on joints as vertical plastic displacements. According to this acceptance, plastic behavior of reinforced shear wall occurs when the vertical strain reaches elastic strain limit. In the definition of finite element, displacement functions are chosen considering that the partition of shear walls just at floor levels, are enough for solution. Results of this study are compared with the solution obtained from a different computer programme and experimental results.

Betonarme perdeli sistemlerin itme analizi için özelleşmiş yeni bir sonlu eleman

Öz

Bu çalışmada, betonarme perdelerin anizotropik malzeme davranışı esas alınarak çözümlendiği bir sonlu eleman geliştirilmiştir. Çözümde sonlu elemanın, kesitte çekme veya basınç bölgesinde kalmış olmasına göre, farklı eleman rijitlik matrisleri kullanılmıştır. Betonarme perde modelinin yatay yükler altında doğrusal olmayan davranışı incelenmiştir. Bu davranış çubuk sistemlerdeki plastik mafsal hipotezinin benzeri olarak, düğüm noktaları arasında sonlu elemanın doğrusal elastik davrandığı, plastik şekil değiştirmelerin düşey plastik yer değiştirmeler olarak düğüm noktalarında toplandığı kabulü ile tanımlanmıştır. Bu kabule göre betonarme perdede plastikleşme, düşey doğrultudaki birim şekil değiştirmenin, elastik şekil değiştirme sınırına erişmesi ile gerçekleşir. Sonlu elemanın tanımında perdenin sadece kat hizalarında bölünmesinin, çözüm için yeterli olduğu yer değiştirme fonksiyonları seçilmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar farklı bir bilgisayar programı ile elde edilen çözümler ve deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Sonlu eleman, Doğrusal olmayan davranış, Betonarme perde, İtme analizi

Kaynakça

1. Fahjan YM, Başak K, Kubin J, Tan MT. “Perdeli betonarme yapılar için doğrusal olmayan analiz metotları”. 7. Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, İstanbul, Türkiye, 30 Mayıs-3 Haziran 2011.
2. Miao ZW, Lu XZ, Jiang JJ, Ye LP. “Nonlinear FE model for RC shear walls based on multi-layer shell element and microplane constitutive model”. Computational Methods in Engineering and Science, Sanya, Hainan, China, 21-23 August 2006.
3. Cengiz EY. Yeni Bir Perde Eleman Modeli ve Çok Katlı Perde-Çerçeveli Yapı Sistemlerinin Göçme Güvenliğinin Belirlenebilmesi için Yük Artımı Yöntemi. Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2004.
4. Kwan AKH, He XG. “Finite element analysis of effect of concrete confinement on behavior of shear walls”. Computers and Structures, 79(1), 1799-1810, 2001.
5. Xucheng W, Xiaoning W. “Simplified method for elasto-plastic finite element analysis of hardening materials”. Computers and Structures, 55(4), 703-708, 1995.
6. Kwak HG, Kim DY. “Nonlinear analysis of RC shear walls considering tension-stiffening effect”. Computers and Structures, 79(5), 499-517, 2001.
7. Kwak HG, Filippou FC. “Nonlinear FE analysis of R/C structures under monotonic loads”. Computers and Structures, 65(1), 1-16, 1997.
8. Akkaya Y. Düzlem Gerilme Durumunda Betonarme Elemanların Doğrusal Olmayan Davranışının Sonlu Eleman Yöntemiyle İncelenmesi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2006.

9. Lefas ID, Kotsovos MD, Ambraseys NN. “Behavior of reinforced concrete structural walls: Strength, deformation characteristics and failure mechanism”. American Concrete Institute-ACI Structural Journal, 87(1), 23-31, 1990.
10. Saygun AI. Eğri Eksenli, Kutu Kesitli Kirişlerin Hesabı için Bir Sonlu Elemanlar Yöntemi, Doçentlik Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 1979.
11. SAP 2000 Advanced 14.1.0. Structural Analysis Program, Computers and Structures Inc., Berkeley, California, 2009.