Yanal yüklere maruz kalan betonarme bacalarda boşluk köşe donatılarının farklı yerleşimlerinin sayısal olarak incelenmesi

Öz

Betonarme bacaların duman gazı girişlerinin köşelerinde oluşabilecek çatlakları önlemek için, Amerikan ACI 307 tasarım yönetmeliği geleneksel çapraz donatı kullanımını şart koşmaktadır. Ülkemizde ulusal bir betonarme baca yönetmeliği henüz mevcut değildir ve baca inşaatında genellikle kayar kalıp sistemi kullanılmaktadır. Çapraz köşe donatıları yerleştirildiğinde, kayar kalıp sisteminin düşey destek elemanları ile kesişebilir ve bu sebeple baca inşaatında güçlükler meydana gelebilir. Bu çalışmada boşluk köşelerinde çapraz donatı kullanmak yerine, aynı uzunluk ve çapta düşey ve yatay köşe donatılarının kullanılması alternatifi irdelenmiştir. 115 m yüksekliğinde ve kesitinde 3.7 m genişliğinde, 5.2 m yüksekliğinde bir boşluğa sahip betonarme bir bacanın detaylı bir sonlu elemanlar modeli meydana getirilmiştir. Sayısal analizlerde beton ve donatı malzeme özellikleri doğrusal olmayan modeller kullanılarak temsil edilmiştir. Bacanın beton cidarı altı yüzlü hacimsel elemanlarla, donatılar ise iki düğüm noktalı çubuk elemanlar ile modellenmiştir. Bacanın tasarım rüzgâr yükleri yanal yük olarak kullanılarak, üç farklı yönde uygulanmıştır. Baca boşluğunun çekme, basınç ve kesme bölgelerinde yer alması durumları ayrı ayrı incelenmiştir. En yüksek çekme birim uzamaları ve çatlak oluşumları baca boşluğunun çekme bölgesinde yer aldığı durumda gözlemlenmiştir. Boşluğun çekme ve basınç bölgelerinde yer aldığı analizlerde köşe donatılarında akma sınırı aşılmıştır. Bütün analizlerde alternatif köşe donatı düzeneği, boşluk deformasyonları, çatlak oluşumları ve köşe donatı birim uzamaları açısından geleneksel çapraz donatı düzeneğine yakın sonuçlar vermiştir. Önerilen alternatif köşe donatı düzeneğinin kayar kalıp betonarme baca inşaatında kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Betonarme baca,Boşluk köşe donatısı,Sonlu elemanlar metodu,Doğrusal olmayan analiz

Numerical investigation of different opening corner rebar configurations in RC chimneys subjected to lateral loads

Abstract

The American ACI 307 design code imposes the use of diagonal rebars at the corners of flue gas inlet regions of reinforced concrete chimneys for mitigating cracks. There is currently no Turkish reinforced concrete design code in effect and the most commonly used chimney construction method is the slip form system. The diagonal rebars impose a difficulty in the construction of the slip form system due to the fact that they cross the line of action of the vertical support elements. In this study, the use of vertical and horizontal corner rebars with similar length and diameter was proposed as an alternative to using diagonal rebars. A detailed finite element model was constructed for a reinforced concrete chimney with a height of 115 m and an opening with a width of
3.7 m and a height of 5.2 m. Nonlinear material models were used for the concrete and rebars. The concrete shell was modeled with hexahedral elements and the rebars were modeled with 2-node bar elements. The design wind loads of the chimney were applied as lateral loads in three different directions. Separate analyses were conducted such that the opening region was located in the tension, compression, and shear zones. The highest tension strains and crack formations were obtained for the case of the opening region in the tension zone. Yield strain limits of the corner rebars were exceeded for the cases of the opening region in the tension and compression zones. The alternative corner reinforcement configuration led to similar results in terms of the opening deformations, crack formations, and corner rebar strains when compared with the original diagonal rebars in all the analyses. It was concluded that the proposed alternative corner rebar configuration can be used in the slip form construction of reinforced concrete chimneys.

Keywords

• RC chimneys,Opening corner rebars,Finite element method,Nonlinear analysis

Kaynakça

1. ACI. “Code Requirements for Reinforced Concrete Chimneys and Commentary (ACI 307-08)”. American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, USA, 2008.
2. Mingle JG. “Design of reinforced concrete chimneys”. ACI Journal Proceedings, 14(6), 278-289, 1918.
3. CICIND. “Model Code for Concrete Chimneys”. International Committee on Industrial Chimneys, Ratingen, Germany, 2011.
4. Daniel J, Shiu K, Corley W. “Openings in earthquake-resistant structural walls”. ASCE Journal of Structural Engineering, 112(7), 1660-1676, 1986.
5. Boon K, Diah A, Loon L. “Flexural behavior of reinforced concrete slab with opening”. Malaysian Technical Universities Conference on Engineering and Technology, Pahang, Malaysia, 20-22 June 2009.
6. ACI. “Code Requirements for Reinforced Concrete Chimneys and Commentary (ACI 307-69)”. American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, USA, 1969.
7. Hallquist JO. ‘’LS-Dyna Theoretical Manual’’. Livermore Software Technology Corporation, Livermore, California, USA, 2006.
8. Broadhouse BJ. “The Winfrith Concrete Model in LS-Dyna”. Report SPD/D(95)363, AEA Technology, Winfrith Technology Centre, Structural Performance Dept., Dorset, UK, 1995.

9. Broadhouse BJ. “DYNA3D Analysis of Cone Crack Formation due to Heavy Dropped Loads on Reinforced Concrete Floors”. Impact Technology Department., AEA Reactor Services, Winfrith Technology Centre, Dorchester, Dorset, UK, 1992.
10. Ottosen NS. “Nonlinear Finite Element Analysis of Concrete Structures”. Riso National Laboratory, Report, Riso-R-411, Roskilde, Denmark, 1980.
11. Ottosen NS. “A Failure criterion for concrete”. ASCE Journal of the Engineering Mechanics Division, 103(4),527-535, 1977.
12. Ottosen NS. “Constitutive model for short-time loading of concrete”. ASCE Journal of the Engineering Mechanics Division, 105(1), 127-141, 1979.
13. Clough RW, Penzien J. Dynamics of Structures. 2nd ed. New York, USA, McGraw-Hill, 1993.
14. Bathe, KJ. Finite Element Procedures. New Jersey, USA, Prentice Hall, 1996.
15. Kilic SA, Saied F, Sameh A. “Efficient Iterative Solvers for Structural Dynamics Problems". Computers & Structures, (82), 2363-2375, 2004.
16. ANSI. “Building Code Requirements for Minimum Design Loads in Buildings and Other Structures". American National Standards Institute, New York, USA, 1972.