Boşluklu betonarme kirişlerin çevrimsel yük etkisindeki davranışlarının nümerik olarak incelenmesi

Abstract

Betonarme yapılarda mekanik ve elektrik tesisatı için kullanılan boru ve kabloların projelerinde belirtilen şekilde döşeme ve kiriş alt yüzeyinden geçirilmesi gerekmektedir. Ancak net kat yüksekliğini azalttığı, enerji kaybına sebep olduğu ve birtakım estetik kaygılara yol açtığı gibi gerekçelerle iletim hatlarının kirişlerde imalat esnasında bırakılan veya üretimin tamamlanmasından sonra oluşturulan gövde boşluklarının içinden geçirildiği uygulamalarla sıklıkla karşılaşılır. Ancak gövde boşlukları kirişin yük taşıma kapasitesini, göçme tipini, enerji tüketme kapasitesini, kullanılabilirlik sınır durumlarını olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Hâlihazırda imalat süreci tamamlanmış ve kiriş gövdesinde boşluk bulunduran yatay taşıyıcı elemanlara sahip yapıların sayısının azımsanmayacak kadar fazla olduğu unutulmamalıdır. Bu nedenle boşluklu betonarme kirişlerin dayanım ve davranışlarının irdelenmesi oldukça önemlidir. Bu çalışma kapsamında literatürde çevrimsel yükleme etkisinde deneyleri gerçekleştirilmiş boşluksuz referans kolon-kiriş birleşiminin yük-deplasman ilişkisi nümerik analiz ile doğrulanmıştır. Ardından dairesel geometrili gövde boşluklarının betonarme kirişlerin performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla altı adet kolon kiriş birleşiminin nümerik modelleri oluşturulmuş ve çevrimsel yükleme etkisindeki davranışları incelenmiştir. Gövde boşluğunun sayısı, boşluğun kiriş yüksekliği boyunca olan konumu ve boşluk boyutu çalışmanın değişkenleri olarak belirlenmiştir. Kirişlerdeki boyuna donatı miktarları sabit tutulmuş ve boşluk çevresine ilave donatı yerleştirilmemiştir. Nümerik modelleri oluşturulan kirişlerin performansları yük taşıma kapasiteleri, deplasman kapasiteleri ve süneklikleri bakımından değerlendirilmiştir. Değişen parametrelerin sonuçlar üzerindeki etkisi kıyaslamalar yapılarak sunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre kirişte etriye kaybına neden olan geniş gövde boşluğuna sahip numunede taşıyabileceği maksimum yükün, yer değiştirme kapasitesinin ve sünekliğinin referans numuneye göre önemli ölçüde azaldığı anlaşılmıştır. Kiriş orta bölgesinde açılan boşlukların sayısı arttıkça kiriş sünekliği ve deplasman kapasitesi azalmaktadır.

In reinforced concrete structures, pipes and cables used for mechanical and electrical installations must be installed according to the project specifications, typically passing through the floor slab and the bottom surface of the beams. However, due to reasons such as reducing the floor height, causing energy loss, and raising aesthetic concerns, it is possible to see beamswith web openings that are either left in the beams during manufacturing or created after the completion of production. However, the use of these beams with web openings can negatively affect the load-carrying capacity of the beam, the failure type, ductility and the usability limits. It should not be forgotten that there are a significant number of structures with beams that have openings. Therefore, investigating the strength and behavior of beams with web openings is of considerable importance. In this study, the load-displacement relationship of a reference beam-column joint without openings, previously tested under cyclic loading in the literature, was validated through numerical analysis. Subsequently, the effect of circular web openings on the performance of reinforced concrete beams was investigated. For this purpose, numerical models of six beam-column joints were developed, and their behavior under cyclic loading was examined. The study variables included the number of web openings, their vertical position along the beam height, and their size. The longitudinal reinforcement ratios in the beams were kept constant, and no additional reinforcement was placed around the openings. The performance of the numerically modeled beams was evaluated in terms of load-bearing capacity, displacement capacity and ductility. The influence of the varying parameters on the results was presented through comparative analyses. The findings indicate that in specimens with large web openings that result in stirrup loss, the maximum load capacity, displacement capacity, and ductility were significantly reduced compared to the reference specimen. Additionally, as the number of openings in the mid-span of the beam increased, the ductility and displacement capacity of the beam decreased.