Betonarme kaplı çelik kompozit kolonlar ve betonarme kirişlerin sonlu elemanlar yöntemine göre analizi

Abstract

Kompozit yapı sistemi, betonarme yapı sistemi ve çelik yapı sistemi olmak üzere iki ana yapısal sistem içermektedir. Bu çalışmada, kompozit kolon-kiriş bağlantısının kesme ve eksenel yük göçmeleri altındaki dinamik davranışını incelemek amacı ile daha önce laboratuvarda test edilen iki numune LS-DYNA yazılımı ile modellenmiştir. İlk numune Yüksek Süneklikli (HD), ikincisi Düşük Süneklikli (LD) olup, donatı detayları Türk Deprem Yönetmeliğine (TEC 18) göre tasarlanmış ve sonrasında da analiz sonuçları deney numunelerinin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, incelenen numune modellerinin çatlak ve göçme davranışları, yük-deplasman eğrileri, sönümleme ve rijitlikteki azalma araştırılmıştır. Ayrıca, çelik profilin kolon kesidinde bulunup bulunmaması, kullanılan betonun basınç mukavemet değerleri, çelik profil türü ve süneklik gibi parametrelerin değiştirilmesiyle çerçevelerin performansının nasıl etkileneceğine yönelik iki modele dayalı ön çalışma esas alınarak LS-DYNA'da 12 numune daha oluşturularak gerekli analizler yapılmıştır. Sonuçlar, sonlu eleman modellerinin deneysel teste yakın bir sonuç verdiğini, ayrıca sünekliği yüksek numunenin düşük süneklikli numuneye göre nispeted daha iyi sismik performans sergilediğini göstermektedir. Ayrıca, parametrik çalışma, çeliğin türünden bağımsız olarak çerçevedeki çeliğin kullanılabilirliğinin çerçevenin sismik performansını iyileştirmek için en önemli parametre olduğunu, daha sonra önem açısından ikinci parametre olarak beton kalitesinin geldiğini, çelik profil türünün ise ikinci parametre olduğunu göstermektedir. Analiz sonuçlarına göre komposit kolonlu çerçevelerde kesme donatısı oranınını çerçevenin dinamik davranışı üzerinde çok büyük bir etkisi olmadığı görülmüştür.

The composite structural system includes two major structural systems which are concrete structural system and steel structural system. In this study, two specimens have been modeled in LS-DYNA software to study the seismic efficiency and vulnerability of the composite column-beam joints against shear and axial failures based on the experimental tests that were conducted at the laboratory. The first specimen was with High Ductility (HD) and the second one was with Low Ductility (LD), and the reinforcement designed according to the Turkish Earthquake Code (TEC 18), then the results have been compared with the results of experimental specimens. The study investigated the cracks and failure patterns, load-deflection envelope, dissipation, and degradation of simulated models. Also, another 12 specimens have been conducted and simulated in the LS-DYNA which is based on the two models to assess the performance of the frame with alteration of several parameters such as steel section availability, concrete grade, steel section type, and ductility. The results show that the finite element models provide an approached result to the experimental test, also, it indicates that the specimen with high ductility shows slightly better seismic performance than the low ductility specimen. Moreover, the parametric study demonstrates that the steel availability in the frame regardless of the type of the steel is the most important parameter to improve the frame' seismic performance, then the concrete grade comes as the second parameter regarding significance, while the steel section type and transfer reinforcement ratio in a composite column do not show a significant impact.