Normal ve çelik lifli beton kullanılan betonarme kirişlerin darbe etkisi altındaki davranışının deneysel ve analitik olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada donatılı ve donatısız geleneksel beton (GB) ve çelik lifli beton (ÇLB) kullanılan kirişlerin darbe yüklemesi altındaki deneysel ve analitik davranışları araştırılmıştır. ÇLB için Dramix ZP-305 tipi çelik lifler kullanılmıştır. Kirişlerin yarısında donatı kullanılmamış, diğer yarısında ise elemanların tam ortasında bir adet 8 mm çapında çelik donatı kullanılmıştır. Bu çalışmadaki beton silindir basınç dayanımları, GB için 12 ve 26 MPa, ÇLB için 35 MPa olarak ölçülmüştür. Kiriş numuneler 60×60×500, 100×100×500 ve 150×150×500 mm boyutlarındaydı. Numunelerin darbe yüküne maruz bırakılması için 58.5 N ağırlığında çekice sahip, düşen çekiç test düzeneği kullanılmıştır. Bu çekiç ağırlığı deney numunesi boyutlarına göre farklı yüksekliklerden bırakılmıştır (donatısız elemanlar için 1.20, 2.00 ve 2.95 m, donatılı elemanlar için 2.95, 3.00 ve 3.04 m). Deney sırasında 2000 kare hızına sahip yüksek hızlı fotoğraf makinası kullanılarak numunelerin yavaş çekim videoları kaydedilmiştir. Kaydedilen videolar TEMA Hareket Analiz Programı kullanılarak analiz edilmiş ve çekiç için deneysel hız-zaman ilişkileri elde edilmiştir. Kiriş, çekiç ve mesnetler ANSYS Sonlu Elemanlar Analiz Programı kullanılarak modellenmiş ve modelleme parametreleri deney sonuçlarına göre kalibre edilmiştir. ANSYS Dynamic Explicit AUTODYN çözümünde Riedel, Hiermaier ve Thoma (RHT) Beton Modeli kullanılmıştır. Sonuçlar bu çalışmadaki deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve kullanılan beton modeli parametreleri bu sonuca göre değiştirilmiştir. Deney ve modelleme sonuçlarının karşılaştırılması ile çekiç için oluşturulan hız-zaman ilişkilerinin farklı beton basınç dayanımları ve farklı kesit boyutları için çok iyi uyum içinde olduğu saptanmıştır. Bu araştırma sonucunda kalibre edilmiş modeller kullanılması durumunda, donatısız ve donatılı GB ve ÇLB kullanılan elemanların darbe etkisi altındaki davranışları iyi bir şekilde tahmin edilebilmektedir.

This research investigated the experimental and analytical behavior of unreinforced and reinforced concrete beams cast using conventional concrete (CC) and steel fiber reinforced concrete (SFRC) under impact loading. Dramix ZP-305 type steel fibers were used for SFRC. Half of the beam specimens were unreinforced and the others were reinforced using one 8 mm diameter steel reinforcement fixed at center of specimen cross section. Cylinder concrete compressive strengths used in this study were 12 and 26 MPa for CC specimens and 35 MPa for SFRC specimens. Beam specimens had 60×60×500, 100×100×500, and 150×150×500 mm dimensions. The specimens were tested under impact loading using a drop-hammer testing apparatus having a weight of 58.5 N. This weight was dropped from various heights (1.20, 2.00, and 2.95 m for unreinforced specimens and 2.95, 3.00, and 3.04 m for reinforced specimens) based on specimen sizes. The slow motion videos of the tested specimens were recorded using a high-speed camera having a frame rate of 2000 fps. Experimental velocity-time relationships for hammer were obtained by analyzing of recorded impact videos using the TEMA Motion Analysis Software. Beams, hammer, and supports were modeled in ANSYS Finite Element Analysis Program and parameters related to modeling were calibrated based on the test results. Riedel, Hiermaier, and Thoma (RHT) Concrete Model was used in ANSYS Dynamic Explicit AUTODYN solver. The results were compared to the experimental studies on CC and SFRC in this research and input parameters of the model were modified. Comparisons of the experimental and modeling results indicated that velocity-time relationships of hammer showed very good agreement for various concrete compressive strengths and dimensions of specimens. It can be concluded that the calibrated concrete model presented in this study could provide some general guidelines for predicting the behavior of reinforced and unreinforced CC and SFRC under impact loading.