İki Eksenli Eğilme ve Eksenel Yüke Maruz Betonarme Kolonların Yük-Deplasman Eğrileri

İMO Teknik Dergi, 2010 5037-5057, Yazı 329 İki Eksenli Eğilme ve Eksenel Yüke Maruz Betonarme Kolonların Yük-Deplasman Eğrileri* Serkan TOKGÖZ* Cengiz DÜNDAR** ÖZ Sunulan çalışmada, iki eksenli eğilme ve eksenel yüke maruz betonarme kolonların yükdeplasman eğrilerinin belirlenmesi için teorik bir yöntem önerilmektedir. Önerilen yöntem çeşitli donatı düzenini içeren poligon şekilli geometriye sahip tüm kesitlere uygulanabilmektedir. Önerilen yöntemde malzemelerin doğrusal olmayan davranışları esas alınmaktadır. Bu nedenle betonda oluşan gerilmeleri hesaplamak için beton basınç bölgesi şeritlere bölünmektedir. Önerilen yöntem, iki eksenli eğilme ve eksenel yük altında test edilen kare ve L-kesitli betonarme kolon numunelerinin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Kolon numunelerin deney parametreleri olan beton basınç dayanımı, donatı akma dayanımı, kesit özellikleri ve dışmerkezlik kullanılarak hesaplanan teorik yük-deplasman eğrileri deneysel olarak elde edilen eğrilerle karşılaştırılmış ve sonuçlar uyum içinde bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Betonarme kolon, gerilme-şekil değiştirme, yük-deplasman eğrileri ABSTRACT Load-Deflection Curves of Reinforced Concrete Columns Subjected to Biaxial Bending and Axial Load In the presented study, a theoretical method is proposed for the determination of the load−deflection curves of reinforced concrete columns subjected to biaxial bending and axial load. The proposed method can be applicable to the polygonal sections consisted of various reinforcing steel configurations. In the proposed procedure the nonlinear behaviour of the materials are considered. Therefore, the concrete compression zone is divided into segments for the computation of concrete stresses. The proposed procedure has been compared with the results of square and L-shaped reinforced concrete columns tested under biaxial bending and axial load. The theoretical load−deflection curves computed using test parameters of concrete compression strength, yield strength of steel, cross section properties and eccentricities of column specimens have been compared with the experimental curves and the results are found to be in good agreement. Keywords: Reinforced concrete column, stress-strain, load-deflection curves Not: Bu yazı Yayın Kurulu’na 16.01.2009 günü ulaşmıştır. 30 Haziran 2010 gününe kadar tartışmaya açıktır. * Mersin Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Mersin - ** Çukurova Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Adana - İki Eksenli Eğilme ve Eksenel Yüke Maruz Betonarme Kolonların … 1. GİRİŞ Betonarme kolonlar yüksek katlı yapılarda, köprülerde vb. yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle bina köşelerinde yer alan betonarme kolonlar iki eksenli eğilme ve eksenel yük etkisine maruz kalırlar. Bu tür kolonlar kare veya dikdörtgen kesitli olabildiği gibi poligon kesitli olarak da tasarlanabilmektedir. Betonarme kolonların davranışının bilinmesi yapının gerçekçi bir şekilde analiz ve tasarımı için oldukça önemlidir [1-3]. İki eksenli eğilme ve eksenel yüke maruz betonarme kolonların davranışı geçmiş yıllardan günümüze kadar bir çok araştırmacı tarafından deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Furlong [4], dikdörtgen kesitli betonarme kolon numuneleri ile uçları dairesel kesitli betonarme kolon numunelerini iki eksenli eğilme ve eksenel basınç testine tabi tutmuş ve elde ettiği deneysel sonuçları önerdiği teorik yöntem ile karşılaştırmıştır. Hsu [5-7], iki eksenli eğilme ve eksenel yüke maruz L-kesitli, kanal kesitli ve T-kesitli betonarme kolon elemanlarının taşıma gücü kapasitelerini ve yük altında meydana gelen deformasyon davranışlarını belirlemek üzere deneysel ve teorik çalışmalar sunmuştur. Rangan [8], tek eksenli eğilme ve eksenel yük altında dikdörtgen kesitli narin betonarme kolonların analizine yönelik, kalıcı yük etkisinden oluşan sünme deplasmanlarının da dikkate alındığı bir yöntem önermiştir. Bazant vd. [9], tek eksenli eğilme altında, narinlik etkisinin de dahil edildiği kolon etkileşim diyagramlarının hesabı için bir yöntem sunmuşlardır. Wang ve Hsu [10], iki eksenli eğilme ve eksenel yük altında betonarme kısa ve narin kolonların yük-momenteğrilik-deplasman ilişkilerini belirlemek amacı ile çeşitli geometrideki kesitler, yükseklik boyunca değişken kesitler ve çeşitli malzemeler içeren kesitler için bir nümerik analiz metodu önermişlerdir. Dündar ve Şahin [11,12], iki eksenli eğilme ve eksenel yük altında gelişigüzel geometriye sahip kolonların analiz ve tasarımına yönelik bir yöntem sunmuşlar ve yönteme dayalı bir bilgisayar programı geliştirmişlerdir. Ahmad ve Weerakon [13], iki eksenli eğilme ve eksenel yük altında dikdörtgen kesitli betonarme narin kolonların davranışı ve taşıma gücü hesabı için doğrusal olmayan bir yöntem sunmuşlardır. Ersoy ve Özcebe [14], eğilme ve eksenel yük altındaki betonarme elemanların moment-eğrilik ilişkilerinin analitik olarak belirlenebilmesi için malzemelerin gerçek davranışını esas alan bir yöntem önererek yöntemi uygulayan bir bilgisayar programı geliştirilmişlerdir. Çalışmada, bilgisayar programı ile yapılan çözümlemeler deneysel verilerle karşılaştırılmış ve program çıktılarının betonarme eleman davranışını başarılı bir şekilde yansıttığı gösterilmiştir. Rodriguez ve Ochoa [15], iki eksenli eğilme ve eksenel yük altında gelişigüzel geometriye sahip betonarme kısa kolonların karşılıklı etki diyagramlarının hesabı ve kolonların analiz ve tasarımı için bir yöntem sunmuşlardır. Yalcin ve Saatcioglu [16], eksenel yük ve yanal yük etkisi altındaki betonarme kolonların elastik olmayan analizine yönelik bir yöntem sunmuşlar ve bir bilgisayar programı geliştirmişlerdir. Yöntemde beton sargı etkisi, boyuna donatının burkulması, yük−deplasman etkisinden oluşan ikinci mertebe deformasyonları ve eğilmeden oluşan elastik olmayan deformasyon bileşenleri de dikkate alınmıştır. Hong [17], iki eksenli eğilme ve eksenel yüke maruz gelişigüzel geometriye sahip betonarme narin kolonların taşıma gücü analizine yönelik bir yöntem önermiştir. Furlong vd. [18], betonarme kolonların analiz ve tasarımı için bir yöntem önererek, yöntemin geçerliliğini göstermek için literatürde mevcut deneysel çalışmalar analiz edilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Canbay vd. [19], eksantrik yüklemeye maruz yüksek dayanımlı betonarme kolonların deneysel ve teorik olarak davranışını incelemişlerdir. Deney sonuçlarını, önerdikleri teorik yöntem ile analiz ederek karşılaştırmışlardır. Tokgoz [20] ve Dundar vd. [21], betonarme kolonların davranışını 5038 Serkan TOKGÖZ, Cengiz DÜNDAR inceleyen deneysel ve teorik bir çalışma sunmuşlardır. Deneysel çalışma kapsamında kare ve L-kesitli betonarme kolonlar hazırlanarak iki eksenli eğilme ve eksenel yük altında test edilmiş ve elde edilen taşıma gücü kapasiteleri, çeşitli gerilme dağılım modellerini esas alan analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Majewski vd. [22], eksantrik yüke maruz betonarme kolonların analizi için temeli Sonlu Elemanlar Yöntemi’ne dayalı narinlik etkisinin de dahil edildiği (...truncated)