kompozit kolon-betonarme kiriş birleşim noktasının tersinir tekrarlı yükler altındaki davranışının

12 Pages·2017·0.9 MB·Turkish

Dokuz Eylül Üniversitesi-Mühendislik Fakültesi Dokuz Eylul University-Faculty of Engineering
Fen ve Mühendislik Dergisi Journal of Science and Engineering
Cilt 20, Sayı 58, Ocak, 2018 Volume 20, Issue 58, January, 2018

DOI: 10.21205/deufmd. 201820581 2

Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir
Tekrarlı Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak
İncelenmesi

Bengi ARISOY*1, Fethi ŞERMET2

1Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 35050, İzmir
(ORCID: 0000-0002-2785-0609)
2Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 35050, İzmir
(ORCID: 0000-0001-8221-689X)

(Alınış / Received: 21.04.2017, Kabul / Accepted: 01.11.2017,
Online Yayınlanma / Published Online: 20.01.2018 )

Anahtar Kelimeler Özet: Bu çalışmada beton içine gömülü çelik profil ile
Betonarme oluşturulmuş kompozit kolon ve betonarme kiriş birleşim
düğüm noktası, bölgesinin tersinir tekrarlı yükler etkisi altındaki davranışı
Kompozit kolon,
nümerik olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında düğüm
Sonlu elemanlar
noktasının süneklik mertebesi ve göçme şekli incelenmiş,
modeli
betonarme kolon-kiriş birleşim bölgesi performansı ile
karşılaştırılmıştır. Kompozit kolon içinde yer alan çelik profil
çekirdek deformasyonların çoğunu sönümlemektedir. Artan
yükler etkisi altında, çelik profil etrafında yer alan betonun ezilip,
yumuşak donatının akmasına rağmen, çelik profil çekirdek akma
mertebesine erişmemektedir. Bununla beraber kolonda oluşan
lokal hasarların (betonda ezilme/yumuşak donatıda akma)
düğüm noktasının davranışına etkisi önemlidir. Kuvvetli kolon-
zayıf kiriş tasarımı gözetilmiş olan çerçeve iç birleşim bölgesi,
sonlu elemanlar ile modellenmiş ve ABAQUS programı ile analiz
edilmiştir. Betonarme kolon-kiriş ve kompozit kolon-betonarme
kiriş ile teşkil edilmiş düğüm noktaları tekrarlı tersinir yük etkisi
altındaki analiz edilmiş ve analiz sonuçları her iki birleşim
bölgesinin göçme mekanizmaları, süneklik mertebeleri ve
dayanımları açısında değerlendirilmiştir. Analiz sonuçları her iki
birleşim şeklinde de kolon ve kiriş birleşim yüzeylerindeki
betonun ezilmesine rağmen, kompozit kolon-betonarme kiriş
birleşimi betonarme kolon-kiriş birleşimine göre göçmeden önce
1,32 kat daha fazla yük taşımış, 1,56 kat daha fazla yer değiştirme
yapmıştır. Betonarme kolon-kiriş birleşim bölgesinde dayanım
betonun ezilmesi ile kontrol edilirken, kompozit kolon-betonarme
kiriş düğüm noktasında çelik profilin akması ile kontrol edilmiştir.

138
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

Numerical Analysis of Behavior of The Composite Column-Reinforced
Concrete Beam Joints Subjected to Cyclic Loads

Keywords Abstract: In this paper, analytical behavior of the concrete
Reinforced encased steel profile composite column to reinforced concrete
concrete joints, beam connection under cyclic loading is presented. The finite
Composite
element model of the encased steel profile composite column to
columns,
reinforced concrete beam and reinforced concrete beam to
Finite element
column are implemented in ABAQUS. Ductility level and failure
modeling
type of the joints are studied and performance of connections are
compared. Comparisons are made using load-displacement
relation, failure mechanism and ultimate strength. It is found that
the concrete encased steel profile column to reinforced concrete
beam absorbs most of the lateral deformations relative to
reinforced concrete column to beam connection. Analysis results
indicated that composite column to reinforced concrete beam
connection has 1.32 times load carrying capacity and 1.56 times
larger deformation capacity than reinforced concrete column to
beam connections. Although under increased loads, in the
concrete encased steel composite column, the concrete around
steel profile crushed and reinforcing bars yielded, the steel profile
core does not reach to yielding.

*Sorumlu yazar: [email protected]

1. Giriş Lee ve çalışma arkadaşları kompozit
Sismik yükler etkisi altındaki çerçeve döşeme-çelik kolon elemanlardan inşa
sistemlerde, kolon-kiriş birleşim bölgesi edilmiş altı katlı prototip çerçeve sistemi
en kritik bölge olduğu gibi davranışı en tersinir tekrarlı yükler etkisi altında test
az anlaşılan bölgedir. Birden fazla etmişler, kompozit döşemenin çelik
elemanın birleştiği düğüm noktaları, kolona bağlandığı birleşim bölgesinin
eğilme, kesme ve eksenel yük dönme rijitliğini arttırdığını rapor
kombinasyonları altında karmaşık bir etmişlerdir [1-3]. Chung-Che ve Chia-
davranış sergiler. Bu karmaşık davranış, Ming (2002), normal beton kullanarak
düğüm noktalarında birleşen moment aktaran betona gömülü
elemanların farklı özelliklere sahip kompozit kolon-çelik kiriş birleşim
olması, kompozit eleman ile betonarme noktasının tersinir tekrarlı yükleme
elemanın oluşturduğu birleşim bölgesi altındaki performansını incelemişlerdir
gibi, ile daha da artmaktadır. Kompozit ve tersinir yük etkisinde
elemanların yük etkisi altındaki mafsallaşmaların çelik kirişlerde
davranışlarının belirlenmesine ait oluştuğunu ancak kompozit kolonun
çalışmalar 1940'lı yıllarda başlamasına kirişin saplandığı beton yüzeylerinde
rağmen, birleşim bölgelerine ait göçmelerin gerçekleştiğini rapor
çalışmalar daha yenidir. Konu üzerine etmişlerdir [4]. Mu-Xuan ve çalışma
yapılmış çalışmalar aşağıda arkadaşları (2013), normal dayanımlı
özetlenmiştir. beton kullanılarak kompozit kolon-çelik
kafes kiriş hibrit birleşim noktasının
139
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

sismik davranışını incelemişlerdir. 2. Çalışmanın Kapsamı
Çalışma kapsamında kompozit Depreme dayanıklı çerçeve türü yapı
elemanların yük-deplasman eğrileri, tasarımında deprem yükünün şekil
birleşim noktasında kesme kuvveti değiştirmeler ile harcanması temel
davranışı, dayanım, rijitlik, süneklik, alınmaktadır. Bu yaklaşımda en önemli
enerji yutma kapasitesi ve deformasyon parametre yapının sünekliğidir. Sünek
analiz edilmiştir [5]. Fei-Yu Liao ve bir yapı, elemanlarının deprem yükleri
çalışma arkadaşları, beton ile etkisi altında plastik şekil değiştirmeler
doldurulmuş çelik tüp kompozit tekrarlı yapmasına rağmen dayanımını korur.
yükler altında davranışını deneysel Betonarme yapılar sünek davranışın
olarak incelemişlerdir. Kompozit sağlanması için donatılandırılırlar.
kolonların dayanıklılık, süneklik, rijit Özellikle kolon elemanlarda sünek
deformasyon ve enerji yutma kapasitesi davranışın garanti edilmesi amacıyla
incelenmiştir [6]. Lei Zeng ve çalışma farklı tasarımlara da gidilmektedir. Çelik
arkadaşları, yüksek dayanımlı betondan profil çekirdekli betonarme kolon
üretilmiş kompozit çerçeve sisteminin bunlardan biridir. Bu çalışmada kolon
tekrarlı yükleme altındaki davranışını elemanın sünekliğini arttırmak amacı ile
incelemişlerdir. Tüm deney elemanları I kesitli yapısal çelik elemanı betona
birleşim noktasının kesme açısından gömülerek çelik çekirdekli bir kompozit
yetersiz davranış sergiledikleri kolon tasarlanmıştır. Düğüm noktasında
bildirmişlerdir [7]. Cristina ve çalışma yer alan kiriş eleman olarak ise
arkadaşları, yüksek dayanımlı beton uygulamada yaygın olarak kullanılan
kullanarak betona gömülü çelik kompozit kompozit kiriş yerine betonarme kiriş
kolonların monotonik ve tekrarlı yükler tasarlanmıştır. Böylece kompozit kolon-
altındaki davranışını incelemişlerdir [8]. betonarme düğüm noktası elde
Cheng-Cheng Chen ve çalışma edilmiştir. Konu hakkında yapılmış
arkadaşları, betona gömülü geniş flanşlı çalışmalar kompozit kolonların sismik
yapısal çelik profilin tekrarlı yükler yükler etkisi altında sünek davranış
altındaki davranışını incelemişlerdir. gösterdiğini teyit etmiştir ([10-15], ve
Çalışmada eğilme eksenine bağlı olarak birçok diğer çalışmalarda). Bununla
çelik profilin ana eksen ve zayıf ekseninin beraber, kompozit elemanlardan oluşan
süneklik ve sargılama üzerine etkisi düğüm noktalarının davranışı düğüm
incelenmiştir [9]. noktasını oluşturan elemanların tipine
göre farklılık göstermektedir. Bu
İncelenmiş çalışmalarda genel olarak çalışmada kompozit kolon-betonarme
kompozit kolon, kompozit kolon- kiriş birleşim bölgesinin tersinir tekrarlı
kompozit kiriş birleşimi, kompozit kolon- yükler etkisi altındaki davranışı nümerik
çelik kiriş birleşimi davranışı olarak incelenmiştir. Çalışma aynı
incelenmiştir. Bu çalışmada betona zamanda betonarme kolon-kiriş birleşim
gömülü çelik profil ile imal edilmiş bölgesinin incelenmesini de
kompozit kolon-betonarme kiriş birleşim kapsamaktadır. Böylece farklı iki şekilde
bölgesinin tekrarlı tersinir yükler etkisi tasarlanmış düğüm noktasının sismik
altındaki davranışı nümerik olarak yükler etkisindeki davranışı
incelenmiştir. Nümerik analiz sonuçları kıyaslanabilecektir.
betonarme kolon-kiriş birleşimi için de
tekrarlanmış ve sonuçlar kıyaslanmıştır.
3. Kolon-kiriş birleşim bölgesi sismik
davranışı
Moment aktaran çerçevelerin süneklik ve
deformasyon kapasitesi düğüm
140
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

noktalarının göçmeden sonra yük taşıma
kapasitesine bağlıdır. Kolon-kiriş düğüm
noktasının davranışı da yüklerin
harcanmasında zayıf olan kesme
dayanımı ve donatı ve beton arasındaki
aderans kuvvetleri ile kontrol edilir. Bir
kolon-kiriş birleşiminde, kendisine
bağlanan elemanlardan gelen kuvvetleri
diğerlerine aktaracak dayanıma sahip
olması, kolonların üzerlerine gelen yükü
kolaylıkla taşıyabilmesi için düğüm

noktasında oluşacak çatlakların sınırlı
olması ve düğüm noktalarının
Şekil 1. Nümerik analizlerde modellemesi
deformasyonunun kat rölatif
yapılacak olan düğüm noktası (kesikli
deformasyonunu arttırmaması beklenir
oval şekil ile gösterilmiştir)
[16]. Bunlara ek olarak da, moment
aktaran çerçevelerde kuvvetli kolon-zayıf Düğüm noktasına saplanacak olan
kiriş tasarım prensibine göre tasarımda, elemanların boyutları yatay yük
plastik mafsalların kirişlerin uçlarında etkisindeki çerçevenin moment sıfır
oluşması ve kirişlerin tasarım gücü noktalarından yararlanarak tespit
ötesinde eğilme direnci geliştirmesi edilmiştir. Nümerik analizlerde
beklenmektedir. Bununla beraber modellenecek olan düğüm noktasını
tasarım kurallarına uyulsa bile, düğüm teşkil eden betonarme kolon– kiriş
noktasının sünekliği, düğüm noktasına elemanların tasarımları betonarme
bağlanan elemanların dayanımlarının kolon/kiriş sünek davranış tasarım
birbirine uygun olması sağlanmalıdır. ilkelerine ve Deprem Bölgelerinde
yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik-
Betonarme elemanlarda aderans
2007'de [17] verilen tasarım kurallarına
kuvvetlerini arttıran unsurlar donatı
uygun olacak şekilde, çelik profil gömülü
yüzeyi, donatılar arasındaki beton
kompozit kolon elemanların tasarımı
miktarı, sürtünme yüzeyi miktarı,
Çelik Yapıların Tasarımı, 2016 taslak
donatının beton ile çok iyi sarılmış
şartnamesinde [18] ve EUROCODE 4'de
olması olarak sıralanabilir. Belirtilen
[19] verilen tasarım kurallarına uygun
unsurlar kesme kuvvetlerinin
olarak yapılmıştır.
aktarılması, dolayısı ile düğüm
noktasının performansını etkilemektedir. 4.1. Kompozit kolon tasarımı
EUROCODE 4 ve Çelik Yapıların Tasarımı
Bu çalışmada, kolon elemanın içine
ve Yapım Kuralları taslak yönetmeliğine
yerleştirilecek çelik profil, önceki
(2016) göre yapılmış çelik profil gömülü
paragrafta belirtilen beton-donatı
kompozit kolonun tasarımı Şekil 2'de
aderans kuvvetlerini etkileyecek
verilmiştir
unsurları sağladığı gibi sürtünme yüzeyi

açısından daha etkilidir ve düğüm
Çelik Yapıların Tasarım ve Yapım
noktasının performansını arttırması
Kuralları taslak yönetmeliğine göre
beklenmektedir.
betona gömülü kompozit elemanlar için
minimum kurallar:
4. Eleman tasarımı
(a) Yapısal çelik çekirdeğin enkesit alanı,
Çalışma kapsamında nümerik analizi
toplam kompozit enkesit alanının en az
yapılacak olan birleşim bölgesi düzlem
%1 i kadar olmalıdır.
çerçeve ara düğüm noktasıdır (Şekil 1).

141
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

(b) Kompozit kesitte boyuna ve enine tersinir tekrarlı yükler etkisindeki
donatı kullanılmalıdır. Enine donatı davranışını kıyaslamak üzere analiz
etriye veya spiral fret şeklinde olabilir. edilecek betonarme kolon-kiriş düğüm
Etriye kullanılması durumunda 10mm noktasında kolon içine çekme ve basınç
çapında etriyeler en fazla 300mm bölgelerine 312 boyuna, 10/6 kesme
aralıkla, 12mm veya daha büyük çaplı donatısı, kiriş içine kompozit kolon-
etriyeler en fazla 400mm aralıkla teşkil betonarme kiriş birleşiminde kiriş içinde
edilmelidir. Etriye aralığı kompozit kullanılan donatı miktarında donatı
elemanın en küçük kenar uzunluğunun kullanılmıştır. Analiz edilecek birleşim
0.5 katından daha fazla olamaz. bölgesi detayları Şekil 2'de ve malzeme
özellikleri Tablo 1' gösterilmiştir.
(c) ρ = A / A ile tanımlanan boyuna
sr sr g
donatı oranı, ρ nin minimum değeri
sr
0,004 olacaktır. Burada A , kompozit
g
elemanın toplam enkesit alanı, A ,
sr
boyuna donatı alanıdır.
Nümerik analizlerde kullanılacak
elemanların tasarımı yukarıda verilen
kurallara uygun olarak tasarlanmıştır.

4. Birleşim bölgesi tasarımı
Bu çalışmada çelik profil çekirdekli beton
kompozit kolon-betonarme kiriş düğüm
noktasının tersinir tekrarlı yük etkisi
altındaki davranışı, göçme şekilleri, yük (a)
aktarma/dayanım performansı numerik
olarak analiz edilmek ve depreme
dayanıklı yapı tasarımı kurallarına uygun
tasarlanmış betonarme kolon-kiriş
düğüm noktasının aynı yükler etkisi
altındaki davranışı ile kıyaslamak üzere
geometrik ölçüleri aynı olan elemanlar
tasarlanmıştır. Analiz edilecek düğüm
noktası, 200x200mm ölçülerinde kolon (b)
ve kiriş elemanların düzlemde birleştiği, Şekil 2. a) Kompozit kolon-betonarme
çerçeve sistemin iç düğüm noktası olarak kiriş birleşim, b) Eleman kesit detayları
tasarlanmıştır. Kirişlerde moment sıfır
noktası düğüm noktasından 1200mm, Düğüm noktası birleşim elemanı kiriş
kolonlarda moment sıfır noktası düğüm moment sıfır ve kolon alt noktasından
noktasından 800mm uzakta basit mesnetlenmiş ve kolon üst moment
tasarlanmıştır. Kompozit kolon içine sıfır noktasından tersinir tekrarlı yük ile
IPE100 çelik profil gömülmüş, ayrıca yüklenerek analiz edilmiştir. Düğüm
412 boyuna donatı ve 10/10 kesme noktaları ABAQUS programı içinde
donatısı eklenmiştir. Kiriş, çekme modellenmiş ve lineer olmayan analiz
bölgesinde 312, basınç bölgesinde 212 yöntemi ile analiz edilmiştir.
boyuna donatı ve 10/6 kesme donatısı
ile tasarlanmıştır. Kompozit kolon-
betonarme kiriş düğüm noktasının

142
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

Tablo 1. Malzeme özellikleri
Basınç Akma Yoğunluk Elastisite Poisson
Dayanımı Dayanımı (kg/m3) Modülü Oranı
(MPa) (MPa) (MPa)
Beton 30 2400 32 0.2
Çelik Profil 420 420 7850 200 0.3
Donatı Çubuğu 420 420 7850 200 0.3

5. Sonlu elemanlar modeli
Kompozit kolonun sonlu eleman
modelinin hazırlanmasında çelik
profilin beton tarafında tam olarak
sarılmasına özellikle dikkat edilmiştir.
Kolon-kiriş birleşim bölgesi
modellemesi ABAQUS kullanıcı
kılavuzuna [20] uygun olarak beton ve
IPE100 çelik profil için üç boyutlu katı
eleman (B31), çelik profil için çubuk
eleman (T3D2) kullanılarak yapılmıştır.
Her iki tip düğüm noktası birleşimi

beton sonlu elemanlar modeli Şekil 3,

kompozit kolon-betonarme kiriş düğüm
Şekil 4. Kompozit kolon-betonarme kiriş
noktası donatı sonlu elemanlar modeli düğüm noktası donatı sonlu elemanlar
Şekil 4, ve betonarme kolon-kiriş modeli
birleşimi donatı sonlu elemanlar modeli
Şekil 5'de verilmiştir.

Şekil 5. Betonarme kolon-kiriş düğüm
noktası donatı sonlu elemanlar modeli

Şekil 3. Düğüm noktası beton sonlu
Birleşim elemanı mesnet koşulları ve
elemanlar modeli
yükleme şekli Şekil 6'da verilmiştir.

Modelde kompozit kolon içinde yer alan
Kompozit kolon-betonarme kiriş
çelik profil ile beton arasında bağlantıyı
birleşim eleman modeli kolon alt ucu ve
tanımlayan kontak elemanlar
kiriş uçlarından düşey yer değiştirmeler
tanımlanmıştır.
engellenecek şekilde sabit mesnetli
olarak bağlanmıştır ve kolon üst

ucundan yatay olarak yüklenmiştir.
143
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

6. Numerik Analiz Sonuçları
Her iki tip birleşim elemanının -
kompozit kolon-betonarme kiriş ve
betonarme kolon-betonarme kiriş-
tersinir tekrarlı yük etkisi altındaki
davranışı lineer olmayan analiz yöntemi
ile ABAQUS programı ile analiz
edilmiştir. Betonarme kolon-betonarme
kiriş birleşim elemanında basınç ve
çekme gerime artışları 9. çevrimde
Şekil 6. Birleşim elemanı sınır koşulları başlamış, 10. çevrimden sonra da
ve yükleme şekli betonda en büyük basınç, donatılarda
akma gerilmelerine 47,97 KN'da
Kompozit kolonun elasto-plastik ulaşılmıştır. Betonarme kolon-
davranışı betonarme kolon-kiriş elasto- betonarme kiriş birleşim elemanının
plastik davranışı olarak simule düğüm noktası yük-yer değiştirme
edilmiştir. Betonarme ve beton-çelik diyagramı Şekil 8'de, birleşim elemanı
kompozit elemanların yük etkisi altında gerilme dağılımları Şekil 9'da
plastik mafsallaşmaların oluştuğu verilmiştir. Yük-yer değiştirme grafiği,
bölgelerde gerilme dağılımları ve plastik Şekil 7'de verilen yük döngüsünün
deformasyonların önemi büyüktür ve birleşim elemanının birleşim bölgesinde
dolayısı ile modellerdeki eleman sayısı seçilmiş bir elemanın deplasmanı ile
yeterli miktarlarda olmalıdır. ilişkilendirilmesidir. Deplasmanı ölçülen
Modellerde eleman sayısı kritik eleman kolon-kiriş eksenlerinin
bölgelerde arttırılmalıdır. Çalışmada, birleştiği noktadan seçilmiştir, böylece
betonarme kolon- kiriş modelinde beton çerçeve sistemin düğüm noktası
için 1632 (C3D8R) eleman, donatı için deplasmanları, çerçeve yatay yük etkisi
5852 (T3D2) eleman kullanılmıştır. altındayken ne mertebelerde olduğu
Kompozit kolon-betonarme kiriş tespit edilmiştir. Şekil 8' de görüldüğü
modelinde beton 1632 (C3D8R) eleman, üzere birleşim elemanı göçme
donatı için 6799 eleman kullanılmıştır. gerilmelerine ulaşmış olduğu 47,97 KN
IPE100 yapısal çelik profili için 20 (B31) yüke karşılık düğüm noktası 185mm yer
eleman kullanılmıştır. değiştirme yapmıştır

Her iki tip birleşim bölgesi, kompozit
Şekil 9'da verilen eleman gerilme
kolon-betonarme kiriş ve betonarme
dağılımları betondaki en büyük basınç
kolon-kiriş birleşim bölgesi, tersinir
nümerik analiz sırasında yükleme ve
tekrarlı yük etkisi altında analiz
gerilme ilişkisinin takip edilebilmesi,
edilmiştir (Şekil 7).
malzemelerin hangisinin önce
göçtüğünün tespit edilme olanağını
sağlamıştır. Betonarme kolon-
betonarme kiriş birleşim ele elemanı
yük döngüsü tamamlandığında kiriş
içindeki donatılar akmış (Şekil 10), yük
diğer yönden etkimeye başladığında
kolon donatıları en büyük akma
gerilmelerine ulaşmış, analize devam
edildiğinde 10. yük döngüsünde beton
Şekil 7. Tekrarlı tersinir yük döngüsü en büyük gerilmesi 30MPa'la ulaşmıştır.

144
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

Şekil 8. Betonarme kolon-betonarme

kiriş birleşim tepe noktası yük-düğüm
Şekil 10. Betonarme kolon-betonarme
noktası yer değiştirmesi
kiriş birleşim elemanı donatı gerilme

dağılımları

Şekil 11'de görüldüğü üzere birleşim
elemanı göçme gerilmelerine ulaşmış
olduğu 63,62 KN yüke karşılık düğüm
noktası 303mm yer değiştirme
yapmıştır.

Şekil 9. Betonarme kolon-betonarme
kiriş birleşim elemanı beton gerilme
dağılımları

Şekil 11. Kompozit kolon-betonarme
Artan yükler etkisi altında tam göçme kiriş birleşim tepe noktası yük-düğüm
45 MPa basınçta gerçekleşmiştir. Beton noktası yer değiştirmesi
basınç gerilme dağılımları
incelendiğinde, basınç gerilmelerinin Şekil 12'de verilen kompozit kolon-
kolon ve kirişin birleştiği bölgede hem betonarme kiriş birleşim elemanı beton
kiriş hem de kolon üzerinde oluştuğu gerilme dağılımları incelendiğinde
görülmüştür. basınç gerilmelerinin kolon ve kiriş
birleşim bölgesinde sadece kiriş
Kompozit kolon-betonarme kiriş üzerinde oluştuğu görülmüştür.
birleşim elemanının düğüm noktası yük- Kompozit kolon içinde yer alan çelik
yer değiştirme diyagramı Şekil 11'de, profil kolon elemanın sünek olmasını
birleşim elemanı gerilme dağılımları sağlamış, bu bölgedeki beton ezilmesine
Şekil 12'de verilmiştir. rağmen basınç yükünü çelik profil
taşımaya devam etmiş, dolayısı ile
göçme kiriş kısmında gerçekleşmiştir.

145
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

donatıları, kolon donatılarından önce
akmıştır.

Moment-eğrilik ilişkisi kesit
davranışının en iyi şekilde anlaşılması
için kullanılan parametredir. Kesit
özelliklerinin farklı olması açısından
kolonun kirişe saplandığı bölgedeki
moment-eğrilik grafiği Şekil 14'de
verilmiştir. Grafikten anlaşılacağı üzere
komposit kolon-betonarme kiriş
birleşim elemanının eğrilik sünekliği
betonarme kolon-kiriş birleşim

Şekil 12. Kompozit kolon-betonarme elemanından yüksek olmakla beraber,
kiriş birleşim elemanı beton gerilme daha rijit bir davranış sergilediği
dağılımları görülmüştür.

Kompozit kolon-betonarme kiriş
birleşim elemanı donatı çekme
gerilmeleri diyagramı Şekil 13'de
verilmiştir.

Şekil 14. Birleşim elemanları moment-
eğrilik ilişkisi

7. Rijitlik
Birleşim elemanlarının artan yer
değiştirmeler sonucunda rijitlik
derecelerinde değişim gözlemlenmiştir.
Şekil 13. Kompozit kolon-betonarme Döngüsel rijitlik katsayıları, yük-
kiriş birleşim elemanı donatı gerilme
deplasman ilişkisini kullanarak K=P/
j j j
dağılımları
kolaylıkla elde edilebilir. Burada P, yük,
j

 yer değiştirmelerdir. Betonarme
j
Kompozit kolon içinde yer alan yapısal
kiriş-kolon ve çelik profil gömülü
çelik profilin etkisiyle gerilmeler daha
kompozit kolon-betonarme kiriş
dengeli bir yayılma göstermiştir. Çelik
birleşim elemanı yük etkisi altında
profil, yumuşak donatının akmasından
rijitlik katsayı, K, bağıl yer
j
sonra çekme gerilmelerinin alarak
değiştirmeye (/ ) bağlı grafiği Şekil
j y
taşıma kapasitesini ve sünekliği
14'de verilmiştir. Burada  akma
y
arttırmıştır. Tekrarlı yüklemeler
anındaki yer değiştirmedir. Şekil 15'de
boyunca çelik elemanlarda burkulma
verilen grafik incelendiğinde her iki
gözlenmemiştir. Bununla beraber takip
birleşim elemanı da betonun çatlaması
edilen yükleme analizlerinde, kiriş
donatı çeliğinin ve çelik profilin akması
sonucu belirgin bir şekilde rijitlik kaybı
146
B.Arısoy ve F. Şermet / Kompozit Kolon-Betonarme Kiriş Birleşim Noktasının Tersinir Tekrarlı
Yükler Altındaki Davranışının Numerik Olarak İncelenmesi.

meydana gelmiş olduğu görülmektedir. Kompozit kolon– betonarme kiriş
Bununla beraber kompozit kolon- birleşimi 47,94kN’ da akmaya başlamış
betonarme birleşim elemanının daha olup 29,99mm deplasman yapmaktadır.
rijit davrandığı belirlenmiştir Eleman maksimum taşıma kapasitesine
63,99kN’ da ulaşmış olup 311,01mm
deplasman yapmıştır (Şekil 11).
Süneklik oranları açısından
değerlendirme yapılmak istenirse;
süneklik oranı, =Δ /Δ , akma anındaki
y u
deplasmanın, Δ , maksimum yükün
y
%85'ine karşılık gelen deplasmana, Δ ,
u
oranı olarak hesaplanabilir [21].
Birleşim elemanlarına ait akma yükü,
maksimum yük, kopma yükü ve bu
yüklere karşılık gelen yer değiştirmeler
Şekil 15. Rijitlik değişimlerinin bağıl Tablo 2'de verilmiştir. Bu değerler
yer değiştirmeye bağlı grafiği kullanılarak hesaplanan süneklik
oranları Tablo 3’de verilmiştir.
Tablo 2. Yük ve deplasman değerleri
Akma Maksimum Yük Kopma
Eleman Py (kN) Δy (mm) Pmax (kN) Δmax (mm) Pu (kN) Δu (mm)
(+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-)
Betonarme 34,9 19,18 9,69 41,94 47,99 47,96 170,35 153,12 40,79 40,77 175,38 162,35
Kompozit 47,94 47,65 29,99 13,28 63,99 63,99 311,01 271 54,39 54,39 316,24 278,2

Tablo 3. Süneklik oranları ve enerji Tablo 3'de görüldüğü üzere kopma
yutma kapasitesi anında kompozit birleşim elemanı
betonarme birleşim elemanına göre
Eleman μ(+) μ(-) μort Etoplam(J) daha fazla deplasman yaparak daha
sünek davranış sergilemiştir.
Betonarme 18,09 3,87 10,98 1263,51

Kompozit 10,54 18,09 14,32 2867,06 9. Enerji yutma kapasitesi
Enerji yutma kapasitesi genel olarak
8. Süneklik yük–deplasman eğrisi altında kalan alan
Yük-yer değiştirme eğrilerinden hesaplanarak kıyaslama yapılabilir.
yararlanılarak yapılan süneklik Buna göre kompozit birleşim elemanı
değerlendirmesinde betonarme kolon – enerji yutma kapasitesi 2868,06 Joule
kiriş birleşimi 34,90kN’ da akmaya iken betonarme birleşim elemanın
başlamış olup 9,69mm deplasman 1263,51 Joule olarak elde edilmiştir.
yapmıştır. Çevrimsel yükün artmasıyla Dolayısıyla kompozit birleşim elemanın
birlikte birleşim bölgesinin taşıdığı yük enerji yutma kapasitesinin daha yüksek
ve deplasman artmaktadır. Maksimum olduğu sonucuna varılmıştır.
taşıma kapasitesine 47,99kN’ da ulaşmış
olup 170,35mm deplasman yapmıştır 10. Sonuç ve değerlendirme
(Şekil 8). Bu çalışmada, kompozit kolon ve
betonarme kiriş birleşim bölgesinin
tersinir tekrarlı yükler etkisi altındaki
147