Sargısız Beton Gerilme-Şekildeğiştirme Diyagramlarının Sonlu Elemenlar Programında İncelenmesi

Aksakal A. K., Gündoğay A.

Ahi Evran 3. International Conference on Scientific Research, Baku, Azerbaycan, 3 - 04 Mayıs 2023, ss.135-145, (Tam Metin Bildiri)

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Baku
  • Basıldığı Ülke: Azerbaycan
  • Sayfa Sayıları: ss.135-145
  • Süleyman Demirel Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Beton malzemesinin doğrusal olmayan gerilme-şekildeğiştirme ilişkisi için çeşitli araştırmacılar tarafından birçok sargısız ve sargılı malzeme modelleri önerilmiştir. Bu matematiksel malzeme modelleri genel olarak incelendiğinde betonun doğrusal olmayan davranışının birçok değişken tarafından etkilendiği ve aralarında farklılıklar bulunduğu görülmektedir. Teorik olarak elde edilen gerilme-şekildeğiştirme diyagramlarının özellikle analitik çalışmalarda kullanılan sonlu elemanlar programlarınki ile uyumlu olarak elde edilmesi malzeme davranışının doğru olarak temsil edilebilmesi açısından büyük öneme sahiptir. Bu çalışma kapsamında Hognestad ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY) sargısız beton modellerinin gerilme-şekildeğiştirme diyagramları dört farklı beton sınıfı (C10, C20, C30 ve C40) için ANSYS sonlu elemanlar programında incelenmiştir. Bu amaçla öncelikle literatürde eksenel yük etkisi altında deneysel ve analitik sonuçları bulunan 300 mm x 300 mm enkesite sahip 1000 mm yüksekliğindeki beton kare kolon ANSYS sonlu elemanlar programında modellenmiştir. Beton kare kolonun modellenmesinde ANSYS sonlu elemanlar programının kütüphane havuzunda bulunmakta olan SOLID65 katı elemanı kullanılmıştır. Ayrıca betonun çok eksenli gerilme altında göçme kriterlerini tanımlayabilmek için William-Warnke malzeme modeli tercih edilmiştir. Analiz sonucunda eksenel yük-yerdeğiştirme grafiği elde edilerek yapılan modelleme tekniği doğrulanmıştır. Sargısız beton modellerine ait gerilme-şekildeğiştirme diyagramları her beton sınıfı için teorik hesaplanarak ANSYS sonlu elemanlar programına betonun malzeme davranışını temsil etmesi için aktarılmıştır. Beton kolon elemanın eksenel yük etkisi altındaki analizleri gerçekleştirilerek gerilme-şekildeğiştirme diyagramları ANSYS sonlu elemanlar programında elde edilmiştir. Teorik hesaplamalar ile ANSYS sonlu elemanlar programından elde edilen gerilme-şekildeğiştirme diyagramları üzerinden maksimum gerilme ve buna karşılık gelen birim şekildeğiştirme değerleri belirlenmiştir. Analiz sonuçlarının yorumlanabilmesi için sonlu elemanlar programından elde edilen değerler teorik sonuçlara oranlanarak hata oranları hesaplanmıştır.  Hognestad beton modelinde maksimum gerilme değeri için hata oranı %1.30 ile %2.23 arasında, TBDY’de ise %2.20 ile %7.77 arasında olmuştur. Hognestad beton modelinde maksimum gerilmeye karşılık gelen birim şekildeğiştirme değeri için hata oranı %6.01 ile %9.69 arasında, TBDY’de ise %5.50 ile %15.00 arasında değişmektedir. ANSYS sonlu elemanlar programında sargısız beton malzeme davranışını Hognestad modelinin genel olarak daha iyi temsil ettiği görülmüştür.

Many unconfined and confined material models have been proposed by various researchers for the nonlinear stress-strain relationship of concrete material. When these mathematical material models are examined, it is seen that the nonlinear behavior of concrete is affected by many variables, and there are differences between them. It is of great importance that the theoretically obtained stress-strain diagrams are obtained in accordance with the finite element programs used in especially analytical studies in order to accurately represent the material behavior. In this study, stress-strain diagrams of Hognestad and Turkey Building Earthquake Code (TBEC) unconfined concrete models were investigated in ANSYS finite element program for four different concrete grades (C10, C20, C30, and C40). For this purpose, first of all, a square concrete column has experimental and analytical results under the effect of axial load in the literature, whose 300 mm x 300 mm cross section and 1000 mm height was modeled in the ANSYS finite element program. The SOLID65 solid element, which is in the library of the ANSYS finite element program, was used in the modeling of the concrete square column. Also, the William-Warnke material model was preferred to define the failure criteria of concrete under multiaxial stress. As a result of the analysis, the axial load-displacement graph was obtained, and the modeling technique was verified. Stress-strain diagrams of unconfined concrete models were calculated theoretically for each concrete grade and transferred to the ANSYS finite element program to represent the material behavior of concrete. The analysis of the concrete column element under the effect of axial load were realized, and stress-strain diagrams were obtained from the ANSYS finite element program. The maximum stress and the corresponding strain values were determined over the stress-strain diagrams obtained from theoretical calculations and the ANSYS finite element program. In order to interpret the analysis results, the values obtained from the finite element program were proportioned to the theoretical results, and the error rates were calculated. The error rate for the maximum stress value in the Hognestad concrete model was between 1.30% and 2.23% and between 2.20% and 7.77% in TBEC. The error rate for the unit strain value corresponding to the maximum stress in the Hognestad concrete model varies between 6.01% and 9.69% and between 5.50% and 15.00% in the TBEC. It has been seen that the Hognestad model represents the behavior of unconfined concrete material better in the ANSYS finite element program.