The stringer-panel model and strut-and-tie model in the analysis of structural members
* Author to whom correspondence should be addressed.
Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences 2004, Vol. 22, Issue 1, pp. 139-150; doi.org/10.62051/ytu.sigma-journal-of-engineering-and-natural-sciences-the-stringer-panel-model-and-strut-and-tie-model-in-the-analysis-of-structural-m
Abstract
Keywords: Stringer-panel model; Strut-and-tie model; corbel; Linear model; Nonlinear model
1. Gi̇ri̇ş
Şerit-levha modeli, betonarme taşıyıcı duvarların tasarımı için geliştirilmiş bir tasarım yöntemidir. Kendi düzleminde yüklü bir eleman şerit ve levha elemanlarından oluşan bir denge sistemiyle modellenmiştir. Şerit elemanlar normal kuvvetleri, levha elemanlar ise doğrusal modelde kesme kuvvetlerini, doğrusal olmayan modelde ise hem kesme kuvvetlerini hem de normal kuvvetleri taşımaktadır (Şekil 1). Bu nedenle, yeni gerilme dağılımında şerit elemanlarındaki gerilmelerde *
Sorumlu Yazar/Corresponding Author: e-mail: mykal@selcuk.edu.tr ; tel: (0332) 223 1997
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
azalma olmaktadır. Şerit ve levha elemanlarının arayüzeyinde sabit kesme kuvveti mevcuttur. Şerit elemanları esas çekme donatısını ve basınç etkisindeki beton bloğunu, levhalar ise kesme etkisindeki beton bloğunu ve bu bloğun içindeki dağıtma donatısını temsil etmektedir. Şerit-levha modeli kavramı şu gözleme dayanılarak ortaya atılmıştır: Etkili duvar donatısı genellikle kenarlara yakın yerleştirilmiş yoğunlaşmış çekme bantlarından ve yüzeye dağılmış dağıtma donatısından ibarettir. Dağıtma donatısı yapım kolaylığı açısından genellikle ortogonal iki yönde yerleştirilmektedir. Şerit-levha modeli bu donatı düzenine uymakta ve böylece yapı bir ayrık eleman modeline dönüşmektedir [1].
2. Şeri̇t-Levha Modeli̇
Karmaşık gerilme dağılımının bulunduğu yapı elemanlarında yükler ve mesnet reaksiyonları yapının düzleminde kuvvet akımının meydana gelişini temsil eden etki çizgilerine sahiptir. Yüksek kirişler, perde duvarlar, ani kesit değişikliğine sahip kesitler, kısa konsollar gibi yapı elemanları bu yaklaşım dikkate alınarak incelenebilir. Bu tür karmaşık gerilme yörüngelerine sahip bölgelerde Bernoulli Navier hipotezi geçerli değildir [2]. Böyle elemanları çözmek için pratikte iki önemli yöntem mevcuttur. Bunlar kafes sistem benzeşimi yöntemi ve sonlu elemanlar yöntemidir. Şerit-levha yöntemi ise, bu iki yöntemin üstünlüklerinden faydalanıp, sakıncalarını ortadan kaldıracak biçimde geliştirilmiştir. Kafes sistem benzeşimi yöntemi betonarme yapıların tasarımı ve boyutlandırılmasında geniş kullanım alanı olan ve genelleştirilmiş kafes kiriş benzeşimi olarak da bilinen bir yaklaşımdır. Bu model yaklaşımı kolay ve gerçekçi olmakla birlikte, kuvvetlerin yapı içinde izlediği yol dikkatle düşünülmeli ve yük ile mesnet arasındaki kuvvet aktarım yolunu doğru olarak gösterecek bir denge sistemi seçilmelidir. Kafes sistem benzeşimi yöntemi, esas olarak plastisite teorisine dayandığı için yapının yeterli sünekliğe sahip olup olmadığı hakkında şüphelerin mevcut olması ve kuvvet akımının dikkate alınabileceği birkaç model içinden hangisinin en iyisi olduğunu belirlenmesi gerektiğinden bu yöntemle ilgili deneysel çalışmalar halen devam etmektedir [3]. Şerit-levha modeli ile kafes sistem benzeşimi modeli karşılaştırıldığında yeni modelin şu üstünlükleri vardır: a. Boşluklu büyük taşıyıcı duvarların kafes sistem benzeşimi modeli, şerit-levha modelinden daha karmaşıktır. b. Bütün yük kombinasyonları için sadece bir model belirlemek yeterli olmaktadır. c. Şerit ve levha elemanlarının oluşturulmasında çok az seçenek olduğu için basınç ve çekme elemanlarının en gerçekçi ve doğru eğimini belirlemede yapıldığı gibi fazla çaba harcamaya gerek yoktur.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Yapı Elemanlarının Analizinde Şerit-Levha ve Kafes... Sonlu elemanlar yöntemiyle karşılaştırıldığında ise aşağıdaki üstünlükleri görülmektedir: a. Bu modelle, doğrusal sonlu elemanlar yöntemiyle hesaplanan miktardan daha az donatı miktarı hesaplanmaktadır. Çünkü doğrusal sonlu elemanlar modeli ile donatı hesaplarken büyük kuvvet kolu kullanılmaktadır. b. Bu model, normal bir PC yardımıyla hesaplanabilmektedir. c. Tasarımcı için, sonlu elemanlar paket programındaki gibi özel bir eğitime gerek yoktur.
3. Şeri̇t-Levha Modeli̇ni̇n Bi̇leşenleri̇
Şekil 2’de tekil yük etkisi altındaki boşluklu bir yüksek kirişte oluşturulan şerit-levha modeli görülmektedir [4]. Burada, şerit ve levha elemanları arasında mükemmel bir denge vardır. Model, donatıların yerleşimi bakımından kafes sistem benzeşimi yöntemine benzemektedir. Şerit ve levha elemanları düğümlerle birbirlerine bağlandıkları için, model, şekil değiştirme uygunluk şartlarını (bütün ortak yerdeğiştirmelerin eşitliği) da dikkate almaktadır.
Şekil 2. Boşluklu bir yüksek kirişte oluşturulan şerit-levha modeli Bir levha elemanı, komşu şerit elemanlarını birbirine bağlayabilen 4 adet düğüm noktasına; bir şerit elemanı ise, diğer şerit, levha, mesnet veya kuvvetleri bağlayabilen 3 adet düğüm noktasına sahiptir (Şekil 3).
Şekil 3. Şerit-levha modelinin bileşenleri [4] Şerit-levha modeli, hem doğrusal hem de doğrusal olmayan analiz için kullanılabilmektedir. Doğrusal modelde, şerit elemanları bütün normal gerilmeleri, levhalar ise kenarlarda sadece kesme gerilmelerini taşımaktadır. Model elemanlarının malzeme davranışı doğrusal elastiktir. Hiçbir normal kuvvet levhalar vasıtasıyla taşınmaz. Kesme kuvveti levhalardan şerit elemanlarına aktarılmaktadır ve böylece şerit elemanlarında doğrusal değişimli
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
normal kuvvet etkisi meydana getirmektedir. Şerit elemanının serbestlik dereceleri, elemanını iki ucundaki eksenel yer değiştirmelerdir. Buradaki ilave eksenel serbestlik derecesine, kesme levhası ve şerit arasındaki ara yüzey kuvveti eklenmektedir. Normal kuvvet için 2 parametreyle birleştirilen ve 2 genelleştirilmiş şekil değiştirme ile sonuçlanan bir rijit cisim yer değiştirmesine sahip şerit elemanında istenilen doğrusal kuvvet dağılımının elde edilmesi için 3 serbestlik derecesi gereklidir [3]. Doğrusal olmayan modelde, duvar(levha) davranışının doğru olarak tanımlanabilmesi için sadece kesme gerilmelerinin yeterli olmadığı kanıtlanmıştır.
Şekil 4. Şerit ve levha elemanları üzerindeki kuvvetler ve elemanların serbestlik dereceleri [3] Bundan dolayı, doğrusal olmayan analizde, levhalar hem kesme gerilmelerini hem de normal gerilmeleri taşımaktadır. Malzeme davranışı için değiştirilmiş basınç alan teorisi(MCFT) kullanılmaktadır. Buna göre, membran gerilmeleri için beton çatlayabilir ve ezilebilir, donatı ise akabilir ve daha sonra kopabilir. Daha gerçekçi olan bu versiyon, betonun çatlamaya başladıktan sonra kuvvet dağılımının bu etkiyle önemli derecede artması ve elemandaki genişlemenin dikkate alınması için levha elemanının kenarlarına dik serbestlik derecelerinin olması gerekliliği ile dağıtma donatısının sadece kesme dayanımına değil aynı zamanda malzemenin normal kuvvet dayanımına da katkı yapması nedenlerinden dolayı geliştirilmiştir. Bu dayanımı dikkate almanın en etkili yolu, levha kenarlarında normal kuvvetleri de hesaba katmaktır. Buna göre bir şerit elemanı üzerindeki gerilme dağılımı, uzunluğu boyunca doğrusaldır [1].
4. Şeri̇t-Levha Modeli̇ni̇n Beli̇rlenmesi̇
Şerit-levha modelinde, normal kuvvet yatay ve düşey şerit elemanları tarafından karşılanmakta olup; bunlar arasındaki dikdörtgen alanlar ise kesme kuvvetlerinin aktarılması için levha elemanlarıyla doldurulmaktadır. Şerit elemanları, donatıların olduğu bölgelerde, mesnetler üzerinde, tekil yüklerin altında ve boşluklar civarında oluşturulmaktadır. Bu tanımlamaya göre şerit-levha modelindeki donatı düzeni kafes sistem benzeşimi modelindeki donatı yerleşimiyle benzerlik göstermektedir. Modele göre betonarme yapı elemanları için tasarım yöntemi aşağıdaki adımları takip etmektedir:
4. Donatı seçilir ve şerit elemanlarının boyutları belirlenir.
5. Şerit donatısının akmadığı kabul edilerek her yük kombinasyonu için bir doğrusal olmayan analiz gerçekleştirilir.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Yapı Elemanlarının Analizinde Şerit-Levha ve Kafes... 6. 7. 8.
Donatı, elde edilen gerilme durumuna göre yeniden düzenlenir. Tasarımın kontrolü için gerçek malzeme davranışıyla ve en etkili yük kombinasyonuyla analiz yapılır (simülasyon). Donatı detaylandırılır.
5. Şeri̇t VE Levha Elemanlarinin Dayaniklilik Şarti
Şerit-levha modelinde doğrusal olmayan analizi gerçekleştirmek için şu kabuller yapılmıştır:
5.1. Şerit Elemanı
Bir şerit elemanında, ilk çatlakta donatıdaki kuvvet, ikinci bir çatlağı ortaya çıkaracak kuvvetten daha büyük olmalıdır (Şekil 5). (1) As f y > Ac f cr + As σ s Burada, fy çeliğin akma gerilmesi, σ s potansiyel ikinci çatlaktaki donatıda oluşan gerilme ve fcr betonun çatlama dayanımıdır. As ve Ac sırasıyla donatı ve net beton kesit alanıdır.
Şekil 5.Çatlak oluştuğunda şerit elemandaki kuvvetler [4] İkinci çatlak ortaya çıkmadan önce, donatıdaki ε s şekil değiştirmesi, betondaki ε c şekil değiştirmesine yaklaşık eşit kabul edilebilir:
dir. Burada Es ve Ec sırasıyla donatı ve betonun elastisite modülüdür. Bu bağıntı aşağıdaki eşitsizlikte yerine konduğunda, minimum donatı oranı kolaylıkla belirlenir.
5.2. Levha Elemanı
Bir levha elemanında, ilk çatlakta donatıdaki kuvvet, ikinci bir çatlağı ortaya çıkaracak kuvvetten daha büyük olmalıdır (Şekil 6). Burada x ve y yönlerinde bir ρ donatı oranı kabul edilmekte ve dengeleme çatlağa dik olarak dikkate alınmaktadır. (5) Asx f y sin θ + Asy f y cos θ > Ac f cr + Asx σ sx sin θ + Asy σ sy cos θ
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Burada Asx = ρ / sin θ .t , x yönündeki donatı alanı; Asy = ρ / cos θ .t , y yönündeki donatı alanı ve Ac = (1 − ρ ). l.t çatlaktaki beton alanıdır. Çatlak uzunluğu l ve duvar kalınlığı t’dir. Bu formüller denge bağıntılarında yerine konulduğunda aşağıdaki sonuçlar bulunmaktadır: (6) ρ. f y > (1 − ρ ) f cr + ρ (σ sx sin 2 θ + σ sy cos 2 θ )
Şekil 6. Çatlak oluştuğunda levha elemanındaki kuvvetler [4] Sadece çatlamadan önce, çelikteki şekil değiştirme betondaki şekil değiştirmeye eşittir. (7)
ρ. f y > (1 − ρ ) f cr + ρE s (ε sx sin 2 θ + ε sy cos 2 θ )
En büyük asal şekil değiştirme ε 1 , ε xx ve ε yy ’nin her ikisinden de daha büyük olduğu için, yukarıdaki bağıntı şöyle yazılabilir.
Sadece çatlamadan önce bu şekil değiştirme değeri aşağıdaki gibidir.
Bu formülle eşitsizlik aşağıdaki şekilde sadeleştirilebilir.
Bu sonuç, şerit elemanı için bulunan sonuçla uygunluk göstermektedir. Çatlak genişliklerinin kontrol edilmesi için, betonun çekme etkisi altında olduğu yerde minimum donatı kullanılmalıdır. Pratikte kullanılan şartnamelerde bu bölgelerde de minimum donatı kullanılması tavsiye edilmektedir.
6. Kafes Si̇stem Benzeşi̇mi̇ (Strut-And-Tie) Modeli̇
Kafes kiriş modelleri, günümüzde, eğilme, kesme ve burulma etkisi altındaki çatlamış betonarme kesitler için akılcı ve uygun bir yöntem olarak düşünülmektedir. Kafes sistem benzeşimi modeli yapıda, statik veya geometrik süreksizliklerin bulunduğu, tekil yükler, çerçeve köşeleri, kısa konsollar, ani kesit değişikliğinin olduğu bölgeler, boşluklar, delikler gibi gerilme yığılmasının ve karışık gerilme dağılımının meydana geldiği “D” bölgelerindeki iç kuvvet dağılımını dikkate
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Yapı Elemanlarının Analizinde Şerit-Levha ve Kafes... almaktadır. Kuvvet dağılımının düzgün olduğu bölgelere B bölgeleri denilmektedir (Saint Vénant prensibi). Bireysel B ve D bölgelerindeki çekme gerilmeleri, betonun çekme dayanımını aşarsa, bu bölgelerdeki iç kuvvetler aşağıdaki yönteme göre belirlenir ve hesaplanır:
1. Kafes sistem benzeşimi modeli elastik gerilmelere göre belirlenir. Basınç ve çekme
çubukları, bileşke gerilme alanlarını temsil eden düz çizgiler olarak gösterilmekte olup, gerilme alanlarının yani eğrilerin yoğunlaştığı bölgeler düğümleri belirlemektedir.
3. Çatlak genişliği sınırları ve iç kuvvetlere göre model elemanları boyutlandırılır.
4. Sonuçta birkaç model ortaya çıkacağından en uygun çözüm için en küçük yerdeğiştirmeler ve model çubuklarına sahip olan çözüm seçilir.
7. Kafes Si̇stem Benzeşi̇mi̇ (Strut-And-Tie) Modeli̇ni̇n Bi̇leşenleri̇
Kafes sistem benzeşimi modelinde, basınç çubukları, bu çubuğun doğrultusunda basıncın hakim olduğu beton gerilme alanlarını temsil etmektedir. Buna uygun olarak normalde çekme çubukları, bir veya birkaç tabaka çekme donatısını göstermektedir. Bununla birlikte, modelin çekme çubukları, bazen beton çekme gerilmesi alanları anlamına da gelmektedir. Bu durum, donatının kolaylıkla yerleştirilemediği bölgelerde kullanılabilir. Buna örnek olarak, etriyesiz levhalar, spiral veya enine yönde donatısız çubuk ankrajları gösterilebilir. Modelin geometrisinin, elastik gerilme dağılımına göre belirlenmesi, aynı zamanda bir güvenlik gereksinimidir; çünkü betonun çekme dayanımı basınç dayanımına göre çok küçüktür. Basınç çubukları, çoğunlukla prizmatik veya düzgün şekilli daralan elemanlar olarak idealize edilmektedir. Bu elemanlar çoğunlukla, uzunlukları boyunca kesitlerinde değişiklik göstermektedirler. Çubuğun yarı uzunluğundaki boyutu, uçlarındakinden daha geniştir (Şekil 7). Genişliği değişen strut/basınç çubukları, bazen, Şekil 7.b’de gösterildiği gibi şişe şekilli olup, Şekil 7.c’deki gibi “bölgesel kafes kiriş modelleri” kullanılarak idealize edilmektedir [5].
Şekil 7. Basınç çubukları Bütün basınç gerilmesi alanları tiplerini içine almak için, üç farklı durum yeterli olmaktadır [6]. a. Yelpaze şekilli gerilme alanları(Şekil 8.a), ihmal edilebilir eğrilikleri olan bir gerilme alanı idealizasyonudur. Burada enine gerilmeler meydana gelmez. b. Şişe şekilli gerilme alanı (Şekil 8.b), genişleyen gerilme yörüngelerine sahiptir ve önemli miktarda enine gerilmeler meydana getirir. Bu gerilmeler, şişe boğazı kısmında basınç ve daha ileride çekme gerilmelerinin davranışa etkin olduğu bölgelerdir. Enine çekme, boyuna çatlaklara sebep olabilir ve erken kırılmayı başlatabilir. Bundan dolayı, gerilme alanı, enine doğrultuda donatılmalı veya çubuğun kırılma yükü belirlenirken enine çekme dikkate alınmalıdır. c. Prizmatik veya paralel gerilme alanı (Şekil 8.c), önceki iki gerilme alanının sıklıkla kullanılan özel bir halidir.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Şekil 8. Temel basınç alanları Bütün gerilme alanları türlerinin pratik olarak boyutlandırılması için, aşağıdaki basitleştirilmiş dizayn dayanım değerleri fcd* önerilmektedir ([2] ve [6]): f cd* = 10 . × f cd ⇒ Karışık olmayan ve tek eksenli gerilme durumu için,
f cd* = 08 . × f cd ⇒ Basınç gerilmelerine paralel çatlakları olan basınç gerilmesi alanları için, * f cd = 0.6 × f cd ⇒ Büyük çatlakları olan basınç gerilmesi alanları için, f cd* = 0.4 × f cd ⇒ Olağanüstü çatlakları olan bölgeler için (Sadece [2]’de önerilmiştir). Burada f cd şartnamelere uygun olarak, tek eksenli basınç için beton basınç hesap dayanımını göstermektedir. Bu değer karakteristik basınç dayanımının belirli bir emniyet katsayısına bölünmesiyle bulunmuştur. Kafes sistem benzeşimi modelinin ikinci asal bileşeni çekme çubuklarıdır. Bu çubuklar 2 düğüm arasındaki doğrusal veya bir boyutlu elemanlardır. Bu elemanlar aynı doğrultuda As.fy≥Tn şartıyla hesaplanmış bir veya birkaç donatı sırasını temsil etmektedir. Düğüm bölgeleri, kuvvetlerin yönünün ani olarak değiştiği bölgeler olarak belirlenebilir. Betonarme bir yapıda kuvvetin yönündeki bu değişim, genellikle belirli bir uzunluk ve genişlikte meydana gelmektedir [2]. Kafes sistem benzeşimi modeli, bir boyutlu gerilme alanlarını gösteren çubuklardan oluşmaktadır. Bu elemanların birleşim bölgesi olan düğümler ise taşıma kapasitesinin kontrol edilmesinin gerektiği “iki-boyutlu” gerilme alanlarından oluşmaktadır. Düğümler, basınç ve çekme elemanlarının temsil ettiği gerilme alanlarının kesişimi ve yük uygulanan bölgenin uzunluğuyla sınırlanır [7]. Düğüm bölgeleri belirlenirken şu hususlara dikkat edilmesi gerekir: a. Düğümde birleşen basınç kuvvetleri ve donatıdaki çekme kuvveti birbirini dengeleyebilmeli ve şekil değiştirmeleri kabul edilebilir sınırlarda olmalıdır. Bundan dolayı, düğümlerde ankrajı yapılan donatı, zıt gerilme alanlarının genişliklerine ve kuvvetlerin büyüklüğüne göre belirlenen bir “u” yüksekliğine yayılmalıdır.Enine çekme gerilmelerini düşük seviyede tutmak için, yeterli miktarda donatı kullanılmalıdır. b. Düğüm bölgesi sınırlarındaki ortalama basınç gerilmelerinin aşağıdaki değerlerden küçük olup olmadığı kontrol edilmelidir. . × f cd ⇒ Sadece basınç çubuklarının karşılaştığı düğümlerde, f cd* = 11
f cd* = 0.8 × f cd ⇒ Çekme çubuklarının(donatı) mevcut olduğu, kenetlenmenin dayanımda c.
hesaba katılmasının gerektiği düğümlerde. Çekme çubuklarının düğümde emniyetli bir biçimde ankrajı yapılmalı, çubukların ankraj uzunlukları, şartnameye uygun seçilmelidir. Ankraj, düğümün içinde ve ilerisinde yapılmalı, ankraj, enine basınç gerilmesi yörüngelerinin, donatı çubuğuyla karşılaştığı yerde başlayıp diğer düğüm bölgesinin bitimine kadar devam etmelidir.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Düğüm alanı kenarlarındaki ortalama beton basınç gerilmeleri, ilgili “C” basınç kuvvetine dik kesit üzerinde hesaplanmalıdır. Düğüm bölgesi kenarındaki ortalama basınç gerilmesi σ c şu şekilde bulunur(a düğüm uzunluğu, b düğüm genişliğidir):
8. Modelleri̇n Betonarme KISA Konsollara Uygulanmasi
300 mm genişliği olan bir kısa konsol, şerit-levha modeli ve SAP2000’de belirlenen gerilme yörüngeleri kullanılarak belirlenen kafes sistem benzeşimi modeli kullanılarak analiz edilmiştir (Şekil 9). Kısa konsolun beton sınıfı C20, donatı sınıfı S420 olarak seçilmiştir. Şerit-levha modeli kullanılarak yapılan çözümde iç kuvvetleri hesaplamak için AutoCAD altında çalışan SPanCAD yazılımı kullanılmıştır [8]. Doğrusal çözümleme sonucunda bulunan şerit ve levha kuvvetleri Şekil 9.a’da görülmektedir. Buradan elde edilen çekme kuvvetlerine göre donatı hesaplanıp yerleştirildikten sonra doğrusal olmayan analiz gerçekleştirilmiştir (Şekil 9.b). Yük altındaki yer değiştirmeleri karşılaştırmak için, çözümde 2 adet yerdeğiştirme ölçer yerleştirilmiştir. Şekil 9’da doğrusal ve doğrusal olmayan analiz sonuçlarından kuvvetlerin yeniden dağılımı görülmektedir. Simülasyon yapılarak elemanın hangi yük altında göçeceği de belirlenmektedir. a)
Şekil 9. SPanCAD ile bulunan gerilmeler a)Doğrusal analiz b)Doğrusal olmayan çözümleme (Yük birimi kN) Tablo 1. Şerit-levha modeli, kafes sistem benzeşim (strut-and-tie) modeli ve TS500 ile hesaplanan donatı alanları Model ŞeritKafes Kiriş TS500 levha Benzeşimi Çekme 892 685 mm2 Md 250000 × 250 2 Ast = = = 793 mm2 Donatısı mm f yd × j × d 365 × 0.8 × 270 Alanı: Ast
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Şekil 10. SPanCAD ile bulunan asal gerilmeler a)Doğrusal analiz b)Doğrusal olmayan analiz
Şekil 11. SPanCAD ile bulunan yerdeğiştirmeler a)Doğrusal analiz b)Doğrusal olmayan analiz
Şekil 12. SPanCAD ile yapılan doğrusal olmayan analiz sonucu bulunan çatlak genişlikleri
miktarında çekme donatısı şerit-levha modeli kullanılarak bulunan kuvvet değerine göre, levhalardaki donatı ise o levhadaki kuvvete göre belirlenmiştir. Aşağıda bu modele göre gereken dağıtma donatısı toplam alanı görülmektedir.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Şekil 10’da doğrusal ve doğrusal olmayan analiz sonucu bulunan asal gerilmeler ve doğrultuları, Şekil 11’de doğrusal ve doğrusal olmayan analizle maksimum yerdeğiştirmenin yeri ve büyüklüğü belirlenmiştir. Bu şekilden görüldüğü gibi doğrusal olmayan analizde yerdeğiştirme daha küçüktür ve simetrik değildir. Şekil 12’de ise doğrusal olmayan analiz sonucunda ortaya çıkan çatlakların yeri ve genişliği görülmektedir. Kısa konsol için oluşturulan kafes sistem benzeşimi modeli ve modelin düğüm boyutları Şekil 13’de görülmektedir.
Şekil 13. a)SAP2000 ile bulunan gerilme yörüngelerine göre belirlenen kafes sistem benzeşimi modeli ve düğümler (“a1)N6 ve a2)N2 düğüm tipi” [6]) b)Sistemin şerit-levha modeli θ açısı SAP2000’den bulunan gerilme yörüngelerine göre 380 olarak bulunmuştur. Buna göre belirlenen model ile düğümlerin dengesinden çubuk kuvvetleri hesaplanmıştır [9]. C1=250 kN, C2=406 kN ,C3=406 kN, C4=320 kN ,Fs=320 kN
1. Düğümü (N6 Düğüm tipi[6])
80 = tan 38 ⇒ x = a1 = 102 mm ; a2 = (100 + 80) sin 60 ⇒ a2 = 127 mm x
250000 C1 = = 8.33 N / mm2 < 0.8 × 13.333 = 10.66 N / mm2 a1 × t 100 × 300 406000 C2 = = 10.63 N / mm2 < 0.8 × 13.333 = 10.66 N / mm2 σc2 = a2 × t 127.28 × 300
2. Düğümü(N2 Düğüm tipi [6])
ao = a4 cos θ2 sin θ2 = a4 cos θ3 sin θ3 ⇒ a0 = 300 mm ⇒ a0 = 300 × cos 38 × sin 38 ⇒ a0 = 145 mm C4 320000 σc0 = = = 7.36 N / mm2 < 11 . × 13.333 = 14.66 N / mm2 a0 × t 145 × 300 C2 406000 σ c 2 = σc 3 = = = 10.63 N / mm2 < 11 . × 13.333 = 14.66 N / mm2 a2 × t 127.28 × 300 Fu 500000 σc4 = = = 555 . N / mm2 < 11 . × 13.333 = 14.66 N / mm2 a4 × t 300 × 300 σ c1 =
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
9. Sonuç
Bu çalışmada, esas olarak doğrusal olmayan modellerin hesap yöntemine uygulanmasıyla ilgili bir yöntem olan şerit-levha modeli tanıtılmış ve model grafiksel bir programla tamamlanmıştır. Bu modelde, şerit elemanlardaki yoğunlaşmış donatı ve basınç etkisindeki betonun doğrusal davrandığı kabul edilirken çekme etkisindeki betonun çatlamasından dolayı rijitlikte değişim olmaktadır. Levha elemanlardaki beton ve minimum dağıtma donatısının her ikisi de doğrusal olmayan davranmaktadır. Kuvvetlerin yeniden dağılımı doğrusal olmayan analizle hesaplanabilmekte ve donatı buna uygun olarak yeniden düzenlenmektedir. Tasarımda, doğrusal olmayan model kullanılmasının üstünlüğü daha güvenilir bir hesapla güvenliği daha belirli bir yapı elde etmektir. Bu modelde tüm yük kombinasyonları ve kullanılabilirlik ve taşıma gücü limit durumları için sadece bir model belirlemek yeterli olmaktadır. Kafes sistem benzeşimi modeliyle çekme donatısının oldukça kolay belirlenmesine karşılık; kısa konsol gövdesinde kullanılacak donatı, şerit-levha modelinde daha açık bir biçimde belirlenmektedir. TS500 ve kafes sistem benzeşimi yönteminden bulunan çekme donatısı alanları birbirine çok yakındır(%1 fark). Betonarmede doğrusal olmayan modellerin kullanılması ile gerçeğe daha yakın bir davranış ve buna bağlı olarak gerilme uyumunu dikkate alan bir hesap yöntemi kullanılmış olacaktır.
Share and Cite
KALTAKCI, M.Y.; YAVUZ, G. The stringer-panel model and strut-and-tie model in the analysis of structural members. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences 2004, Vol. 22, pp. 139-150. https://doi.org/10.62051/ytu.sigma-journal-of-engineering-and-natural-sciences-the-stringer-panel-model-and-strut-and-tie-model-in-the-analysis-of-structural-m

