Investigation of structural behavior of reinforced concrete deep beams with regular geometric openings using finite element method

Abstract

Reinforced concrete deep beams have begun to be widely used in the design and production of reinforced concrete structures today, thanks to their contribution to structural behavior. Since the height and span values of the deep beams are close to each other, there are situations where openings are left in the deep beam body for the installation of electricity, water, sewage, communication, heating and ventilation installations of the buildings. Due to the placement and geometric shape of these openings left in the beam body, much more complex changes in structural behavior are observed, and nonlinear approaches come to the fore in stress and strain calculations. In this study, the modification of the structural behavior of a deep beam in the presence of regular geometric openings is investigated using the finite element method. The study was carried out in four phases and in the first phase, the appropriate size and material properties of the deep beam elements with regular openings were determined. In the second stage, the deep beam elements whose dimensions, material properties and reinforcement details were determined were modeled with ABAQUS software using finite element modeling technique. In the third phase, the load arrangement to be applied to the deep beam was determined, and in the last phase, the displacement-controlled static analysis of the deep beam was performed depending on the determined loading arrangement. The aim of the study is to determine the impact of regular geometric spans in the deep beam web on the collapse behavior, maximum load carrying capacity, ductility and stiffness of the beamBetonarme derin kirişler yapısal davranışa verdiği katkı ile birlikte günümüzde betonarme yapıların projelendirilmesinde ve üretiminde yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Ancak derin kirişlerin yükseklik ve açıklık değerlerinin birbirine yakın olması nedeniyle yapıların elektrik, su, kanalizasyon, haberleşme, ısıtma ve havalandırma tesisatlarının kurulumu amacıyla derin kiriş gövdesinde boşluk bırakılması durumları oluşmaktadır. Kiriş gövdesinde bırakılan bu boşlukların konumu ve geometrik şekline bağlı olarak yapısal davranışta çok daha karmaşık değişimler görülmekte, gerilme ve şekildeğiştirme hesaplarında doğrusal olmayan yaklaşımlar ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada derin kiriş üzerinde düzenli geometrik boşlukların olması halinde yapısal davranıştaki değişim sonlu eleman metodu kullanılarak incelenmiştir. Çalışma dört aşamada gerçekleştirilmiş olup, ilk aşamada düzenli boşluklu derin kiriş elemanlarının uygun boyut ve malzeme özellikleri belirlenmiştir. İkinci aşamada; boyutları, malzeme özellikleri ve donatı detayları belirlenen derin kiriş elemanları sonlu eleman modelleme tekniği kullanılarak ABAQUS yazılımı ile modellenmiştir. Üçüncü aşamada derin kirişe uygulanacak yükün düzeneği belirlenmiş, son aşamada ise derin kirişin belirlenen yükleme düzeneğine bağlı olarak yerdeğiştirme kontrollü statik analizi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada derin kiriş gövdesindeki düzenli geometrik boşlukların, kirişin göçme davranışına, maksimum yük taşıma kapasitesi ile süneklik ve rijitliğine etkisinin belirlenmesi hedeflenmiştir.