Determination of the Optimum Reinforcement Layout in RC Structural Members: Cantilever Beam Example

Betonarme Yapı Elemanlarında En Uygun Donatı Yerleşiminin Belirlenmesi: Konsol Kiriş Örneği

Abstract

In this study, a reinforcement detailing approach based on strut-and-tie modeling is presented. Thismethod is mostly preferred instead of conventional methods in order to overcome the calculation and design diffcultiesat the regions of reinforced concrete (RC) structures where shear effect is dominant. Topology optimization algorithmhas been improved from various aspects, integrated with strut-and-tie method and applied on an RC cantilever beam.At the experimental stage of the study, reinforcement layout of test specimens have been designed by conventionalmethod as well as integrated design method and a structural behavior comparison has been performed. Based on theresults obtained, it has been concluded that superior results could be achieved for the design of RC structural membersand provide convenience to the design engineers by eliminating the experience required in case topology optimizationand strut-and-tie methods are applied together.

Özet

Bu çalışma kapsamında, betonarme yapı elemanlarının kesme etkisinin hâkim olduğu bölgelerindekihesap ve tasarım zorluklarının üstesinden gelmek için geleneksel yöntemler yerine çoğunlukla tercih edilen çubukbenzeşimi yöntemiyle donatı düzeninin belirlenmesi üzerine bir yaklaşım sunulmuştur. Çalışma dâhilinde kullanılantopoloji eniyilemesi algoritması, muhtelif yönlerden daha da iyileştirilmek ve çubuk benzeşimi yöntemiylebütünleştirilmek suretiyle betonarme bir konsol kirişe uygulanmıştır. Deneysel aşamada hem geleneksel tasarımadımlarıyla ve hem de tümleşik tasarım yöntemiyle deney numunelerinin donatı düzenleri oluşturulmuş ve yapısaldavranışlarının mukayesesi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında, topoloji eniyilemesi ve çubukbenzeşimi yöntemlerinin birlikte kullanılması halinde, betonarme yapı elemanlarının tasarımı için gelenekselyöntemlere nazaran daha başarılı sonuçlara ulaşıldığı ve önerilen yöntemin kullanılmasıyla tasarım mühendisleriiçin tecrübe gerektirmeden büyük kolaylıklar sağlanacağı düşünülmektedir

Keywords: Betonarme, çubuk benzeşimi, donatı yerleşimi, sonlu elemanlar yöntemi, topoloji eniyilemesi