Experimental Investigation and Numerical Modeling of Fiber Reinforced Concrete Beams for Different Failure Modes

Bu çalışma temel olarak, Beton Plastikleşme Hasar modelinin (ing. Concrete Damaged
Plasticity CDP) ve Değiştirilmiş Basınç Alanları Teorisi (ing. Modified Compression
Field Theory, MCFT) formülasyonlarının doğrusal olmayan sonlu elemanlar
yöntemine uygulanmasının etkinliğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Farklı
boyutlar, kullanılan çelik lif miktarı, beton dayanımı ve çekme donatısı oranı gibi geniş
ölçekli değişkenleri kapsayan iki kiriş grubu üzerinde incelemeler gerçekleştirilmiştir.
Birinci grup kirişler literatürden alınmış, ikinci grup kirişler ise İzmir Katip Çelebi
Üniversitesi Yapı Mekaniği Laboratuvarında tasarlanmış, imal ve test edilmiştir.
Temel olarak gruplar, kirişlerin eğilmede veya kesmede kritik davranışa yol açacak
tasarımlara sahip olmasına göre ayrılmıştır. Birinci grup, üçü çelik lifli ve ikisi lifsiz
olmak üzere beş kiriş numunesinden oluşmuştur. Bu grup eğilmeye bağlı bir göçme
tipine neden olacak şekilde tasarlanmıştır. İkinci grup kirişler ise, lif veya etriye
içermediklerinde gevrek kesmeden kırılacak şekilde tasarlanmıştır. Yapılan deneysel
ve sayısal çalışmalar yük-deplasman davranışı, süneklik ve hasar durumları
bağlamında incelenmiş ve değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, CDP modeli
ve MCFT formülasyonu genel olarak eğilmede kritik kirişlerin davranışını belirlemede
başarılı olurken, MCFT formülasyonu kesmede kritik olan kiriş davranışını
yakalamada yeterli başarıyı gösterememiştir.

This study mainly aims to assess the efficiency of implementation of Concrete
Damaged Plasticity model and Modified Compression Field Theory formulations into
the nonlinear finite element method. The investigation was carried out on two groups
of beams in order to cover a wide range of geometry, amount of steel fibers used,
concrete strength, and tensile reinforcement ratio. Beams of the first group were taken
from the literature and the second group beams were designed, constructed, and tested
at the İzmir Katip Çelebi University Structural Mechanics Laboratory. Basically, the
groups were separated considering the behavior being either critical in flexure or shear.
The first group consisted of five beam specimens, three including steel fibers and two
w/o fibers. This group was designed to fail from flexure. On the other hand, the second
group of beams were designed to fail from brittle shear when did not contain fiber or
stirrups. An investigation and analyze was made on the load-deflection behavior,
ductility and crack patterns for the conducted experimental and numerical work.
According to the findings, the CDP model and MCFT formulations were generally
capable of determining of the behavior of the beams critical in flexure while MCFT
formulations provided limited accuracy to capture the shear-critical beam behavior.