Çelik Tel Donatılı Betonların Mekanik Davranışı Ve Optimum Tasarımı

Abstract

Bu çalışma, yalın betonlara kıyasla belirgin olarak daha sünek davranış sergileyen çelik tel donatılı betonların (ÇTDB) optimum tasarımı için deneysel bir araştırmayı içermektedir. Optimum tasarım için EFNARC deney yöntemi ile belirlenen ÇTDB’ların toklukları ve yarma-çekme dayanımlarının maksimum ve çelik tel içeriğin (maliyetin) ise minimum olması amaçlanmaktadır. Deneysel tasarım için iki-faktörlü üç-seviyeli tam faktöriyel tasarım ve Tepki Yüzeyi Yöntemi (TYY), optimum tasarım için çok amaçlı optimizasyon teknikleri kullanıldı. Deneysel çalışma, su/çimento oranı 0,45 ve 0,70 olan iki seri beton üzerinde yapıldı. Herbir su/çimento oranında çelik tel içeriği ve narinliği değişken olarak alındı. Kullanılan çelik tellerin narinlikleri sırasıyla 55, 65 ve 80, ve betona katılma oranları ise sırasıyla, 20 kg/m3, 40 kg/m3 ve 60 kg/m3’tür. Her bir seri için biri normal dokuzu ÇTDB olmak üzere 10 karışım üretildi. Her bir seri de su, çimento, ince agrega ve kaba agrega oranları sabit tutuldu. Elde edilen deney sonuçlarına bağlı olarak her bir su/çimento oranı Tepki Yüzeyi Yöntemiyle, iki-fakörlü (çelik tel içeriği ve narinlik) üç-seviyeli (narinlik=55, 65 ve 80; çelik tel içeriği 20 kg/m3, 40 kg/m3 ve 60 kg/m3) tam faktöriyel tasarım yapıldı. Varyans analizi (ANOVA) ile her bir su/çimento oranı (0,45 ve 0,70) için, değişkenler (çelik tel içeriği ve narinlik) ile tepkiler (tokluk ve yarma-çekme dayanımı) arasındaki ilişkiyi ifade eden polinom türü matematiksel model kullanıldı. Daha sonra her bir tepki için arzu edilirlik değerleri kullanan sayısal optimizasyon tekniği ile optimum tasarım yapıldı.

The main purpose of this research is to achieve an experimental design of test results and also, to optimize the toughness of SFRCs to obtain a significantly more ductile behavior than that of plain concrete. The test method used in the experimental part is based on a French Standard known as EFNARC. For optimization, three-level full factorial experimental design, Response Surface Method, and a multi-objective simultaneous optimization technique for obtaining desirability functions were used. In experimental work, two seriess of concrete with “water/cement” ratios of 0.70 and 0.45 were produced. For each water/cement ratio, fibre contents of steel fibers were 20 kg/m3, 40 kg/m3 and 60 kg/m3 and aspect ratios of fibers were 55, 65, and 80. For each series one normal concrete and nine SFRC batches were made with a constant water-cement ratio. Thus, twenty batches were prepared. In each series, the volume fractions of cement, siliceous sand, limestone fines, crushed limestone, and water were kept constant. In each series, nine experimental data for each response of SFRCs, were fitted to a polynomial type of mathematical model by using analysis of variance (ANOVA). After building the regression model and establishing relationships between mix design variables, all independent variables are varied simultaneously and independently in order to optimize the objective functions. A numerical optimization technique using desirability functions which are defined for each response, can be used to optimize the responses simultaneously.