Çelik Tel Donatılı Betonların Kırılma Parametrelerinin Yapay Sinir Ağları ile Modellenmesi

Beton basınç kuvvetlerine karşı yüksek direnç göstermekte bununla birlikte çekme kuvvetlerine karşı ise yeterli direnci gösterememektedir. Betonun çekme direncini arttırmak amacıyla içerisine yüksek çekme dayanımına sahip kısa kesilmiş çelik teller katılmaktadır. Çelik tel katılmasıyla betonların çekme dayanımının yanında süneklik ve tokluğunda da artışlar görülmektedir. Çelik tel donatılı beton (ÇTDB)’ lar geleneksel donatılı betonlara göre daha sünek bir davranış gösterdiklerinden dolayı bu betonlar tasarlanırken kırılma parametreleri de bir kriter olarak dikkate alınmaktadır. Çalışma kapsamında, farklı çelik tel özeliklerine ve miktarına sahip betonların kırılma parametreleri üzerine deneysel bir araştırma yapılmıştır. Araştırmada, faklı kanca tipi ve dayanıma sahip çelik teller farklı miktarda betonlara katılmıştır. Elde edilen betonlar üzerinde üç noktalı eğilme deneyi yapılmış ve betonların kırılma parametreleri belirlenmiştir. Yapay Sinir Ağları (YSA) yöntemi ile deneysel araştırma sonucu elde edilen kırılma parametreleri kullanılarak bir modelleme yapılmıştır. Yapılan modelleme sonucu betonların kırılma parametrelerinin YSA yöntemi ile elde edilebileceği ortaya konmuştur.

Anahtar Kelimeler:

Beton, Çelik Tel, Kırılma Parametreleri, Tokluk, Yapay Sinir Ağları

Modelling of the Fracture Parameters of Steel Fiber Reinforced Concretes Using Artificial Neural Networks

Concrete exhibits higher strength under compression loads, however, it does not provide sufficient performance under tension loads. Short cut steel fibers are usually added in concrete in order to defeat this disadvantage against tension loads. Besides tension strength, also ductility and toughness of concretes are increased by addition of steel fibers in concrete. Effects of the properties of the fibers on concretes were investigated and some parameters were suggested to use in the design of Steel Fiber Reinforced Concretes (SFRCs). Fracture parameters are taken as a criterion in the design of SFRCs due to their more ductile behavior. In this study, the effect of type and amount of hooked-ended steel fibers on the fracture parameters of concretes was investigated by an experimental research. In mixtures, different types of hooked-ended steel fibers added in different amounts in concretes having different strength class. The three-point bending test was performed on concretes and fracture parameters were determined according to this test. Fracture parameters of SFRCs were modelled based on the experimental results by an Artificial Neural Network (ANN). It is revealed that fracture parameters were successfully predicted by this model.

Keywords:

Concrete, Steel fiber, Fracture Parameters, Toughness, Artificial Neural Networks,

PDF

___

Banthıa, N., & Trottıer, J. (1994). Concrete reinforced with deformed steel fibers, part 1: bond-slip mechanisms. ACI Materials Journal, 91, 435–446. doi: 10.14359/9765
Cunha, V. M. C. F., Barros, J.A.O., & Sena-Cruz, J. M. (2010). Pullout behavior of steel fibers in self-compacting concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 22 (1), 1–9. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000001
Demir, İ. (2009). Aynı oranlarda ikame edilen silis dumanı ve uçucu külün betonun mekanik özelliklerine etkisi. International Journal of Engineering Research and Development, 1, 2.
Demirbaş, D.M., & Çakır, D. (2019). Yapay sinir ağı eğitim algoritmaları ile iki yönlü fonksiyonel kademelendirilmiş plakalarda termal gerilme analizi. International Journal of Engineering Research and Development, 11(2), 442-450. doi: 10.29137/umagd.485604
Feng, J., Sun, W. W., Wang, X. M., & Shı, X. Y. (2014). Mechanical analyses of hooked fiber pullout performance in ultra-high-performance concrete. Construction and Building Materials, 69, 403–410. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.07.049
Gencel, O., Ozel, C., Köksal, F., Barrere, G.M., Brostow, W., & Polat, H. (2013). Fuzzy logic model for prediction of properties of fiber reinforced self-compacting concrete. Materials Science, 19 (2), 203-215. doi: 10.5755/j01.ms.19.2.4439
Gündüz Y., Taşkan E., & Şahin, Y. (2016). The effect of type of hooked-end on the mechanical properties of steel fiber reinforced concretes. 12th International Congress on Advances in Civil Engineering, Istanbul, Turkey.
Gündüz, Y. (2015). Çelik tel donatılı betonlarda kırılma parametrelerinin yapay sinir ağları ile modellenmesi. Yüksek lisans tezi. Yozgat Bozok Üniversitesi.
Gündüz, Y., Taşkan E., & Şahin, Y. (2016). Using hooked-end fibres on high performance steel fibre reinforced concrete. The 2016 International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials, Siena, Italy. doi: 10.2495/HPSM160241
Gündüz, Y., Taşkan, E., Köksal, F., & Şahin, Y. (2018). Farklı kanca tipine sahip çelik tel donatılı betonların özellikleri ve optimum tasarımı. Hazır Beton, 147, 79-86.
Hillerborg, A., Modeer, M., & Peterson, P.E. (1976). Analysis of crack formation and crack growths in concrete by means of fracture mechanics and finite elements. Cement and Concrete Research, 6, 773–782. doi: 10.1016/0008-8846(76)90007-7
Knapton, J. (2003). Ground bearing concrete slabs. Thomas Telford, London.
Korkut, F., Türkmenoğlu, Z.F., Taymuş, R.B., & Güler, S. (2017). Çelik ve sentetik liflerin kendiliğinden yerleşen betonların taze ve mekanik özellikleri üzerine etkisi. Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 6, Sayı 2, 560-570.
Rilem 50-FMC committee fracture mechanics of concrete. (1985). Draft recommendation. Materials and structures, 18 (106), 285–290.
Robins, P., Austin, S., & Jones, P. (2002). Pull-out behaviour of hooked steel fibres. Materials and Structures, 35 (251), 434–442.
Saatçi, S., & Batarlar, B. (2017). Çelik fiber katkılı etriyesiz betonarme kirişlerin davranışı. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32:4, 1143-1154. doi: 10.17341/gazimmfd.369512
Taşdemir, M.A., & Bayramov F. (2002). Yüksek performanslı çimento esaslı kompositlerin mekanik davranışı. İtü dergisi/d, Cilt 1, Sayı 2, 125-144.
Taşdemir, M.A., İlki, A., & Yerlikaya, M. (2002). Mechanical behaviour of steel fibre reinforced concrete used in hydraulic structures. Proceedings of HYDRO, International Conference of Hydropower and Dams, Antalya, Turkey.
Taşdemir, M.A., Şengül, Ö., Şamhal, E., & Yerlikaya, M. (2006). Endüstriyel zemin betonları. İnşaat Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul.
Topçu, İ.B., & Sarıdemır, M. (2008). Prediction of compressive strength of concrete containing fly ash using artificial neural networks and fuzzy logic. Computational Materials Science, 41, 305–311. doi: 10.1016/j.commatsci.2007.04.009
Yaprak, H., & Karacı, A. (2009). Polipropilen lifli betonların yüksek sıcaklık sonrası basınç dayanımlarının yapay sinir ağları ile tahmini. International Journal of Engineering Research and Development, 1, 2.
Yıldırım, T., Felekoğlu, T.K., Gödek, E., Keskinateş, M., Felekoğlu, B., & Önal, O. (2019). Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34:1, 479-493. doi: 10.17341/gazimmfd.416508
Yoo, D. Y., Shin, H. O., Yang, J. M., & Yoon, Y. S. (2014). Material and bond properties of ultra high performance fiber reinforced concrete with micro steel fibers. Composites Part B: Engineering, 58, 122–133. doi: 10.1016/j.compositesb.2013.10.081