Boşluklu donatısız yığma duvarların lif takviyeli polimer ile güçlendirme teknikleri
Strengthening techniques of unreinforced masonry walls having opening with fiber reinforced polymer
Yazar: ZEYNEP ÜNSAL ASLAN
Danışman: PROF. DR. BİLGE DORAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Analitik model = Analytical model ; Boşluk = Void ; Karbon fiber takviyeli polimer = Carbon fiber reinforced polymer ; Sayısal modelleme = Numerical modelling ; Yığma yapılar = Masonry buildings

Özet:
Yığma yapıların temel taşıyıcısı olan donatısız yığma duvarlar, düşey yükleri güvenle karşılarken, yapımında kullanılan malzemelerin zayıf çekme dayanımı sebebiyle deprem gibi yatay yükler altında gerekli performansı gösteremezler. Yaşanan depremler, gerek mevcut yığma duvarların, gerekse tarihi yığma duvarların yatay yükler açısından çeşitli yöntemlerle güçlendirilmeleri gerekliliğini ortaya koymuştur. 
Güçlendirme yönteminde temel amaç, sistemin ya da elemanın yatay/düşey yük taşıma kapasitesini, rijitliğini ve sünekliğini bir önceki durumun üzerine çıkarmaktır. Yük taşıma kapasiteleri açısından büyük önem taşıyan basınç dayanımları yüksek malzemelerden yapılan yığma duvarlar, zayıf çekme dayanımları sebebiyle yatay yükler altında meydana gelen çekme kuvvetlerini karşılayamazlar ve duvarlarda çekme çatlakları meydana gelir. Bu çatlaklar yığma duvarda boşluk (kapı, pencere) varsa genellikle bu boşluklar etrafında meydana gelir. Duvarlar, yığma yapılarda taşıyıcı görevi üstlendikleri için duvarlarda meydana gelen hasar, taşıyıcı sistemi doğrudan etkiler. Bu nedenle yığma duvarların güçlendirilmesi, taşıyıcı sistemin güvenliğinin sağlanması açısından önemlidir ve gereklidir. Donatısız yığma duvarlar için literatürde birçok güçlendirme tekniği mevcuttur. Uygulamada kolaylık sağlaması, kesit kalınlığının az olmasından dolayı mevcut duvara ek ağırlık getirmemesi, korozyona karşı dayanıklılığı, tuğla ile iyi aderans göstermesi gibi unsurlardan dolayı lifli takviyeli polimer malzemeler ile güçlendirme tekniği diğer tekniklere göre daha çok tercih edilmektedir.
Bu çalışmanın amacı düşey ve kademeli yatay yükler altında meydana gelen çekme kuvvetlerini karşılayamayan donatısız dolu ve boşluklu taşıyıcı yığma duvarların lif takviyeli polimer ile güçlendirilerek, yeterli çekme dayanımı ve rijitliğe sahip olmasını sağlamaktır.  Bu kapsamda ilk aşamada donatısız dolu ve boşluklu duvarların karbon lif takviyeli polimer şeritleri ile güçlendirilmesinin düzlem içi davranışları ve kesme dayanımları üzerine etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Ayrıca, uygulanan güçlendirme yönteminde karbon lif takviyeli polimer şeritlerinin kalınlık ve yüzey alanları parametrelerinin etkinlikleri de araştırılmıştır. İkinci aşamada deney duvarlarının sayısal modelleri ANSYS 2021-R2 yazılımı kullanılarak oluşturulduktan sonra üç boyutlu doğrusal olmayan analizleri yapılmıştır. Sayısal analizler sonucu elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak, sayısal modellerin doğruluğu teyit edilmiştir. Üçüncü aşamada karbon lif takviyeli polimer şeritlerle güçlendirilmiş deney duvarlarının nominal kesme dayanımları analitik bağıntılar yardımıyla hesaplanmıştır. Elde edilen analitik değerler deney sonuçlarıyla karşılaştırılarak analitik yöntemin etkinliği belirtilmiştir.

Abstract:
Unreinforced masonry walls resist primarily gravity with little to no consideration of the forces generated by a seismic events due to weak tensile strength of the materials used in construction. Recent earthquakes show that existing or historical masonry walls are needed to be strengethened.
The main purpose of strengthening is to increase the load carrying capacity, stiffness and ductility of the system or element above the previous state. Masonry walls made of materials with high compressive strength, which are of great importance in terms of load carrying capacities, cannot meet the tensile forces that occur under horizontal loads due to their weak tensile strength. For this reason, tensile cracks occur in these walls. If there are any openings (doors, windows) in these walls, these cracks usually occur around openings. As the walls are the main load carrying elements, any damage to the walls directly affects the carrier system. For this reason, strengthening of masonry walls is important and necessary in terms of ensuring the safety of the load bearing system. There are many strengthening techniques in the literature for unreinforced masonry walls. Strengthening with fiber reinforced polymer materials is preferred more than other techniques due to factors such as ease of application, not adding additional weight to the existing wall due to low section thickness, resistance to corrosion, good adhesion with brick.  
The aim of this study is to ensure that the unreinforced loadbearing walls with and without opening, which cannot meet the tensile forces under vertical and incremental horizontal loads, have sufficient tensile strength by strengthening them with fiber reinforced polymer material. For this purpose, firstly, the effect of strengthening of unreinforced masonry walls with carbon fiber reinforced polymer strips on in-plane behavior and shear strength was experimentally investigated. Besides, the effectiveness of the parameters of thickness and surface area of carbon fiber reinforced polymer strips in the applied strengthening method were also investigated. Secondly, after the numerical models of the experimental walls were implemented using ANSYS software, 3-dimensional nonlinear analyses were accomplished. The results obtained from numerical analysis were compared with experimental results, and the accuracy of the numerical models was confirmed. Thirdly, the nominal shear strength capacities of the test walls strengthened with carbon fiber reinforced polymer strips were calculated using analytical models. The analytical results were compared with the experimental results and the efficiency of the analytical method was determined.