Kendiliğinden algılama kabiliyetine sahip çimento bağlayıcılı kompozitlerin büyük ölçekli yapısal kiriş elemanlarda performansları
The performances of self-sensing cemetitious composites on the large scale structural beam member
Yazar: MOHAMMAD HAROON SARWARY
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Binalar, köprüler, otoyollar, tüneller, barajlar ülkelerin ekonomik gelişmelerinde çok önemli işlevlere sahiptirler. Bu nedenle söz konusu yapıların hizmet ömrü içerisinde istenen performansı sergilemesi ve performans değerlerinin sürekli olarak izlenmesi oldukça önem arz etmektedir. Yapısal sağlık izleme günümüzde çeşitli yöntemlerle yapılmaktadır. Yapıları oluşturan çimento esaslı kompozitlerin elektriksel direnç değerlerini ölçerek uygulanan kendiliğinden algılayan malzemeler yapısal sağlık izleme yöntemlerinden birisidir. Bu çalışmada kompozitlerin elektriksel direncini azaltmak ve elektriksel iletkenliğini arttırmak amacıyla toplam hacmin %1'i kadar karbon lif (KL) ve toplam bağlayıcı malzemenin %0,55'i kadar çok duvarlı karbon nano tüp (KNT) kullanılarak kiriş elemanlar üretilmiştir.. Numuneler dört noktalı monotonik ve tekrarlı eğilme yükleri altında test edilmiştir. Sonuçlar, uygulanan yük ile kompozitlerin elektriksel dirençleri arasında yakın bir korelasyon olduğunu göstermektedir. Elastik bölgede KL ile hazırlanmış kiriş elemanların oransal elektriksel direnç değerleri (OEDD) %1000'e kadar artış göstermiştir. Çalışmalarda ayrıca donatı varlığının kiriş elemanların OEDD değerlerine etkisi araştırılmıştır. Yapılan deneyler sonucu çelik donatıların kompozitin OEDD değerlerini arttırdığı gözlemlenmiştir. Deneyler kapsamında monotonik eğilme yükleri altında kirişlerin kesme göçmesi sırasındaki kendiliğinden algılama davranışları da araştırılmıştır. Son olarak,KL ve KNT ile üretilmiş kiriş elemanların eğilme ve kesme kuvvetleri altındaki davranışları tekrarlı eğilme yükleri ile araştırılmıştır. Deney sonuçları KL ve KNT ile üretilen kirişlerin her ikisi içinde yük seviyesinin OEDD değerleri ile doğru orantılı olduğunu göstermektedir. Bu tezde elde edilen bulgular sonucunda, gerek KL gerekse KNT içeren donatılı kiriş elemanların yapısal sağlık izleme uygulamalarında kullanılması açısından büyük bir potansiyele sahip olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
Buildings, bridges, highways, tunnels, dams have very important functions in the economic development of countries. Thus, it is crucial for these structures to perform satisfactorily during their service lives and to monitor the structural performance. Structural health monitoring is being carried out by different methods nowadays. One of the methods of structural health monitoring is made by measuring the electrical resistivity of cementitious composites forming the structures. In this study, in order to decrease the electrical resistivity and increase the electrical conductivity of composites, 1% carbon fibers (CF) by total volume of mixtures and 0.55% carbon nano tubes (CNT) by total amount of binders were used in the preparation of beam elements. To measure the electrical resistivity, electrodes were inserted in places where the shear and tensile forces were in effect. Specimens were tested under monotonic and cyclic four-point bending loading. Experimental results showed that there is a close correlation between the applied loading and electrical resistivity of composites. Within the elastic region, increments in the fractional change in electrical resistivity (FCER) results were able to reach levels up to 1000%. Within the scope of the thesis, the effect of presence of steel reinforcement on FCER results of beam elements was investigated. According to the test results, the presence of steel reinforcement increased the FCER results of composites. In addition, self-sensing behaviors of beams monotonically loaded under bending and failed in shear were investigated.. Finally, the behaviors of CF- and CNT-based beam elements subjected to bending loading were investigated in the presence of bending and shear forces. It was observed from the experimental results that, loading levels were directly proportional with FCER results for beams with both CF and CNT. Based on the experimental findings of the present thesis, it is believed that both CF- and CNT-based steel reinforced beam elements have high potentials for structural health monitoring applications.