Betonarme derin kirişlerin farklı lifli polimerlerle kesmeye karşı güçlendirilmesi
Strengthening of deep beams with different fiber polymers in terms of shear
Yazar: HASAN CEM AKKAYA
Danışman: PROF. DR. GÜRAY ARSLAN ; DOÇ. DR. CEM AYDEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme = Reinforced concrete ; Betonarme kiriş = Reinforced concrete beam ; Deneysel analiz = Experimental analysis ; Lifler = Fibers

Özet:
Betonarme derin kirişler yapı elamanı olarak birçok projede ve özellikle günümüzde yüksek binalarda sıklıkla kullanılmaktadır. Betonarme derin kirişlerde kesme etkileri hakimdir ve güç tükenmesinin oluşumu çoğunlukla kesme ile gerçekleşmektedir. Kesme kırılması ani ve gevrek olduğundan istenmeyen kırılma biçimidir. Bu nedenden dolayı derin kirişlerin yapısal davranışını anlamak, derin kiriş tasarımı açısından gereklidir. Yapı bazı sebeplerden dolayı güvenli olmayabilir. Bu durumda yapıyı güçlendirmek, yıkıp yeniden inşaa yöntemine göre çok daha avantajlı olabilmektedir. Son zamanlarda, güçlendirme yöntemi olarak dıştan yapıştırılan ingilizcesi "Fiber Reinforced Polymer (FRP)" olan lif elyaf takviyeli polimer, yapısal elemanların mantolanması, çelik plaka/profillerle güçlendirme yöntemlerinin önüne geçmiştir. Bu çalışmada; FRP ile güçlendirilmiş derin kirişlerin kesme davranışını değerlendirebilmek için kapsamlı deneysel çalışma yürütülmüştür. Deneysel çalışmada, referans kirişleri ve tam sargılı şekilde FRP şeritler ile güçlendirilmiş kirişlerin sonuçları karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Değişken parametreler: Kesme açıklığının kirişin etkili derinliğine oranı (av/d), düşey kesme donatısı oranı ve yatay kesme donatısı oranı, güçlendirilen elemanlarda FRP tipi, katman sayısı ve şeritler arasındaki açıklıktır. Üretilen kirişler üç gruba ayrılıp sonuçları ayrı ayrı değerlendirilmiştir. av/d oranı arttıkça kirişlerin kesme kapasitesi azalmış, deplasman kapasitesi artmıştır. FRP şeritler derin kirişlerin kesme ve deplasman kapasitesini arttırmıştır. Kesme donatısız kirişlerde av/d oranı arttıkça FRP şeritlerin kirişin kesme kapasitesine katkısı artmış, fakat kesme donatılı kirişlerde ise bu artış tersi olarak bulunmuştur. Kesme donatılı ve kesme donatısız kirişlerde av/d oranı arttıkça deplasman kapasitesinde artış gözlenmiştir. Ayrıca, ilk kesme çatlama yükünde önemli derecede değişiklikler gözlenmemiştir. av/d oranı arttıkça ana kesme çatlağı açısı da azalmaktadır. Düşey kesme donatısının artması FRP şeritlerin etkinliğine olumsuz yönde katkı yapmasına rağmen, yatay kesme donatısının artması FRP şeritlerin etkinliğine olumlu yönde katkı yapmıştır. Yapılan analitik çalışmada, FRP şeritlerin, kirişlerin kesme kapasitesine katkısını hesaplayan yeni bir bağıntı önerilmiştir. Bağıntının doğruluğunu araştırmak için literatürde sunulan deneysel çalışmalardan kapsamlı bir veri seti oluşturulmuştur. Önerilen, yönetmelikler ve araştırmacıların tahminleri ile deneysel sonuçlar karşılaştırılmış, önerilen bağıntının istatiksel olarak daha iyi tahminde bulunduğu görülmüştür.

Abstract:
As a structural member, reinforced concrete deep beams are used in many projects, especially often in high-rise buildings today. The behavior of deep beams is governed by shear and the failure usually occurs in shear. This is not a desired failure mode since it is sudden and brittle. Therefore, it is essential to acquire a good understanding of the structural behavior of deep beams in the context of deep beam design. A structure may not be safe due to various reasons. Strengthening the structure may be more advantageous than rebuilding it in some cases. As a strengthening method, externally bonded (EB) fiber reinforced polymer (FRP) has got ahead of other methods such as jacketing, using steel plates/profiles, recently. In this study; a comprehensive experimental study was conducted to evaluate the shear performance of deep beams strengthened with FRP. The results of the reference beams and the beams strengthened by fully wrapped FRP strips were compared and evaluated in the experimental study. Experimental parameters were the shear span-to-effective depth ratio (av/d), vertical shear reinforcement ratio, horizontal shear reinforcement ratio, FRP type, number of layers and strip spacing. The beams were divided into three groups and the results were evaluated separately. As the av/d ratio increased, it was observed that the shear capacities of the beams decreased, whereas their deflection capacities increased. The FRP strips increased the shear and deflection capacities of deep beams. It was observed that the FRP contribution to the shear capacities of the beams without shear reinforcement increased as av/d increased, but it decreased in case of the beams with shear reinforcement. In addition, the deflection capacities of the beams both with and without shear reinforcement increased with the av/d. Also, no significant changes in the first shear cracking loads were observed. Moreover, the angle of the main shear crack was decreased as the av/d increased. Although the increase in the amount of vertical shear reinforcement reduced the effectiveness of the FRP strips, the increase in the amount of horizontal shear reinforcement promoted the effectiveness of the FRP strips. In the analytical study, a new equation was proposed to estimate the FRP contribution to the shear capacity of a beam. In order to investigate the accuracy of the equation, a comprehensive data set was established from the experimental studies available in the literature. The experimental results were compared with the predictions delivered by the proposed equation, codes and the equations derived by various researchers and it was observed that the proposed equation provided statistically better predictions.