Kompozitlerle güçlendirilmiş yığma tonozların sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Investigation by finite element method of masonry vaults that reinforced with composites
Yazar: İSMAİL HAKKI TARHAN
Danışman: DOÇ. DR. HABİB UYSAL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Lifli kompozitler = Fiber composites

Özet:
Yıllarca çeşitli yüklere maruz kalmasına rağmen günümüze kadar gelebilmiş olan tarihi yapıların onarım ve güçlendirilmesi uygulamaları tarihi mirasımızın gelecek nesillere aktarımı bakımından önemli bir konudur.
Bu amaçla kullanılagelmiş yöntemler beraberinde başka dezavantajlı durumlarda getirmektedir. Son yıllarda teknolojinin ilerlemesine paralel olarak üretilen yeni malzemeler bu dezavantajlı durumları aşmada yardımcı olabilmektedir. Bu malzemelerin güçlendime uygulamalarında kullanımı yaygınlık kazanmıştır. Lif takviyeli polimer malzemeler olarak tabir edilen bu malzemeler karbon, aramid, cam, bazalt gibi mekanik özellikleri iyi liflerden üretilmektedir. Fakat diğer liflere nazaran daha iyi mekanik özelliklere sahip karbon lifi ile üretilen malzemeler daha çok uygulama bulmakta ve daha aktif güçlendirme sunmaktadır.
Bu çalışmada, dünya hammadde rezervlerinin %72'si ülkemizde bulunan bor elementinden elde edilen ve bor lifi takviyeli polimer yani BFRP (Boron Fiber Reinforced Polymer)olarak isimlendirilen malzemenin karbon lifi ile üretilen ve CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) olarak isimlendirilen malzemeye iyi bir alternatif olabileceği hatta CFRP den daha üstün mekanik özellikleri ile daha aktif bir güçlendirme malzemesi olabileceği düşünülmüş ve tarihi yığma yapıların kritik elemanlarından tonozlar üzerindeki etkinlikleri araştırılmıştır. Erişime açık literatürde bor lifinden üretilen BFRP malzemesinin inşaat mühendisliği araştırmalarında veya güçlendirme çalışmalarında kullanıldığına henüz rastlanmamıştır. Bu anlamda bu tez çalışması literatüre katkı sağlayacak öncü bir çalışma niteliği taşımaktadır.
Erzurum ilinde bulunan aziziye tabyasındaki tuğla tonoz örnekleri incelenmiş, belirlenen bir tuğla tonoz üzerinde ölçüler alınıp Ansys Workbench 17.0 programı aracılığıyla güçlendirilmemiş tonoz üzerinde analizler yapılmış ve çekme gerilmesinin oluştuğu bölgeler incelenmiştir. Buna göre belirlenen 9 güçlendirme tipi üzerinde hem BFRP hem de CFRP malzemelerle yapılan güçlendirme uygulamalarının analizleri yapılmıştır. Analizlerde literatüre bağlı olarak belirlenen statik çizgisel yükten dolayı meydana gelen toplam deformasyon ve çekme gerilmesi sonuçlarıyla birlikte modal analiz yapılarak frekans değerlerindeki değişim incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre her iki malzeme içinde tüm güçlendirme şekillerinde toplam deformasyonun bir miktar sınırlandığı ve frekans değerlerinin artış gösterdiği tespit edilmekle birlikte her iki malzemeninde güçlendirme şekline bağlı olarak çekme gerilmesini karşılamadaki etkinliğinin artış gösterdiği ve kaydadeğer çekme gerilmesi sınırlaması sağlayabildikleri belirlenmiştir. Ayrıca alternatif olarak sunulan BFRP malzemesinin tüm analiz sonuçlarında CFRP ye göre daha etkin fayda sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Even though it has been exposed to various loads for years, the applications of restoration and strengthening of historical structures that have been arrived up to present day are an important issue in terms of transferring our historical heritage to future generations.
The methods used for this purpose bring with it other disadvantages. New materials produced in parallel with the progress of technology in recent years can help overcome these disadvantages. The use of these materials in strengthening applications has become widespread. These materials, which are called fiber-reinforced polymer materials, are produced from fibers with good mechanical properties such as carbon, aramid, glass and basalt. However, materials produced using carbon fibers with better mechanical properties than other fibers find more applications and provide a more active reinforcement.
72% of the world's boron raw materials are in our country. The material obtained from this element, known as BFRP (Boron Fiber Reinforced Polymer), may be a good alternative to the CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) material produced using carbon fiber. BFRP materials were also thought to be more active reinforcement materials with superior mechanical properties than CFRP, and their activity on the vaults was investigated from critical elements of historic masonry buildings. it has not yet taken place in the open access literature that BFRP material produced from boron fibers is used in civil engineering surveys or retrofits. In this sense, this thesis study is a pioneering work which will contribute to the literature.
The samples of brick vaults on the redoubts in Erzurum province were examined, the measurements were taken on a determined brick vault and analyzed on the unreinforced vault by Ansys Workbench 17.0 program and the regions where tensile stress occurred were examined. On the 9 strengthening types determined according to this, 9 reinforcement types were analyzed for reinforcement applications made with both BFRP and CFRP materials, respectively. In the analyzes, the changes in the frequency values were investigated by performing modal analysis together with the results of the total deformation and tensile stresses due to the static linear load determined according to the literature. According to the results obtained, the total deformation of all reinforcements in both materials is limited. Frequency values increased for all types of reinforcement. The composites reduced the tensile stress value significantly It has also been found that the alternative BFRP material provides more effective results than CFRP in all analysis results.