Betonarme kirişlerin karbon elyafla güçlendirilmesi üzerine deneysel bir inceleme
An Experimental investigation about R/C beams strengthened with carbon fiber reinforced plastic
Yazar: MEHMET SELİM ÖKTEN
Danışman: PROF. DR. MEHMET UYAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
BETONARME KİRİŞLERİN KARBON ELYAFLA GÜÇLENDİRİLMESİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR İNCELEME ÖZET Son otuz yıl boyunca deprem kuvvetlerine maruz kalan yapılar hakkında geniş çaplı araştırmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar depreme dayanıklı yapı tasarımı için çeşitli yöntem ve uygulamaların geliştirilmesini amaçlamaktadır. Bununla birlikte halen kullanımda olan ve yeni deprem yönetmeliğinde ön görülen koşullan sağlamadığından güçlendirme yapılması gereken bir çok bina ve köprü vardır. Bu yapılar deprem sırasında, halkın güvenliği açısından büyük bir risk teşkil etmektedir. Günümüzde, mevcut yapıların onarımı ve güçlendirilmesi, inşaat mühendisliğinin en önemli hedeflerinden biri haline gelmiştir. Yapıların güçlendirilmesinin başlıca sebepleri olarak; önceden tahmin edilemeyen yüklere karşı güvenliği sağlamak, fonksiyon değişikliğinden dolayı yük taşıma kapasitesini arttırmak, inşaat sırasındaki yetersiz uygulamadan doğabilecek kusurları gidermek ve korozyon ile yaşlanmadan ötürü oluşan yapısal bozulmalara bağlı olarak yük taşıma kapasitesindeki azalmayı önlemek verilebilir. Bu yapısal eksiklikleri giderebilmek için farklı teknikler geliştirilmiştir. Betonarme kolonlar için yanal bir sargı vazifesi gören çelik plakalarla mantolama veya fiberle güçlendirilmiş elyaf (FRP) sarımı örnek olarak verilebilir. Betonarme kirişler için ise, kirişlerin eğilme ve kesme mukavemetini arttıran, çekme bölgesine ve gövdesine epoksiyle yapıştırılan çelik levhalar veya fiberle güçlendirilmiş elyaf malzeme iyi bir güçlendirme metodudur. Çelik levhalar bir çok ülkede yıllardan beri kirişlerin eğilme mukavemetini arttırmak için kullamlmaktadır. Çelik levha kullanımının en büyük dezavantajı beton ile arasındaki yapışmaya etki eden korozyon problemidir. Bu korozyon problemini giderebilmek için çelik levhalar fiberle güçlendirilmiş elyaf (FRP) malzeme ile yer değiştirmektedir. Bu çalışmada, fiberle güçlendirilmiş karbon elyaf malzeme kullanılarak (CFRP), iki farklı sarım tekniği ile güçlendirilen betonarme kiriş modelinin, yük altındaki davranışı incelenmiştir. Deneyler sırasında sadece tek yönde çalışan karbon elyaf malzeme kullanılmıştır. Deneyler ayrı ayrı ve farklı beton kalitesinde üretilen betonarme elemanların, ikişer ikişer ve farklı sarım teknikleri kullanılarak birleştirilmesi ile elde edilen numuneler üzerinde yapılmıştır. Bu numuneler eğilme deneyine tabi tutulmuş göçmeye ulaşılıncaya kadar yük ve deplasman değerleri okunarak her kirişin davranışını belirten yük-deplasman diyagramları çizilmiştir. Ayrıca birleştirilmiş numunenin boyutlarında ve donatısmda monolitik bir mukayese kirişi üretilmiştir. Genellikle CFRP ile birleştirilen numunelerin göçme yükü ile mukayese kirişinin göçme yükü büyük bir fark göstermemekte hatta daha yüksek kaliteli betonla üretilip birleştirilen kirişlerin göçme yükü mukayese kirişinin göçme yükünden daha fazla çıkmaktadır. Buna karşılık deney numunelerinde kontrol xıkirişine oranla daha düşük bir süneklik düzeyi gözlemlenmiştir. Bu karbon fiber elyafla güçlendirilen kirişlerin yetersiz süneklik kapasitesine sahip olması demektir. Bir sonraki çalışmada FRP yapıştırma düzeni ve detayı değiştirilerek numunelerin sünekliğinin nasıl arttırılabileceği incelenebilir. xu

Abstract:
AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION ABOUT R/C BEAMS STRENGTHENED WITH CARBON FIBER REINFORCED PLASTIC SUMMARY During the last three decades, there has been a great deal of research on the behavior of structures subjected to earthquake forces. These activities have resulted in the development of sophisticated methodoligies and procedures for the design of earthquake-resistant structures. However, there still exist a very large number of buildings and bridges that were designed prior to the development of modern seismic design guidelines that require retrofit. These structures present significant risk to the safety of the public in the event of an earthquake. In recent years, repair and retrofit of existing structures have been among the most important challenges in civil engineering. The primary reasons for strengthening of structures include: upgrading of resistance to withstand underestimated loads, increasing the load-carrying capacity for new use of the building, eliminating premature failure due to inadequate detailing, restoring decreased load carrying capacity due to corrosion or other types of degradation caused by aging. Different techniques have been developed to retrofit a variety of structural deficiencies. For concrete columns, lateral confinement has been provided by means of steel jackets or fiber reinforced plastic (FRP) wraps. For concrete beams, flexural and shear strengthening have been performed by epoxy bonding steel or FRP plates to the tension face and the web of the beams. Steel plates have been used in many countries for flexural strengthening of concrete beams for several years. The main disadvantage of using steel plate is corrosion of steel which adversely affects the bond at the steel concrete interface. In order to eliminate the corrosion problem, steel plate has been replaced by FRP plate. In this study, the behavior of the reinforced concrete (R/C) beam model, strengthened with carbon fiber reinforced plastic (CFRP), has been investigated under the bending moment. CFRP has been wrapped with two differrent techniques on R/C beam model. In this experimental work, only unidirectional CFRP is used. In the experimental study concrete beam models, connected two beams, using two different confinement techniques have been used. These are casted using two different concrete quality and loaded up to the failure. The load-deflection values for the each beam model have been measured in this study. However, comparison beam model, consisting of one piece, casted with the same dimensions as the beam model connected with two beams. Generally, no major differences are observed in the test results between comparison beam model and the beam model connected with two beams at the ultimate load capacities. In addition, beam model connected with two high quality concrete beams has more load capacity than comparison beam. However comparison beam model is more ductile than all beam models. It means xmthat bending moment behavior of beams strengthened with CFRP has insufficient deformation capacity. As a further study, the ways to increase the ductility of the beams strengthened with CFRP may be investigated under different details or parameters. xiv