Kesme kapasitesi yetersiz betonarme kirişlerin 45 derece açılı mekanik çelik dikişlerle güçlendirilmesinde optimum tasarımın araştırılması
Investigation of the optimum design in the strengthening of reinforced concrete beams with insufficient shear capacity using mechanical steel stitches angled at 45 degrees
Yazar: YUSUF UYSAL
Danışman: DOÇ. DR. CEYHUN AKSOYLU
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Yapısal güçlendirme = Structural empowerment

Özet:
Bu çalışmada, kesme kapasitesi yetersiz olan kirişler, pratik, ekonomik ve yenilikçi bir yöntem olan U formundaki Mekanik Çelik Dikişler (MÇD) ile güçlendirilmiştir. MÇD'ler, kiriş gövdesinin her iki yüzünde, kesme açıklığı boyunca 45 derecelik açıyla uygulanmıştır. Bu kapsamda, biri referans olmak üzere diğer yedisi farklı MÇD aralıklarına sahip toplam sekiz kesme kiriş numunesi, düşey yükler altında test edilmiştir. MÇD'lerin çapı (Ø6), ankraj derinliği (10Ø) ve mekanik özellikleri ile betonarme kirişin geometrisi (125 mm × 250 mm × 2500 mm), boyuna (3Ø16 çekme ve 2Ø12 basınç) ve enine (Ø6/350 mm) donatıları sabit tutulmuştur. Kirişe uygulanan MÇD aralıkları, (d/5'ten d'ye kadar olan aralıklar) değiştirilerek, dayanım, süneklik, rijitlik ve enerji tüketim kapasitelerindeki değişimler incelenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda, en sık MÇD aralığına (d/5) sahip kirişte %53.74'lük bir kesme kapasitesi artışı gözlenmiştir. Bununla birlikte, nominal akma ve toplam enerji tüketim kapasitesi, referans numuneye göre sırasıyla %144 ile %366 oranında artış göstermiştir. Kirişlerde yapılan hasar analizine göre en sık aralığa sahip MÇD uygulamasında (d/5), splitting (aderans hatası) hasarı gözlenirken, daha seyrek olan d/2 aralıklı yerleşime doğru ilerledikçe, hasar daha ani ve kırılgan olan diagonal tension (eğik çekme hasarı) göçmesine dönmüştür. d/2 aralıklı yerleşimden daha seyrek olan d'ye doğru ilerledikçe, artık davranışa sadece diagonal tension hasarı hakim olmuştur. Son olarak, kirişlerde MÇD aralığı d/5'den d/2' ye arttıkça, kirişlerin nominal akma rijitliği, referans kirişe göre %2.1-%21.2 arasında düşüş eğilimi gösterse de, aralığın d/2'yi geçmesiyle beraber göçme modunun değişmesine bağlı olarak kiriş akma rijitlikleri tekrar referans kiriş seviyesine (-%2.5'den %2'ye yaklaşmasıyla) çıkmıştır. Dolayısıyla, düşük maliyeti ve kolay uygulanabilirliği ile dikkat çeken bu yeni tekniğin, kirişlerin güçlendirilmesinde oldukça etkili olduğu ifade edilebilir.

Abstract:
In this study, beams with insufficient shear capacity were strengthened with U-shaped Mechanical Steel Stitches (MSS), which is a practical, economical and innovative method. MSSs were applied on both faces of the beam web at a 45-degree angle along the shear span. In this context, a total of eight shear beam specimen, one of which was a reference specimen and the other seven with different MSS intervals, were tested under vertical loads. The diameter (Ø6), anchorage depth (10Ø) and mechanical properties of the MSS, as well as the geometry of the reinforced concrete beam (125 mm × 250 mm × 2500 mm), longitudinal (3Ø16 tension and 2Ø12 compression) and transverse (Ø6/350 mm) reinforcement were kept constant. By changing the MSS intervals applied to the beam (ranging from d/5 to d), the changes in strength, ductility, stiffness and energy consumption capacities were examined. As a result of the study, a 53.74% increase in shear capacity was observed in the beam with the most tightened MSS interval (d/5). However, the nominal yield and total energy consumption capacity increased by 144% and 366%, respectively, compared to the reference beam. According to the damage analysis conducted on beams, in the most frequently encountered MSS application with a spacing of (d/5), splitting damage is observed. However, as we move towards the less frequent spacing of d/2, the damage transitions to a more sudden and brittle phenomenon known as diagonal tension failure. As we move from the d/2 spacing to the sparsest d, the behavior is now dominated by diagonal tension damage alone. Finally, as the MSS spacing in beams increases from d/5 to d/2, the nominal yield stiffness of the beams tends to decrease between 2.1% and 21.2% compared to the reference beam; however, surpassing d/2 leads to a change in the failure mode, resulting in the beam yield stiffness returning to the reference beam level (approaching from -2.5% to 2%) due to the change in the failure mode associated with exceeding the d/2 spacing. Therefore, it can be concluded that this new technique, which stands out with its low cost and easy applicability, is very effective in strengthening beams.