CFRP ile güçlendirilmiş beton kirişlerin çarpma davranışının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of impact behavior of reinforced concrete beam strengthened with CFRP
Yazar: ERKAN KANTAR
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜR ANIL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Bölümü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton = Concrete ; Çarpma = Impact

Özet:
Beton inşaat sektöründe kullanılan en yaygın yapı malzemesi olmaya devam etmektedir. Önemli bir yapı malzemesi olan betonun ekonomik ömrü boyunca karşılaştığı dış etkilerden birisi de çarpma etkisidir. Çarpma yüklemesi büyüklüğü, etki zamanı ve oluşturduğu deformasyonların hesaplanması karışık olan ve az bilinen bir yükleme türüdür. Betonun çarpma dayanımının ve davranışının belirlenmesi için henüz bir yönetmelik veya standart test düzeneği mevcut olmayıp bu konudaki bilimsel araştırmalar devam etmektedir. Betonun çarpma davranışı ile ilgili araştırmalar sınırlı sayıda olmasına rağmen son yıllarda betonun çarpma davranışının incelenmesi için ağırlık düşürme yöntemi kullanılarak yapılmış olan çalışmaların sayısı artış göstermiştir. Ayrıca çarpma dayanımı ve davranışının iyileştirilmesi için yapılabilecek güçlendirmeler ile ilgili çalışmalar ise son derece sınırlıdır. Bu nedenle düzenlenen deneysel çalışma kapsamında, normal ve yüksek dayanımlı beton kiriş numuneleri inşaat sektöründe güçlendirme çalışmalarında yaygın olarak kullanılan Karbon Takviyeli Elyaf Kumaşlar (CFRP) ile güçlendirilmiştir. Çarpma etkisi altında göstermiş oldukları davranış farkları araştırılmıştır. Deney programında 5 adet normal ve 5 adet yüksek dayanımlı betondan üretilen toplam 10 adet dikdörtgen kesitli beton kiriş test edilmiştir. Deney elemanları özdeş olarak CFRP şeritler ile güçlendirilmiş ve farklı yüksekliklerden düşürülen sabit ağırlıklı çekicin yaratmış olduğu çarpma etkisi altında test edilmiştir. Deney elemanlarına 750, 700, 650, 600 ve 550 mm yükseklikten sabit ağırlığa ve geometriye sahip çekiç düşürülerek test yapılmıştır. Deneysel çalışmada CFRP şerit genişliği, uzunluğu sabit olup incelenen değişkenler beton basınç dayanımı ve düşme yüksekliği olarak belirlenmiştir. Deney elemanlarından alınan ivme ölçümleri kullanılarak deney elemanlarının hız, deplasman ve enerji kapasiteleri hesaplanmıştır. Deney elemanlarının dayanımlarındaki, çekiç düşme sayısındaki, ivme değerlerindeki ve göçme mekanizmalarındaki değişimler incelemiş ve normal ile yüksek dayanımlı deney serilerindeki sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca Abaqus sonlu eleman yazılımı kullanılarak deneysel çalışma kapsamında incelenen çarpma testinin bilgisayar ortamında simülasyonu yapılmıştır. Sonlu eleman analiz sonuçları deneysel sonuçlar karşılaştırılarak doğrulanmış bir sonlu eleman modeli oluşturulması için çalışmalar yapılmıştır.

Abstract:
Concrete widely used as structural building materials in civil engineering applications. One of the major external forces effects on the concrete structures is the impact forces throughout its economical life. The determination of the magnitude, the excitation time and the deformations due to impact loading is a complicated and rarely known subject. There are no certain solid regulations or standard test setups for determining the impact strength and behavior of concrete. Although there are some limited studies about impact behavior of concrete. The number of the studies which is including the drop weight impact tests on concrete as a impact method recently increased. In addition to that, the studies on the strengthening of concrete structures against impact loading are few in the literature. In this study, the high and low strength RC beam specimens are strengthened with CFRP and tested under impact loading experimentally. The behavioral difference between the normal and strengthened specimens under impact loading were observed and reported. Total 10 rectangular cross sectioned RC beams with coverage and high strength concrete specimens were tested. The specimens were strengthened similarly with CFRP strips and tested under the drop weight impact test apparatus with constant weight hammer but different drop heights. The hammer which has a constant weight and geometry was dropped from 750, 700, 650, 600 and 550 mm height. The concrete compression strength and the drop heights are the major investigation parameters of the experimental study. The CFRP strip width and its length were kept constant. Drop velocity, displacement and energy dissipation capacities of the specimens were calculated through the acceleration instrumentations on the specimens. The variations of the strength, the number of the drops, accelerations, and failure mechanisms were investigated and the results taken from normal and high compression strength concrete specimens were compared. In addition, computer simulations of the same experimental impact test are performed by using Abaqus finite element software. The results of finite element analysis and experimental studies were compared, and finite element model was compared with that of the experimental results. As a result of finite element analysis a confirmed finite element model was established for the future studies.