Düşük dayanımlı düz donatılı betonarme elemanların lifli polimer malzemeler kullanılarak eğilme kapasitesinin arttırılması
Flexural strengthening of low strength reinforced concrete members with plain bars by using fiber reinforced polymer reinforcement
Yazar: ALPER POLAT
Danışman: DOÇ. DR. ALPER İLKİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Güçlendirme = Strengthening

Özet:
Büyük bir kısmı deprem riski altında bulunan ülkemizin mevcut yapılarının çoğunluğu gerek önceki gerekse şu an yürürlükte bulunan Deprem Yönetmeliği'nin bazı koşullarını sağlamamaktadırlar. Bu yüzden mevcut yapıların çoğunluğu deprem etkilerine karşı yetersizdir ve güçlendirme ihtiyacı duymaktadırlar.Ülkemizdeki güçlendirme ihtiyacı duyulan yapıların ortak kusurlarından bazıları, yetersiz ve düz yüzeyli donatı kullanımı, düşük beton dayanımı ve yetersiz süneklikteki kesitler olarak kabul edilebilir. Çeşitli güçlendirme yöntemleriyle bu eksikliklerin giderilme imkanı vardır.Bu çalışmada betonarme kolonların moment kapasitelerinin boyuna doğrultuda karbon lifli polimer dairesel çubuk donatılar ve şerit plakalar yapıştırılarak arttırılması incelenmiştir. Ayrıca artan moment kapasitesi neticesinde kolona gelen ilave kesme kuvvetini taşımak ve sargılama etkisi yaratmak amacıyla da enine doğrultuda karbon lifli polimer malzeme ile sargı yapılmıştır. Kolon numuneler tersinen tekrarlanan yatay yükler etkisinde test edilmiştir.Yapılan çalışmada, dikdörtgen en kesitli (200 x 300 mm) dört adet kolon numune imal edilmiştir. Numuneler ülkemizdeki güçlendirme gereksinimi duyulan yapıların çoğunluğunu yansıtması açısından düşük beton dayanımına sahip, düz donatılı ve sargılama bölgesinde etriye sıklaştırması yapılmadan üretilmiştir. Güçlendirme aşamasına kadar aynı tipte imal edilen dört adet kolon numunesinden iki tanesi referans numunesi (LS-CON-REF1 ve LS-CON-REF2) olarak kullanılmak amacıyla güçlendirilmemiştir. Diğer iki adet kolon numunesine güçlendirme uygulaması yapılmıştır. Güçlendirilen numunelerin ikisi de paspayı sıyrılarak güçlendirilmiştir. Fakat ilk numune (LS-CON-Laminate) dört adet boyuna doğrultuda karbon lifli polimer şerit plaka ile, diğeri (LS-CON-Rebar) ise dört adet karbon lifli polimer dairesel çubuk donatı ile güçlendirilmiştir. Güçlendirme sırasında karbon lifli polimer elemanlar numunenin yükleme yönüne göre karşılıklı olarak yapıştırılmış ve bu uygulama sırasında ankraj detayına da özen gösterilmiştir. Ankraj için kullanılan karbon lifli polimer kumaş malzemenin miktarı, LS-CON-Rebar numunesi için karbon lifli polimer dairesel çubuk donatının taşıyabileceği en büyük çekme kuvvetinin 1.5 katı güvenlikte, LS-CON-Laminate numunesi içinse karbon lifli polimer şerit plakanın taşıyabileceği en büyük çekme kuvvetinin 1.5 katı güvenlikte hesaplanmıştır. Bu anlamda deney öncesi, karbon lifli polimer boyuna donatıların temele yapılan ankrajlarının kritik olmayacağı tahmin edilmiştir. Ancak deney sırasında, LS-CON-Rebar numunesinde oluşan ankraj hasarlarından dolayı LS-CON-Laminate numunesindeki ankraj miktarı 2 katına çıkarılmıştır. Boyuna doğrultuda güçlendirilen iki adet kolon numunesinin üzerine de iki kat karbon lifli polimer sargı yapılmıştır. Deney sonuçları dayanım, süneklik, enerji yutma kapasitesi, rijitlik, kalıcı deformasyonlar ve göçme modları bakımından değerlendirilmiştir.Karbon lifli polimer malzemelerin kullanıldığı güçlendirme teknikleri için yönetmeliklerde kirişler için verilmiş olan hesap yaklaşımlarını dikkate alarak yapılan teorik çalışmada güçlendirilen numunelerin moment kapasitelerinin referans numunesinin 2.5 katı mertebesinde olduğu görülmüştür. Ancak kolonlara eklenen karbon lifli polimer boyuna donatıların temele ankrajı için teorik olarak gerekenden daha fazla karbon lifli polimer malzeme kullanılmasına rağmen temele yapılan ankrajların hasar görmesi sonucu, öngörülen dayanım artışının ancak bir bölümünün sağlanabildiği gözlenmiştir. Sağlanan dayanım artışının ancak %2 öteleme oranına kadar korunabildiği görülmüştür.Temele yapılan ankrajlarda oluşan sıyrılma neticesinde, karbon lifli polimer boyuna donatılar yeterli verimlilikte kullanılamamıştır. Ancak, ankraj miktarı 2 katına çıkarılan LS-CON-Laminate numunesi, LS-CON-Rebar numunesine göre daha sünek bir davranış göstererek kendi içerisinde sıyrılan ankrajlara rağmen diğer numunelere oranla %25 daha fazla yük taşımıştır. Bu nedenlerle, ilave edilen karbon lifli polimer boyuna donatıların temele ankrajında daha farklı detayların kullanılmasının gerekli olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In our country with large area of earthquake risk, most of the existing structures do not comply with some of the provisions of neither previous nor the current Earthquake Code. Therefore, most of these existing structures are vulnerable to earthquake effects and need retrofitting.Some of the common deficiencies of existing structures that needs retrofitting are: usage of inadequate and plain bars, concrete of low compressive strength and insufficiently ductile sections. The deficiencies may be overcome by various retrofitting techniques.Main purpose of this study is to investigate the behaviour of reinforced concrete columns subjected to reversed cyclic lateral loads before and after retrofitting by carbon fiber reinforced polymers. Firstly, columns were retrofited with longitudinally carbon fiber reinforced polymer laminates and rebars. Furthermore, columns were confined with transversally carbon fiber reinforced polymer sheets.Four pieces of rectangular cross-sectional (200 x 300 mm) column specimens were produced in this study. In order to reveal the situations about strengthening requirements of buildings in our home country, specimens were produced from low strength concrete, with plain bars and without stirrup condensation in the joint region. Two of the four same type produced column specimens were not strengthened to be used as reference specimens (LS-CON-REF1 and LS-CON-REF2). Remaining two specimens were strengthened with same method but with different materials. Retrofited specimens were strengthened by stripping the concrete cover. One of specimens (LS-CON-Laminate) was strengthened with four pieces of longitudinal carbon fiber reinforced polymer laminates, and the other specimen (LS-CON-Rebar) was strengthened with four pieces of longitudinal carbon fiber reinforced rebars. During the strengthening operation, carbon fiber reinforced polymers were adhered oppositely according to the loading direction and anchorage details were carefully determined. Amount of carbon fiber reinforced polymer sheet used for anchorage is secure as the 1.5 times of maximum tensile force of carbon fiber reinforced polymer rebar for the specimen LS-CON-Rebar, and secure as the 1.5 times of maximum tensile force of carbon fiber reinforced polymer laminate for the specimen LS-CON-Laminate. Therefore, base anchorages of the carbon fiber reinforced polymer longitudinal bars as assumed as noncritical. But the amount of anchorages used for specimen LS-CON-Laminate is doubled because of damages occured on anchorages of specimen LS-CON-Rebar during the experiment. Longitudinally strengthened column specimens were confined with two layers of carbon fiber polymer sheet.The results of this study are evaluated in terms of strength, ductility, failure modes, energy dissipations, residual plastic deformations and rigidity of specimens.According to the theoretic study done by taking into account the calculation approaches for columns of regulations about retrofitting techniques done by using carbon fiber reinforced polymers, it is observed that the moment capacities of strengthened specimens are 2.5 times greater than the reference specimen. Besides the usage of more carbon fiber reinforced polymers from theoritically needed amount for the anchorage of carbon fiber reinforced polymer longitudinal bars to the base of columns, it is seen that only a part of strength increasement is observed from expected value because of base anchorage damages. It is observed that the obtained strength increasement was protected till only the %2 of the drift ratio. Carbon fiber reinforced polymer longitudinal bars were not be able to use effectively as a result of debonding occured on base anchorages.However, the specimen LS-CON-Laminate, whose anchorage amount is doubled, displayed more ductile behaviour according to the specimen LS-CON-Rebar and carried %25 more load according to the other specimens besides the slipped anchorages in itself. Because of all these reasons, more different details should be used for the anchorage of the additional carbon fiber reinforced polymer longitudinal bars to the base of columns.