GFRP donatısı ile güçlendirilen betonarme kolonların davranışının incelenmesi
The investigation of behavior of reinforced concrete columns strengthened with GFRP rebar
Yazar: ABDULLAH GÜNDOĞAY
Danışman: DOÇ. DR. HAMİDE TEKELİ KABAŞ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Ülkemizin yapı stoğunun çok büyük bir bölümünü betonarme binalar meydana getirmektedir. Mevcut betonarme binaların çoğunluğu ise herhangi bir mühendislik ve denetim hizmeti almadan, tasarım yönetmeliklerine uygun olarak inşa edilmemesinden dolayı meydana gelebilecek herhangi bir depremde büyük risk oluşturmaktadır. Deprem esnasında oluşabilecek can ve mal kayıplarının önlenerek en az seviyeye indirilebilmesi için deprem güvenliği bulunmayan binaların kentsel dönüşüm kapsamında yıkılması veya güçlendirilerek depreme dayanıklı hale getirilmesi gerekmektedir.
Betonarme binaların deprem esnasında yıkılmadan ayakta kalabilmesi için özellikle düşey taşıyıcı elemanlarının hasar görmemesi büyük önem arz etmektedir. Mevcut betonarme binaların taşıyıcı sistemleri genellikle çerçevelerden oluşmaktadır. Kolonlar mevcut binaları ayakta tutan elemanlar olduklarından dolayı ihtiyaç duyulması halinde güçlendirilmelidir. Yapılan doktora tezi kapsamında eğilme dayanımı yetersiz kolon elemanların eğilme kapasitelerinin artırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla ½ ölçekli 250x250 mm kesit boyutlarında ve 1500 mm yüksekliğinde olan 9 adet betonarme kolon numunesi ülkemizdeki mevcut binalardaki kusurları yansıtacak şekilde, beton dayanımı düşük (15 MPa), boyuna donatı oranı minimum sınırın altında (%0.5), etriye kancaları 90˚ ve mesnet bölgelerinde etriye sıklaştırması yapılmadan (200 mm) üretilmiştir. Bu numunelerden bir adedi referans olarak bırakılmış olup diğer tüm numuneler yüzeye yakın monte yöntemi (NSM) kullanılarak farklı uygulama detayları ile güçlendirilmiştir. Güçlendirilen numunelerde oluk yerinin (köşe ve kenar), sargı malzemesinin (karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) ve tekstil takviyeli polimer (TRM)) ve mafsal bölgesindeki sargılama durumunun (sargısız, kısmi ve tam) etkisi incelenmiştir. Tüm numunelerin deneyleri sabit eksenel yük altında (180 kN) yatay yük uygulanarak yerdeğiştirme kontrollü olarak yapılmıştır.
Yapılan deneyler sonucunda numunelere ait yatay yük-yerdeğiştirme çevrimsel grafikleri elde edilerek yatay yük taşıma kapasitesi, eğilme rijitliği, ötelenme sünekliği ve enerji tüketme kapasitesi belirlenmiştir. Tüm numuneler için elde edilen sonuçlar kıyaslanarak uygulanan güçlendirme detaylarının kolon elemanın davranışı üzerindeki etkinliği yorumlanmıştır. Oluk yerinin ve sargılama durumunun eleman kapasitesi üzerinde oldukça etkili olduğu görülmüştür. Tüm numunelerin analitik hesapları ACI 440.2R (2017) ve ACI 549.4R (2020)'ye göre yapılarak karşılıklı etki diyagramları (eksenel yük-moment) elde edilmiştir. Analitik hesaplar ile deneyler sonucunda elde edilen yatay yük taşıma kapasitelerinin uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
A large part of our country's building stock creates of reinforced concrete buildings. The majority of existing reinforced concrete buildings pose a great risk in any earthquake that may occur because they were not constructed in accordance with the design regulations without receiving any engineering and inspection services. In order to prevent and minimize the loss of life and property that may occur during an earthquake, buildings that are not earthquake safe should be demolished within the scope of urban transformation or strengthened and made earthquake resistant.
In order for reinforced concrete buildings to survive without collapsing during an earthquake, it is of great importance that especially their vertical load-bearing elements are not damaged. The load bearing systems of existing reinforced concrete buildings generally consist of frames. Since columns are the elements that keep existing buildings standing, they should be strengthened if necessary. Within the scope of the doctoral thesis, it was aimed to increase the capacity of column elements with insufficient bending strength. For this purpose, 9 reinforced concrete column specimens with ½ scale 250x250 mm cross-sectional dimensions and 1500 mm height were produced, reflecting the defects in existing buildings in our country, with low concrete strength (15 MPa), longitudinal reinforcement ratio below the minimum limit (0.5%), stirrup hooks 90˚ and  without stirrup tightening (200 mm) in the support regions. One of these specimens was left as a reference, and all other specimens were strengthened with different application details using the near surface mounted method (NSM). In the strengthened specimens, the effect of the groove location (corner and edge), the wrapping material (carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and textile reinforced polymer (TRM)) and the wrapping condition in the hinge area (unwrapped, partial and full) were examined. Tests of all specimens were carried out under constant axial load (180 kN) with displacement control by applying horizontal load.
As a result of the experiments, horizontal load-displacement cyclic graphs of the samples were obtained and horizontal load carrying capacity, bending stiffness, translational ductility and energy consumption capacity were determined. By comparing the results obtained for all samples, the effectiveness of the applied strengthening details on the behavior of the column element was interpreted. It has been observed that the groove location and wrapping condition are quite effective on the element capacity. Analytical calculations of all samples were made according to ACI 440.2R (2017) and ACI 549.4R (2020) and axial load-moment diagrams  were obtained. It has been observed that the horizontal load carrying capacities obtained as a result of analytical calculations and experiments are compatible.