Lifli polimerle güçlendirilmiş yığma duvarların modellenmesi
Numerical modeling of unreinforced masonry walls strengthened with fiber reinforced polymers
Yazar: OKTAY JAFAROV
Danışman: DOÇ. DR. BİLGE DORAN ; PROF. DR. H. ORHUN KÖKSAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Akma dayanımı = Yield strength ; Elastoplastik davranış = Elastoplastic behavior ; Kohezyon = Cohesion ; Lif takviyeli polimerler = Fiber reinforced polymers ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Tuğla duvarlar = Brick walls ; İç sürtünme açısı = Internal friction angle

Özet:
Yığma yapılar, tuğla ve doğal taş gibi genellikle kolayca temin edilebilen malzemelerden yapılmış, taşıyıcı sistemi donatılı ve/veya donatısız duvar ve kolonlardan oluşan yapılardır. Türkiye, Akdeniz ülkeleri ile Ortadoğu bölgesini içine alan coğrafyada bir kısmı tarihi değere de sahip büyük bir yığma yapı stoğu mevcuttur. Taşıyıcı sistemlerinin ağır ve kâgir duvarlardan oluşması, deprem altında sünek davranmamaları gibi olumsuz özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla farklı disiplinlerden pek çok araştırmacının çalışmaları mevcuttur. Depremselliğin önemli olduğu Türkiye'de yığma yapı elemanları, yatay yükler altında gerekli ve yeterli performansı gösterebilmeleri açısından, yük taşıma kapasitesinde ve sistem sünekliğinde önemli artışa neden olan lifli polimer (LP) malzeme ile güçlendirilmektedir. Son on yıl içerisinde bilimsel literatürde de yığma yapı elemanlarının LP ile güçlendirilmesi konusunda birçok deneysel ve nümerik çalışmaya rastlamak mümkündür. Bu tez çalışmasının başlıca amacı, doğrusal olmayan sonlu eleman yöntemini kullanarak LP ile güçlendirilmiş yığma duvarların düşey ve yatay yükler altında elasto-plastik analizlerini gerçekleştirmektir. Bu kapsamda bir çalışma LP ile sarılmış yığma kolonlar için yapılmış olan dışında bir ilk olma niteliği taşımaktadır. Bu bağlamda, LP sargılı duvarların plastik analizler için tercih edilen Drucker-Prager (DP) kırılma kriterinin ihtiyaç duyduğu malzeme parametreleri (kohezyon ve içsel sürtünme açısı) hidrostatik basınca bağlı olacak şekilde ifade edilmiştir. Bu bağıntıların kullanılmasıyla DP kriterine ait basınç ve çekme meridyenlerinin doğrusal formu da değiştirilmiştir. Daha önce yalın duvar ve kolonlara uygulanmış bu yaklaşımın en büyük eksikliği olan analizlerin sonlandırılması ve kırılmanın tanımlanması aşaması için bu çalışma kapsamında en büyük çatlak genişliği yaklaşımı geliştirilmiş ve kırılma kriter olarak ileri sürülmüştür. Bu kriter, literatürde bulunan yalın, boşluklu ve LP ile güçlendirilmiş duvarlara ait 17 (on yedi) deney çalışmasının sonuçlarının tahmininde başarı ile kullanılmıştır. Literatürde bulunan 10 (on) farklı deneysel çalışmadan toplam 17 (on yedi) adet duvar modellenmiştir. Bu duvarların 11 (on bir) tanesi LP ile sargılı, 1 (bir) tanesi boşluklu ve 5 (beş) tanesi de dolu yalın duvardır. Tez çalışması yapıldığı tarih itibari ile aynı modelleme yaklaşımının üç farklı duvar tipi için geliştirilerek uygulandığı tek örnektir. Yalın ve hasar gördükten sonra LP elemalarlarla güçlendirilen kuşatma etkisinin dikkate alındığı ve alınmadığı duvarlarda da maksimum asal şekil değiştirme kriteri ile deneysel duvarlara benzer sonuçlar elde edilmiştir. Yüklenmeden önce güçlendirilen duvarlarda da LP kopma durumuna göre irdelenerek deneysel sonuçlara benzer sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Masonry structures, which have structural components made of brick, stone, and concrete materials and load bearing systems consisting of unreinforced/reinforced masonry walls and columns are commonly encountered worldwide. They are mostly located in Turkey, Mediterranean area, and Middle East territories and have been built since ancient times and has usually historic significance. Avast amount of research from different disciplines have been conducted on masonry structures, which consist of heavy and brick/stone walls to improve their unfavorable behavior when they are subjected to lateral forces such as earthquake loads. Since seismicity is important in Turkey, masonry structural components should be strengthened using fiber reinforced polymers (FRP) in order to get adequate performance on lateral loading. There have been numerous experimental and numerical researches onstrengthening of masonry structural components using FRP in scientific literature during last ten years. The major aim of this thesis is to perform nonlinear analysis of strengthened unreinforced masonry walls (URM) with FRP under vertical and incremental lateral loading. In this context, the cohesion and internal friction angle of Drucker-Prager (DP) yield criterion for masonry constituent are expressed in terms of uniaxial compression strength and the hydrostatic pressure. Using proposed relations, the slight change of the linear part of the compressive and tensile meridians of DP criterion is modified into a curve. The considerable deficiency of this approach is the ending point of nonlinear finite element analysis and definition of rupture in implementation of masonry walls and columns; hence the definition of rupture criterion is newly introduced in this study. For the URM walls, the end point for the analysis is determined by defining a discontinuity of surface between two clay units along the thickness of the mortar which indicates a macro-crack on the wall. This criterion is successfully used in prediction of 17 (seventeen) URM walls with/ without openings and also strengthened walls with FRP which are available in literature experimentally. These numerical modeling studies consist of one unreinforced wall with opening, five unreinforced walls and rest of strengthened walls wrapped with FRP. This thesis which have been improved and applied with the same numerical prediction on the 3 different wall types is currently the unique exemplification in the literature. Similar results obtained numerically with the definition of maximum tensile assumption URM and damaged walls retrofitted with FRP which are experimentally investigated and existed in the literature. Strengthening of undamaged walls are also investigated with the prediction of rupture of FRP and the numerical results obtained are the same of that experimental works.