Betonarme manto ve CFRP ile güçlendirilen yetersiz kesme dayanımına sahip kolonların doğrusal olmayan analizi
Nonlinear analysis of columns with insufficient shear resistance strengthened by RC jacketing and CFRP
Yazar: MUHAMMET BURHAN NAVDAR
Danışman: PROF. DR. NACİ ÇAĞLAR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Geçmişte  yaşanmış  depremler  incelendiğinde,  birçok  yapının  kolonlarda  meydana gelen ciddi hasarlardan kaynaklı göçtüğü  görülmüştür. Bu nedenle mevcut yapılarda yetersiz kesme dayanımına ve/veya yetersiz şekil değiştirme kapasitesine sahip olan kolonların güçlendirilmesi gerekmektedir. Güçlendirilmiş elemanların çeşitli yükler altındaki  davranışlarını  elde  etmede  en  etkili  yöntem  deneysel  çalışmalar  olmasına rağmen  maliyetlerinin  yüksek  ve  imkanlarının  kısıtlı  oluşu,  gelişen  bilgisayar teknolojisi ile sonlu eleman programlarının kullanılmasını güvenilir ve tercih edilir bir seçenek haline getirmiştir. Bu çalışma kapsamında,  yetersiz kesme dayanımına sahip olan betonarme kolonların, betonarme manto (BM) ile güçlendirilmiş kolonların ve karbon  fiber  takviyeli  polimer  (CFRP)  ile  güçlendirilmiş  kolonların  sonlu  eleman modelleri  oluşturulmuş  ve  yatay  tersinir  tekrarlı  yükler  altındaki  davranışları incelenmiştir. Doğrusal  olmayan analizlerde OpenSees sonlu  eleman programından yararlanılmıştır.  Betonarme  kolonların davranışlarında  etkin  rol  oynayan  kesme  ve donatı  sıyrılmasından  kaynaklanan  deformasyon  bileşenleri  de  modellere  entegre edilmiştir.  Analiz  sonuçları  deneysel  sonuçlar  ile  karşılaştırıldığında,  doğrusal olmayan  modellerin  elemanın  dayanım,  yanal  rijitlik,  süneklik,  çevrimsel  rijitlik azalımı ve sıkışma gibi karakteristik davranış özelliklerde makul başarıyla temsil ettiği gösterilmiştir. Bu modellerden yararlanılarak kesme dayanımı yetersiz ve eksenel yük 
düzeyi farklı referans numunelerin, BM ile güçlendirilme ve CFRP ile güçlendirme yöntemleri kullanılarak  parametrik  çalışmaları  gerçekleştirilmiştir.  BM  ile güçlendirmede  manto  beton  dayanımının  ve  manto  etriye  aralıklarının  etkileri  ve CFRP sargılama ile güçlendirmede ise FRP sargısının maksimum çekme dayanımının ve sargı kalınlığının etkileri dayanım, rijitlik, süneklik ve enerji tüketme miktarları bakımından  karşılaştırılarak  incelenmiştir.  Bu  çalışmanın  sonucunda,  BM  ile güçlendirme referans numunesine dayanımda, rijitlikte, şekil değiştirme kapasitesinde ve  enerji  yutma  kapasitesinde  belirgin  katkılar  sağlarken,  CFRP  sargılama  ile güçlendirme  ise  süneklik  ve  enerji  yutma  kapasitelerinin  gözle  görülür  artışlar sağladığı  görülmüştür. Ayrıca  elemanların  yalnız  şekil  değiştirme  kapasitelerinde belirgin artışlar isteniyorsa CFRP ile güçlendirme yöntemi, elemanın sünekliliğinin dışında  dayanım,  rijitlik  ve  enerji  yutma  kapasitelerinde  de  katkılar  istenmesi durumunda BM ile güçlendirme yöntemi daha uygun bir seçenek olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
It has been experienced during past earthquakes that many buildings collapsed due to serious  damages  on  columns.  Therefore,  the  columns  having  insufficient  shear strength  and/or  deformation  capacity  in  existing  structures  should  be  strengthened. Additionally, although experimental studies are one of the most effective methods to investigate actual behavior of reinforced members under various loads, due to their high cost and requirement of developed infrastructure and skilled human labor, finite element programs  are an alternative, reliable  and mostly preferred method with an advancing  computer  technology.  In  this  study,  finite  element  models  of  reinforced concrete (RC) columns with an insufficient shear strength and strengthened by RC jacketing  and  carbon  fiber  reinforced  polymer  (CFRP)  confined  RC  columns  were 
created and their nonlinear behaviors under horizontal reversed cyclic loading were investigated.  OpenSees  finite  element  program  was  used  in  nonlinear  analyses. Modeling steps were explained, and the constitutive relation of the materials used in the  models  were  presented.  The  deformation  components  consisting  of  shear  and reinforcement  slip  playing  an  active  role  in  the  behavior  of  reinforced  concrete columns  were  also  integrated  into  the  models.  According  to  the  analysis  results, nonlinear  models  were  highly  successful  to  represent  experimental  behavior  of  the tested  members  in  terms  of  strength,  lateral  stiffness,  ductility,  cyclic  stiffness degradation,  and  pinching.  By  using  these  models,  a  parametric  study  with  the reference  samples  having  insufficient  shear  strength  and  different  axial  load  levels were performed by using RC jacketing and CFRP confinement strengthening methods. 
The effects of jacket concrete strength and jacket stirrup spacings in by RC jacketing and  the  effects  of  maximum  tensile  strength  and  thicknesses  of  FRP  wraps  CFRP confinement  were  comparedd  in  terms  of  strength,  rigidity,  ductility,  and  energy dissipation.  As  a  result  of  the  study,  while  RC  jacketing  strengthening  method significantly  increases  the  strength,  stiffness,  deformation  capacity  and  energy dissipation capacity of the reference sample, strengthening with CFRP confinement contributes an apparent improvement in ductility and energy dissipation capacities. It is  understood  that  CFRP  reinforcement  method  can  be  preferred  in  case  where significant increases in the deformation capacities of the elements are desired, while the  RC  jacketing  strengthening  method  is  a  more  suitable  option  that  it  is  desired contributions of strength, rigidity and energy absorption capacities in addition to the 
contribution in the ductility of the element.