Lif takviyeli polimer donatılar içeren betonarme kolonların eksenel yük ve eğilme etkisi altındaki analizi
Analysis of reinforced columns containing fiber reinforced polymer reinforcements under the effect of axial load and bending
Yazar: İSMET VAPUR
Danışman: PROF. DR. İLKER FATİH KARA
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme kolon = Reinforced concrete column ; Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Eksenel yük = Axial load ; Eğilme momenti = Bending moment ; Karbon lifler = Carbon fibers ; Lif takviyeli polimerler = Fiber reinforced polymers ; Moment-eğrilik ilişkisi = Moment curvature relationship ; Yüksek dayanımlı beton = High strength concrete

Özet:
Betonarme yapılarda oluşan korozyon sorunu, çelik donatıların performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle farklı yükler etkisi altında yapı, dayanım ve rijitlik açısından düşük performans gösterebilmektedir. Çelik donatılara bir alternatif olarak ortaya çıkan FRP (lif takviyeli polimer) donatılar korozyona uğramamakta ve çekme gerilmelerine karşı çelik donatılara göre daha yüksek dayanım göstermektedirler.
Bu çalışmada, FRP donatılı betonarme kolonların eksenel yük ve eğilme etkisi altındaki davranışlarını irdelemek için analitik ve nümerik yöntemler geliştirilmiş ve bu yöntemlere dayalı olarak bilgisayar programları oluşturulmuştur. Bu yöntemlerden elde edilen sonuçlar literatürden elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak, geliştirilen yöntemlerin uygulanabilirliği belirlenmiştir. Geliştirilen yöntemler, farklı tipteki FRP boyuna donatılı (cam lif takviyeli polimer (GFRP) donatı, karbon lif takviyeli polimer (CFRP) donatı ve bazalt lif takviyeli polimer (BFRP) donatı), hem normal hem de yüksek dayanımlı beton içeren gerek dairesel gerekse dikdörtgen kesitli betonarme kolonların eksenel yük eğilme momenti ilişkisi ve moment eğrilik ilişkisini belirlemek için kullanılabilmektedir. Çalışma kapsamında geliştirilen yöntemler kullanılarak farklı tür değişkenlerin (beton basınç dayanımı, eksantrisite oranı, FRP donatı tipi ve oranı, kesit türü ve narinlik oranı) FRP donatılı betonarme kolonların eksenel yük-eğilme etkisi altındaki davranışına olan etkisini irdelemek için parametrik çalışmalar yapılmıştır. Kesit içerisindeki boyuna donatı oranının artması ile birlikte hem GFRP hem de CFRP donatılı gerek dairesel gerekse dikdörtgen kesitli betonarme kolonlarda eksenel yük – eğilme momenti kapasitelerinde artış olduğu görülmüştür. Salt eksenel yük etkisi altında, donatı oranının artması ile birlikte GFRP ve CFRP donatılı betonarme kolonların eksenel yük taşıma kapasitesindeki artış, normal dayanımlı beton içeren kolonlarda yüksek dayanımlı beton içeren kolonlara göre daha fazla olduğu, ancak eksantrisite oranı arttıkça normal dayanımlı beton içeren kolonlar ile yüksek dayanımlı beton içeren kolonlar arasındaki eksenel yük taşıma kapasitesindeki artışın birbirine yakın değerler aldığı sonucuna ulaşılmıştır. Boyuna donatı oranının artması ile GFRP donatılı betonarme kolonların tamamında eğilme rijitlikleri arttığı sonucu elde edilmiştir.

Abstract:
The corrosion problem that occurs in reinforced concrete structures adversely affects the performance of steel reinforcements. Therefore, under the effect of different loads, the structure may show low performance in terms of strength and stiffness. FRP (fiber reinforced polymer) reinforcements, which emerged as an alternative to steel reinforcements, do not corrode and show greater resistance to tensile stresses than steel reinforcements.
In this study, analytical and numerical methods were developed to investigate the behavior of FRP reinforced columns under the effect of axial load and bending, and computer programs were created based on these methods. The results obtained from these methods were compared with the experimental results obtained from the literature, and the applicability of the developed methods was determined. The developed methods have been used for different types of FRP longitudinal reinforcement (glass fiber reinforced polymer (GFRP) bar, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) bar and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) bar), both circular and rectangular cross-sections containing both normal and high strength concrete. It can be used to determine the axial load-bending moment relationship and the moment-curvature relationship of reinforced concrete columns. By using the methods developed within the scope of the study, parametric studies were carried out to examine the effects of different types of variables (concrete compressive strength, eccentricity ratio, FRP reinforcement type and ratio, section type and slenderness ratio) on the behavior of FRP bar reinforced concrete columns under the effect of axial load-bending. It has been observed that the axial load – bending moment capacities of both GFRP and CFRP circular and rectangular concrete columns increase with the increase in the ratio of longitudinal reinforcement in the section. The increase in the axial load carrying capacity of GFRP and CFRP concrete columns with the increase in the reinforcement ratio under the effect of pure axial load was higher in columns containing normal strength concrete than in columns containing high strength concrete. However, as the eccentricity ratio increases, it has been concluded that the increase in axial load carrying capacity between columns containing normal strength concrete and columns containing high strength concrete has values close to each other. It was concluded that the bending stiffness of all GFRP reinforced concrete columns increased with the increase in the longitudinal reinforcement ratio.