Lifli polimer kompozit malzemeler ile güçlendirilmiş çentikli (hasarlı) çelik kirişlerin yorulma davranışlarındaki ve dinamik karakteristiklerindeki değişimlerin analitik, sayısal ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Analytical, numerical and experimental analysis of the changes in fatigue behaviors and dynamic characteristics of notched steel beams strengthened with fiber polymer composite materials
Yazar: MUSTAFA ERGÜN
Danışman: PROF. DR. ŞEVKET ATEŞ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yapı elemanlarında oluşan yorulma hasarlarına karşı Karbon Fiber Takviyeli Polimer Malzeme (KFTP) ile uygulanan güçlendirme işleminin çok iyi sonuçlar verdiği yapılan çalışmalarla kanıtlanmıştır. KFTP malzemenin yorulma hasarlı yapı elemanlarına vermiş olduğu tüm bu olumlu katkılarının yanında mekanik özelliklerine, uygulama biçimine, uygulama alanına, uygulandığı yüzeye ve dış etkenlere bağlı olarak bir takım dezavantajları da mevcuttur. Bu dezavantajları ortadan kaldırmak ve yeni bir güçlendirme seçeneği sunmak amacıyla bu çalışmada; epoksi esaslı enjeksiyon malzemesi ve karbon lifli polimer kompozit malzemeden oluşan yeni bir güçlendirme uygulaması ileri sürülmüştür. Ancak yorulma hasarlarının güçlendirilmesinde ilk defa kullanılacak olan bu yöntemin, hasarlı kirişin yorulma davranışını ve dinamik karakteristiklerini ne oranda iyileştirebileceği konusunda yapılmış bir çalışma mevcut değildir. Bu nedenle, bu uygulamanın dikkate alınan yapısal davranışlar üzerindeki etkinliğinin belirlenmesi konusunda bir çalışmaya ihtiyaç duyulmuş ve bu kapsamda analitik, sayısal ve deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çentikli kirişin hasarlı yüzeyine uygulanan tek kat KFTP (kumaş) ve çentik içerisine uygulanan epoksi esaslı dolgu malzemesi birleşiminden oluşan güçlendirme işlemi, kirişin doğal frekansını deneysel çalışmalar sonucunda yaklaşık olarak %22,604, sayısal çalışmalar neticesinde ise %22,064 değerlerinde artırmıştır. Aynı güçlendirme işlemi, kirişin yorulma ömrünü deneysel çalışmalar sonucunda yaklaşık olarak %37,930, sayısal çalışmalar neticesinde ise %34,391 değerlerinde artırmıştır. Yapılan çalışmalar neticesinde elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, bu tez çalışması ile sunulan tek kat KFTP (kumaş) ve epoksi esaslı dolgu malzemesi birleşiminden oluşan güçlendirme uygulamasının, çentikli (hasarlı) kirişlerin yorulma davranışını ve dinamik karakteristiklerini önemli oranda iyileştirdiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
It has been proved by the studies that the reinforcement process applied with Carbon Fiber Reinforced Polymer Material (KFTP) against fatigue damages in structural elements gives very good results. Besides all these positive contributions of KFTP material to fatigue damaged structural elements, there are some disadvantages depending on mechanical properties, application form, application area, surface and external factors. In order to eliminate these disadvantages and offer a new strengthening option in this study; A new reinforcing application comprising epoxy based injection material and carbon fiber polymer composite material has been proposed. However, there is no study on the extent to which this method used for the first time in strengthening fatigue damages can improve the fatigue behavior and dynamic characteristics of the damaged beam. Therefore, a study was needed to determine the effectiveness of this application on the structural behaviors considered and analytical, numerical and experimental studies were performed in this context. The strengthening process consisting of the combination of single layer KFTP (fabric) applied on the damaged surface of the notched beam and epoxy based filling material applied in the notch increased the natural frequency of the beam approximately 22,604% as a result of experimental studies and 22,064% as a result of numerical studies. The same strengthening process increased the fatigue life of the beam by approximately 37,930% as a result of experimental studies and 34,391% as a result of numerical studies. When the results obtained from the studies were evaluated, it was concluded that the reinforcement application consisting of a single layer KFTP (fabric) and epoxy based filler material presented with this thesis significantly improved the fatigue behavior and dynamic characteristics of the notched beams.