ÖNSÖZ Yüksek lisans öğrenimim ve bu tezin hazırlanması sırasında sabır, yardım ve desteklerini esirgemeyen değerli danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Alper

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÖNDÖKÜM SFRC PANELLER İLE GÜÇLENDİRİLEN KOLON SARILMA BÖLGELERİNİN DAVRANIŞI YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh. Tolgahan KOZBAY Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 24 Aralık 24 Tezin Savunulduğu Tarih : 25 Ocak 25 Tez Danışmanı : Yrd.Doç.Dr. Alper İLKİ (İTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Yrd.Doç.Dr. Konuralp Girgin (İTÜ) Yrd.Doç.Dr. Şevket ÖZDEN (KOÜ) OCAK 25

2 ÖNSÖZ Yüksek lisans öğrenimim ve bu tezin hazırlanması sırasında sabır, yardım ve desteklerini esirgemeyen değerli danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Alper İlki ye teşekkür ederim. Bu çalışmaya değerli bilgileri ve yardımları ile katkıda bulunan Prof. Dr. Mehmet Ali Taşdemir e, deney numunelerinin üretiminde emeği bulunun İnş.Yük.Müh. Aynur Tezcan ve deneysel çalışmalar boyunca yardımlarını ile büyük destek olan değerli arkadaşlarım İnş.Yük.Müh. Esen Yılmaz ve İnş.Müh. Cihangir Sarmanlı ya teşekkür ederim. Maddi desteklerinden dolayı başta TÜBİTAK olmak üzere YKS Yapkim Yapı Kimyasalları Sanayi ve Beksa Çelik Kord San. Tic. A.Ş ye teşekkür ederim. Mesleğime erken yaşlarda karar vermeme ön ayak olan ve hedeflerimi gerçekleştirmemde maddi manevi desteklerini esirgemeyen aileme minnettarım. Gerek lisans gerek yüksek lisans öğrenimim sırasında her zaman desteğini gördüğüm Yrd. Doç. Dr. Şevket Özden e teşekkürü borç bilirim. Ocak 25 Tolgahan Kozbay ii

3 İÇİNDEKİLER TABLO LİSTESİ... v ŞEKİL LİSTESİ... vi SEMBOL LİSTESİ...xii ÖZET...xiii SUMMARY... xv 1. GİRİŞ NUMUNELERİN TASARIMI, ÜRETİLMESİ VE GÜÇLENDİRİLMESİ Giriş Numunelerin Tasarımı Numune Kapasitesi Bindirme Boyu Numune Boyut ve Özellikleri Numunelerin Üretimi Numunelerin Onarımı Öndöküm SFRC Manto Panellerinin Tasarımı Güçlendirme Panellerinin Karışımları Güçlendirme Panellerinin Boyut ve Özellikleri Güçlendirme Panellerinin Üretimi Karışım Sırası Çelik Lif Takviyeli Betonun Kalıba Alınması ve Kür Güçlendirme Panellerinin Yapıştırılması ve Güçlendirme Uygulaması Yüzey Hazırlığı Güçlendirme Panellerinin Yapıştırılması Çelik Köşebentlerin Yapıştırılması MALZEME ÖZELLİKLERİ VE GÜÇLENDİRME UYGULAMASI Giriş Numunelerin Üretimde Kullanılan Malzemeler Beton iii

4 3.2.2 Çelik Tamir Harcının Özellikleri Güçlendirme Panellerinin Üretiminde Kullanılan Malzemeler Çelik Lifler Hiperakışkanlaştırıcı Silis Dumanı Silis Kumu Çimento SFRC Öndöküm Güçlendirme Paneli Sertleşmiş Beton Özellikleri Basınç ve Çekme Dayanımı Çelik Lif Dağılımı DENEY DÜZENEĞİ Giriş Yükleme Düzeneği ve Yükleme Adımları Ölçüm Sistemi DENEY SONUÇLARI Giriş Numune C-O Numune LS-O Numune C-O Numune LS-O Numune R-C-SFRC Numune R-LS-SFRC Numune R-C-SFRC Numune R-LS-SFRC Numune R-R-C-SFRC Numune R-R-LS-SFRC Numune R-C-SFRC Numune R-LS-SFRC Numune R-W-LS-SFRC Numune R-L2-C-SFRC TARTIŞMA VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI SONUÇLAR KAYNAKLAR EK A. DENEY NUMUNELERİNİN KAPASİTE HESABI EK B. NUMUNE DONATI DETAYLARI EK C. SFRC KARIŞIMLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ EK D. R-W-LS-SFRC-3 NUMUNESİ KAYNAK HESABI ÖZGEÇMİŞ iv

5 TABLO LİSTESİ Sayfa No Tablo 2.1 Numune Özellikleri... 9 Tablo 2.2 Panel Üretiminde Kullanılan Karışımlar... 2 Tablo 3.1 Beton Karışımı Tablo 3.2 Farklı Yaşlarda Denenen Beton Silindir Basınç Deneyleri Sonuçları Tablo 3.3 Boyuna Donatı Çekme Deneyi Sonuçları Tablo 3.4 Enine Donatı Çekme Deneyi Sonuçları Tablo 3.5 Concresive 132 Epoksi Enjeksiyon Malzemesinin Teknik Özellikleri Tablo 3.6 Dramix ZP3/.55 Çelik Tellerin Mekanik Özellikleri Tablo 3.7 OL 6/.16 Çelik Tellerin Mekanik Özellikleri Tablo 3.8 SFRC Malzeme Deneyi Sonuçları Tablo 4.1 Yerdeğiştirmeölçerlerin Özellikleri... 5 Tablo 5.1 Numunelerin Gösterdikleri Performans Tablo 6.1 Sürekli Donatılı Numunelerin Dayanım Kaybı Özeti Tablo 6.2 Bindirmeli Ekli Donatılı Numunelerin Dayanım Kaybı Özeti Tablo C.1 Karışım1 Döküm1 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.2 Karışım1 Döküm2 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.3 Karışım1 Döküm3 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.4 Karışım1 Döküm4 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.5 Karışım1 Döküm5 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.6 Karışım1 Döküm6 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.7 Karışım2 Döküm1 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.8 Karışım2 Döküm2 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.9 Karışım2 Döküm3 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.1 Karışım2 Döküm4 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.11 Karışım2 Döküm5 Yarma Deneyi Sonuçları Tablo C.12 Karışım2 Döküm6 Yarma Deneyi Sonuçları v

6 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa No Şekil 2.1 Deney Numuneleri... 5 Şekil 2.2 Numunelerin Kesit Detayları... 9 Şekil 2.3 Donatı Detayları Şekil 2.4 Şekildeğiştirmeölçer Yapıştırılmadan Önceki Yüzey Hazırlığı Şekil 2.5 Şekildeğiştirmeölçerin Yapıştırılması Şekil 2.6 N-1 ile Yalıtılmış Şekildeğiştirmeölçer Şekil 2.7 Şekildeğiştirmeölçerlerinin İzolasyon İşlemi Tamamlanmış Numunelerin Beton Dökümünden Önceki Son Hali Şekil 2.8 Beton Dökümü ve Sıkıştırılması Şekil 2.9 Mesnetlerde CFRP Uygulaması Şekil 2.1. C-O-2 Numunesinin Onarım Öncesi Durumu Şekil LS-O-2 Numunesinin Onarım Öncesi Durumu Şekil Epoksi Enjeksiyonu Uygulaması Şekil Paspayının Temizlenerek Boyuna Donatıların Ortaya Çıkarılması Şekil Bindirmeli ekli Donatılar Üzerindeki Kaynak Parçaları ve Boyları Şekil Kalıp Olarak Strafor Kullanımı ve Tamir Harcı Uygulaması Şekil 2.16 SFRC Manto Panel Boyutları Şekil 2.17 SFRC Manto Panel Köşe Detayları Şekil 2.18 Düşey Karıştırıcı Şekil 2.19 Yüzey Hazırlığının Şematik Gösterimi Şekil 2.2 Yüzey Hazırlığı Tamamlanmış Numune Şekil 2.21 SFRC Manto Tip 1-2 Panellerinin Yapıştırılması (Epoksi Uygulaması) 25 Şekil 2.22 SFRC Manto Tip 1-2 Panellerinin Yapıştırılması Şekil 2.23 SFRC Manto Tip 3 Panellerinin Yapıştırılması (Epoksi Uygulaması) Şekil 2.24 SFRC Manto Tip 3 Panellerinin Yapıştırılması Şekil 2.25 SFRC Manto Tip 3 Köşebentlerin Konumu Şekil 2.26 SFRC Manto Tip 3 Köşebentlerin Yapıştırılması ve Sıkıştırılması Şekil 3.1 Taze Beton Yayılma Deneyi Şekil Günlük Beton Silindir Numunelerin Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri3 Şekil Günlük Beton Silindir Numunelerin Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri3 Şekil Günlük Beton Silindir Numunelerin Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri Şekil 3.5 Beton Basınç Dayanımının Zamana Göre Değişimi Şekil 3.6 Boyuna Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi (φ14) Şekil 3.7 Boyuna Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi (φ14) Şekil 3.8 Enine Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi (φ8) Şekil 3.9 Enine Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi (φ8) Şekil 3.1 Emaco S55 Tamir Harcı İçin Standart Silindir Beton Basınç Dayanımı. 35 vi

7 Şekil 3.11 Çelik Liflerin Genel Görüntüsü Şekil 3.12 Silis Kumları Elek Analizi Şekil 3.13 SFRC Yarma Deneyi Şekil 3.14 SFRC Basınç Deneyi... 4 Şekil 3.15 SFRC Karışım 1 Tipik Gerilme - Şekildeğiştirme İlişkisi... 4 Şekil 3.16 SFRC Karışım 2 Tipik Gerilme - Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil 3.17 Çelik Lif Dağılımı Şekil 4.1 Deney Düzeneği Genel Görnüşü Şekil 4.2 Kat Ötelenme Oranının Tayini Şekil 4.3 Yükleme Adımları Şekil 4.4 Eksenel Yük Düzeneği Şekil 4.5 Ölçüm Aletlerinin Konumları Şekil 4.6 Üst Kolon Ölçüm Bölgesi Şekil 4.7 Moment-Eğrilik İlişkisi İçin Kullanılan Yerdeğiştirmeölçerlerin Konumu Şekil 4.8 Ortalama Eğriliğin Belirlenmesi Şekil 4.9 Boyuna Donatısı Bindirmeli Ekli Olan Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerlerin Konumları Şekil 4.1 Boyuna Donatısı Sürekli Olan Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerlerin Konumları Şekil 5.1 Panel Hasarlarının Tarifinde Kullanılacak Numune Kesitleri Şekil 5.2 C-O-1 Numunesinin İlk Eğilme Çatlakları Şekil 5.3 C-O-1 Numunesi Beton Basınç Bölgesinde Ezilme Şekil 5.4 C-O-1 Numunesi Boyuna Donatının Burkulması Şekil 5.5 C-O-1 Numunesinin Deney Sonu Görüntüsü Şekil 5.6 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.7 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.8 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.9 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.1 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.11 LS-O-1 Numunesi Boyuna Donatı Sıyrılması... 6 Şekil 5.12 LS-O-1 Numunesi Üst Kolonu Görünümü (δ=-14.25/2 mm, µ=-1.5/2). 61 Şekil 5.13 LS-O-1 Numunesi Enine Şekildeğiştirmeler Şekil 5.14 LS-O-1 Numunesinin Deney Sonrası Genel ve Bindirmeli Ek Bölgesi Durumu Şekil 5.15 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (LS-O-1) Şekil 5.16 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.17 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.18 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.19 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.2 C-O-2 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları Şekil 5.21 C-O-2 Numunesi Görünümü (δ=-14.25/2 mm, µ=-1.5/2) Şekil 5.22 C-O-2 Numunesi Betonun Ezilmesi (µ=+2/1) Şekil 5.23 C-O-2 Numunesi Deney Sonrası Durumu Şekil 5.24 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.25 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.26 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.27 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.28 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi... 7 vii

8 Şekil 5.29 LS-O-1 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları Şekil 5.3 LS-O-2 Numunesi Boyuna Donatı Sıyrılması Şekil 5.31 LS-O-2 Numunesi Görünümü (δ=-14.25/2 mm, µ=-1.5/2) Şekil 5.32 LS-O-2 Numunesi Enine Donatıda Açılma (µ=3/2) Şekil 5.33 LS-O-2 Numunesi Deney Sonrası Durumu Şekil 5.34 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.35 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.36 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.37 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.38 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.39 R-C-SFRC-1 Numunesi Kolon-Kiriş Birleşimlerinde Beton Ezilme Başlangıcı Şekil 5.4 R-C-SFRC-1 Numunesi Mesnet Hasarı Şekil 5.41 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri Şekil 5.42 Alt Kolon Güçlendirme Panellerinin Açılması (R-C-SFRC-1) (Deney Sonu) a) Numune Ön Yüz Genel Görüntüsü, b) Alt Kolon Ön Yüz Panel Ayrılması, c) Alt Kolon Arka Yüz Panel Ayrılması Şekil 5.43 R-C-SFRC-1 Numunesi Hasar Durumu (µ=-6, δ=-57 mm) Şekil 5.44 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi... 8 Şekil 5.45 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi... 8 Şekil 5.46 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.47 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.48 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.49 Üst Kolon Güçlendirme Panelleri Birleşiminde Oluşan C Çatlağının Gelişimi Şekil 5.5 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri Şekil 5.51 R-LS-SFRC-1 Numunesi Hasar Durumu (µ=-5.5, δ= mm) Şekil 5.52 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.53 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.54 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.55 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi) Şekil 5.56 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.57 R-C-SFRC-2 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları Şekil 5.58 R-C-SFRC-2 Güçlendirme Panelleri Birleşiminde Oluşan Çatlak Şekil 5.59 Beton Basınç Bölgesinde Ezilme Başlangıcı (µ=-2) Şekil 5.6 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri... 9 Şekil 5.61 Güçlendirme Panel Birleşiminde Ayrılma (µ=5.7)... 9 Şekil 5.62 R-C-SFRC-2 Numunesi Mesnet Hasarı Şekil 5.63 İlerleyen Aşamalarda Panel Birleşimlerindeki Çatlak) Şekil 5.64 R-C-SFRC-2 Güçlendirme Panelinin Burkulması Şekil 5.65 R-C-SFRC-2 Numunesi Deney Sonu Hasar Durumu Şekil 5.66 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.67 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.68 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.69 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.7 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.71 R-LS-SFRC-2 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları Şekil 5.72 Güçlendirme Panelleri Birleşiminde Oluşan Çatlak (µ=2/1) Şekil 5.73 R-LS-SFRC-2 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum viii

9 Düzeyleri Şekil 5.74 Bindirmenin Bittiği Kesitte Oluşan Boyuna Çatlak İle Yan ve Alt Güçlendirme Panellerinin Birleşiminde Ayrılma (µ=-5/1) Şekil 5.75 R-LS-SFRC-2 Numunesi Düğüm Noktasında Boyuna Donatının Burkulması Şekil 5.76 R-LS-SFRC-1 Numunesi Hasar Durumu (µ=-5.5, δ= mm) Şekil 5.77 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi... 1 Şekil 5.78 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.79 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.8 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.81 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.82 R-R-C-SFRC-3 Numunesi Panel Birleşim Bölgesinde Ayrılma Şekil 5.83 R-R-C-SFRC-3 Numunesi Üst Kolon Üst Panelinde Çatlak Şekil 5.84 R-R-C-SFRC-3 Numunesi Üst Kolon Mesnet Hasarı Şekil 5.85 R-R-C-SFRC-3 Numunesi Üst Kolon Üst Panel Çatlak Gelişimi Şekil 5.86 Güçlendirme Panellerinde Çatlak ve Birleşimlerde Ayrılma Başlangıç Düzeyleri Şekil 5.87 R-R-C-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=5, δ=47.5 mm) Şekil 5.88 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.89 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.9 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.91 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.92 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.93 R-R-LS-SFRC-3 Numunesi a) Alt kat kolonu alt panel çatlağında dallanma b)beton örtüsünde kabarma Şekil 5.94 R-R-LS-SFRC-3 Numunesi Üst Kolon Ön Yüz Birleşim Bölgesi Hasarı Şekil 5.95 R-R-LS-SFRC-3 Numunesi Alt Kolon Alt Panelde Çatlak Gelişimi Şekil 5.96 R-R-LS-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=-6, δ= mm) Şekil 5.97 R-R-LS-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=-6, δ=-57 mm) Şekil 5.98 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.99 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.1 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.11 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.12 Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.13 R-C-SFRC-3 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları Şekil 5.14 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri Şekil 5.15 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinde Basınç Ezilmeleri Şekil 5.16 Üst Kolon Mesnetinde Hasar Gelişimi Şekil 5.17 Üst Kolon Birleşim Bölgesinde Donatının Burkulma ve Göçme Durumu Şekil 5.18 R-C-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=-5.5, δ= mm) Şekil 5.19 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil 5.11 Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil R-LS-SFRC-3 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları Şekil Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri ix

10 Şekil Üst Kolon Güçlendirme Panelleri İle Bindirmeli Ekli Donatı Bölgesindeki Hasar Durumu Şekil R-LS-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=5, δ=47.5 mm) Şekil Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.12 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil R-W-LS-SFRC-3 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları Şekil Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri Şekil R-W-LS-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=-6, δ=-57 mm) Şekil R-W-LS-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=-6, δ=-57 mm) a) Alt Kolon Alt Panel Yırtılması b) Alt Kolon Alt Panel Yırtılması c) Alt Kolon Arka Yüz Donatı Burkulması Şekil Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.13 Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil R-L2-C-SFRC-3 Numunesinin İlk Eğilme Çatlakları Şekil R-L2-C-SFRC-3 Numunesi a) Kritik Kesitte Ezilme Başlangıcı b) Yan Yüz Panelinde ilk Çatlak oluşumu Şekil R-L2-C-SFRC-3 Numunesi (δ=38 mm) Ön Yüz Hasar Durumu Şekil R-L2-C-SFRC-3 Numunesi Üst Kolon Üst Panel Çatlak Gelişimi Şekil Güçlendirme Panellerinde Çatlak ve Birleşimlerinde Ayrılma Başlangıç Düzeyleri Şekil R-L2-C-SFRC-3 Numunesi Hasar Durumu (µ=6, δ=57 mm) Şekil Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi Şekil Alt Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 5.14 Alt Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Üst Kolon 15 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil Üst Kolon 3 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi Şekil 6.1 Sürekli Boyuna Donatı Detayına Sahip Numunelere Ait Yük-Yerdeğiştirme Zarf Eğrileri Şekil 6.2 Sürekli Donatılı Numuneler Tarafından Yutulan Enerji Şekil 6.3 Yetersiz Bindirme Boyuna Sahip Numunelere Ait Yük-Yerdeğiştirme Zarf Eğrileri Şekil 6.4 Bindirmeli Ekli Numuneler Tarafından Yutulan Enerji Şekil 6.5 Tüm Numunelerin Yük-Yerdeğiştirme Zarf Eğrileri Şekil B.1 Numune Donatı Detayı Şekil B.2 Numune Etriye Detayları Şekil B.3 Numune Gövde ve Boyuna Donatı Detayları Şekil C.1 Karışım1 Döküm1 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.2 Karışım1 Döküm2 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.3 Karışım1 Döküm3 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.4 Karışım1 Döküm4 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme x

11 İlişkisi Şekil C.5 Karışım1 Döküm5 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.6 Karışım1 Döküm6 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.7 Karışım2 Döküm1 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.8 Karışım2 Döküm2 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.9 Karışım2 Döküm3 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.1 Karışım2 Döküm4 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil C.11 Karışım2 Döküm5 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi xi

12 SEMBOL LİSTESİ a k : Kaynak kalınlığı A g : Toplam kesit alanı A s : Boyuna donatı enkesit alanı A sh : Enine donatı enkesit alanı A k : Kaynak Alanı b : Kesit genişliği d : Donatı çapı E c : Beton elastisite modülü E s : Çelik elastisite modülü f c : Beton basınç gerilmesi f c : Beton aderans gerilmesi f ctd : Beton çekme dayanımı f cts : Beton silindir yarma çekme dayanımı f co : Sarılmamış beton silindir basınç dayanımı f cj : j günlük beton için standart silindir basınç dayanımı f yd : Boyuna donatı akma dayanımı f s : Donatı gerilmesi f yh : Enine donatı akma dayanımı f k : Kaynak gerilmesi h : Kesit yüksekliği l b : Donatı kenetlenme boyu l o : Donatı bindirme boyu L : Kaynak uzunluğu M : Eğilme momenti µ : Süneklik seviyesi N : Eksenel kuvvet s : Enine donatı aralığı V : Kesme kuvveti ν : Kesit eksenel yük kapasite oranı ρ : Boyuna donatı oranı ρ sh : Sargı donatısının sarılmış kesitte hacimsel oranı δ y : Akma yerdeğiştirmesi ε : Şekildeğiştirme ε s : Çelik şekildeğiştirmesi κ : Eğrilik S : Su miktarı (ağırlıkça) Ç : Çimento miktarı (ağırlıkça) xii

13 ÖNDÖKÜM SFRC PANELLER İLE GÜÇLENDİRİLEN KOLON SARILMA BÖLGELERİNİN DAVRANIŞI ÖZET Bu çalışmanı amacı süneklik bakımından yetersiz olan kolon sarılma bölgelerinin elastik ötesi davranışı ve bu bölgelerin çelik takviyeli öndöküm beton paneller ile güçlendirilmesidir. Ülkemizde mevcut yapıların önemli bölümünde taşıyıcı eleman yetersizliklerinin olduğu bilinmektedir. Kesme kapasitesi, eğilme kapasitesi, süneklik, donatı bindirme boyu ve ankraj detayı, kolon-kiriş birleşim detaylarındaki yetersizlikler ile birlikte kalitesiz işçilik ve malzeme kullanımı ile inşa edilmiş bir yapının olası sismik etkiler altında can ve mal güvenliğini sağlayacağı tartışmaya açıktır. Bu nedenle can ve mal güvenliğinin sağlanabilmesi amacıyla yetersiz betonarme eleman davranışını ve bu tür elemanların güçlendirilmesini konu alan deneysel ve analitik çalışmalar son derece önemlidir. Bu çalışmada düşük dayanımlı beton, yetersiz enine donatı ve düz enine ve boyuna donatı ile üretilmiş numuneler sabit eksenel yük ile tekrarlı yön değiştiren yatay yükler altında denenmiştir. Bu numunelerden yedi adedinin boyuna donatısı sürekli iken diğer yedi adedi yetersiz bindirme boyuna sahiptir. Bununla birlikte iki adet numune ön hasarlı olup, onarılıp güçlendirildikten sonra denenmiştir. Numuneler üç farklı panel manto detayı ile güçlendirilmiştir. Panel mantolarında iki farklı karışım kullanılmıştır. Bu panellerin üretiminde.16 mm çapında, 6 mm boyunda Dramix OL6/.16 ve.55 mm çapında 3 mm boyunda kancalı uçlu Dramix ZP3/.55 tipi çelik lifler kullanılmıştır. Bu panellerin üretiminde kullanılan karışımlardaki toplam çelik lif miktarı hacmen Karışım 1 de %4, Karışım 2 de %2 dir. Bu paneller İTÜ laboratuvarlarında üretilmiş ve kür uygulamasına tabi tutulmuştur. Bu çalışmanın amacı yeterli sünekliğe sahip olmayan, sürekli veya bindirmeli ekli boyuna donatılı ve düşük dayanımlı betonarme kolonların davranışının ve yeni bir güçlendirme tekniğinin bu tip elemanların davranışına etkisinin incelenmesidir. Bu elemanların güçlendirilmesi için kolon potansiyel plastik mafsal bölgeleri öndöküm SFRC (çelik lif takviyeli beton) panelleri ile sarılmıştır. Hızlı ve kontrollü üretim ve montaj özelliği bu tekniğin en önemli avantajlarındandır. Güçlendirilmeden denenen xiii

14 referans numunelerinde boyuna donatı burkulması ya da aderans kaybı yüzünden erken göçme görülürken, güçlendirilmiş numunelerde çok daha iyi bir performans gözlenmiştir. İncelenen güçlendirme tekniği, boyuna donatısı hem sürekli hem de bindirmeli ekli boyuna donatıya sahip numunelerin davranışını süneklik ve dayanım bakımından olumlu yönde geliştirmiştir. Bu olumlu etki boyuna donatısı sürekli olan elemanlarda daha da belirgindir. Bu teknikle güçlendirilen numunelerin rijitliklerinde davranışı etkileyecek önemli bir artış meydana gelmediği için güçlendirme yöntemi yapının dinamik karakteristiklerini etkilememektedir. xiv

15 BEHAVIOUR OF REINFORCED CONCRETE COLUMNS JACKETED WITH PREFABRICATED SFRC PANELS SUMMARY The purpose of this study is to examine the inelastic behavior of non-ductile column retrofitting zones and retrofitting of these zones with prefabricated steel fiber reinforced concrete (SFRC) panels used in three different types of jacket detail. Inadequate flexural strength and ductility of columns; inadequate shear strength of beams, columns, and beam-column joints; and poor anchorage and detailing of longitudinal and transverse bars, construction with low strength concrete, inadequate transverse reinforcement and/or inadequate lap splice lengths are the deficiencies frequently observed in existing reinforced concrete frame systems in our country. These are the most commonly observed reasons for failures of structural members during earthquakes. Experimental and analytical studies has an significant role to prevent life losses and economic losses in examining the behavior inadequate structural members. In this study specimens were constructed with low strength concrete and inadequate transverse reinforcement. Both longitudinal and transverse reinforcement were plain bars. These specimens were tested under the combined effect of constant axial load and reversed cyclic lateral loads. Seven of these specimens had continuous longitudinal reinforcement while the other seven had inadequate lap splices. Two of the specimens were pre-damaged and tested after repair and retrofit procedures. Specimens were retrofitted with three different jacket details and two different mixtures used. Two types of steel fibers were used. Steel Fiber I (Dramix OL6/.16) had a diameter of.16 mm and length of 6 mm, while the hooked end Steel Fiber II (Dramix ZP3/.55) had.55 mm diameter and 3 mm length. The total volumetric steel fiber ratio of the SFRC jacket panel in Mix1 is 4 percent and in Mix2 is 2 percent. These SFRC panels were cast and cured in ITU laboratories. The purpose of this study was to investigate the behavior of non-ductile low strength reinforced concrete columns with continuous longitudinal reinforcement or with inadequate longitudinal reinforcement lap splice length and to examine a new retrofitting technique. The proposed retrofitting was carried out by externally xv

16 bonding prefabricated SFRC jacket panels to the column faces at potential plastic hinging zones. High production, ability of quality control and installing speed supplied by prefabrication is a significant advantage of this technique. It was observed that reference specimens, which were not retrofitted, presented premature loss of performance either due to buckling of longitudinal reinforcement or loss of bond, while retrofitted ones exhibited a superior performance. No matter the longitudinal reinforcement is continuous or lap spliced, investigated retrofit technique improved the behavior significantly in terms of ductility and strength. The enhancement in the behavior was more pronounced in the case of the specimens without inadequate lap splices. There is not a significant improvement on rigidities of the retrofitted specimens to affect the dynamic characteristics of a structural system. xvi

17 1. GİRİŞ Son yıllarda meydana gelen önemli depremler ile birlikte mevcut binalarda tasarım ve imalat alanlarında önemli hataların yapıldığı açığa çıkmıştır. Bununla paralel olarak deprem sonrasında şartname ve yönetmelikler tasarım ve uyguluma alanlarında meydana gelebilecek hata ve ihmallere karşı daha güvenli olacak şekilde geliştirilmiştir. Yapı tasarımında göz önüne alınan yüklemeler ve yapı imalatında kullanılan beton kalitesi deprem bölgelerine göre belirlenmiştir. Ancak mevcut yapıların güncel şartname ve yönetmeliklerin gereklerini sağlayamayacağı açıktır. Bu noktada yapılması gereken mevcut yapılarda bulunan kusurlar belirlenerek güncel yönetmelikler ışığında güçlendirme yöntemleriyle yapı davranışının iyileştirilmesidir. Bu kusurların en önemlileri taşıyıcı elemanların sarılma bölgelerinde yeterli enine donatı bulunmaması, boyuna donatı bindirme boylarının yeterli olmaması, kötü kalitede beton ve düz yüzeyli donatı çeliği kullanılmasıdır. Bu eksikliklere ek olarak kötü işçilikten kaynaklanan uygulamada yanlışlıkları yapıların depreme karşı davranışlarını olumsuz yönde etkileyen başlıca unsurlardır. Yapıya aktarılan deprem enerjisinin önemli bir bölümü elastik ötesi yerdeğiştirme ve şekildeğiştirmeler yaparak tüketilmesi ve bu deprem kuvvetlerinin temel zeminine kadar sürekli ve güvenli bir şekilde aktarabilmesi beklenir. Ancak mevcut yapılar göz önüne alındığında pek çoğunun yeterli rijitlik, kararlılık ve dayanıma sahip olmadığı görülmektedir. Bu noktadan hareketle son yıllardaki önemli depremler ile birlikte depreme maruz kalan yapıların çoğunun onarılması ve/veya güçlendirilmesi gerçeği ortaya çıkmıştır. Güçlendirme sistem güçlendirmesi şeklinde olabileceği gibi eleman bazında da yapılabilmektedir. Sistem durumunda mevcut plan üzerinde deprem kuvvetleri doğrultusunda betonarme perde eklenmesi ve mevcut kolonların betonarme veya çelik profiller ile mantolanması ile karşılanmaktadır. Mantolama yöntemi konusunda gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, bu yöntemin eleman davranışını dayanım ve 1

18 süneklik bakımından olumlu yönde etkilediğini göstermiştir, [1-9]. Son yıllarda bu geleneksel güçlendirme yöntemlerine ek olarak lif takviyeli polimer kompozitlerin onarım ve güçlendirme amaçlı kullanımı ise gün geçtikçe artmaktadır. Bu konuda pek çok araştırmacı yöntemin daha anlaşılır bir hale gelmesi için araştırmalar yapmaktadır, [1-15]. Bu çalışmanın konusu olan çelik lif takviyeli beton kullanılarak yapılan güçlendirme uygulamaları yukarıda sözü geçen güçlendirme yöntemleri içerisinde en yenisidir. Bu yöntem özellikle son yıllarda beton teknolojisindeki ilerlemelere paralel olarak gelişmektedir. Beton teknolojisinde özellikle silis dumanı gibi puzolonik özelliğe sahip çok küçük taneli mineral katkıların ve 198 lerden itibaren süperakışkanlaştırıcıların kullanılmasıyla büyük gelişmeler elde edilmiştir. Süperakışkanlaştırıcılar su/çimento oranını önemli miktarda azaltarak dayanımı çok yüksek özel betonların üretilmesine olanak sağlamaktadır. Ancak beton gevrek bir malzemedir ve dayanımı arttıkça gevrekliğide artmaktadır. Betonun bu olumsuz etkisi beton karışımının içine lifler katılarak giderilmeye çalışılmıştır. Böylece daha sünek, yüksek performansa sahip yeni nesil betonlar üretilebilmiştir. Lif katkılı betonlarda en çok kullanılan lif türleri; metalik, mineral ve polimerik liflerdir. Metalik lifler çelik ve paslanmaz çelikten elde edilen farklı kesit ve boyutlardaki liflerdir. Cam lifi en çok kullanılan mineral liftir. Polimerik lifler sınıfına ise akrilik, aramid, karbon, naylon, polietilen, polipropilen girmektedir. Çelik lif takviyeli beton ile ilgili çalışmalar gerçek anlamda 196 larda başlamış ve günümüze kadar çelik tel takviyeli beton (SFRC) üretimi ve kullanımı konusunda pek çok çalışma yapılmıştır, [16,17]. Çelik lif takviyeli betonun yapı alanında kullanımını iki ana gruba ayırmak mümkündür. Bunlardan ilki yapı elemanının SFRC kullanılarak üretilmesi, ikincisi ise SFRC nin betonarme yapı elamanlarını güçlendirme amacıyla kullanılmasıdır. SFRC kullanarak üretilen elemanlarla yapılan deneysel çalışmalardan davranışın özellikle süneklik ve enerji yutma kapasitesi bakımından oldukça iyileştirilebildiği bir çok araştırmacı tarafından gösterilmiştir, [18,19]. Bazı araştırmacılar çelik lifleri geleneksel enine donatının yerine kullanılarak ürettikleri elemanların kesme kuvvetleri etkisindeki davranışlarını incelemişlerdir, [2-23]. Shannag ve diğ. [24] yaptıkları çalışmada SFRC kullanarak mantoladıkları kolon kiriş birleşim bölgelerinin tekrarlı yön değiştiren yükler 2

19 etkisindeki davranışını incelemişler ve elemanların dayanım, süneklik ve enerji yutma kapasitesi bakımından çok daha iyi sonuçlar verdiğinin göstermişlerdir. Alaee ve Karihaloo [25,26] yaptıkları deneysel çalışmada betonarme kirişleri ürettikleri yüksek performanslı SFRC elemanlarla güçlendirmişler ve bu kirişlerin eğilme ve kesme kapasitelerini iyilileştirmişlerdir. Yılmaz [36] yaptığı çalışmada farklı geometiriye sahip SFRC paneller kullanarak mantoladığı kolon kiriş birleşim bölgelerinin sabit eksenel yük altında tekrarlı yön değiştiren yükler etkisindeki davranışını incelemiş ve elemanların dayanım, süneklik ve enerji yutma kapasitesi bakımından çok daha iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir. Bu çalışmada düşük beton dayanımına sahip, yeterli enine sargı donatısına sahip olmayan, bindirme boyu yetersizliği olan ve olmayan kolon elemanların sarılma bölgeleri SFRC öndöküm panellerle güçlendirilmiş ve bu elemanlar sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı yatay yükler altında denenmiştir. Yılmaz [36] çalışmasında ortaya çıkan kusurlar giderilmeye çalışılmış ve ekonomik bir çözüm aranmıştır. Deney sonuçları Yılmaz [36] ile karşılaştırılmış ve uygulanan detaylar tartışılmıştır. Bu güçlendirme yönteminde kullanılan SFRC paneller öndöküm üretim olduğundan kalite kontrolü ve uygulanması kolaydır. Güçlendirilen eleman boyutlarının önemli ölçüde değişmemesi, uygulamanın kısa sürede ve temiz bir biçimde yapılabilmesi yöntemin diğer avantajlarıdır. Özellikle hastane ve işyeri gibi tadilat için kapatılması mümkün olmayan yerlerde çok pratik ve kısa sürede uygulanabilmesi yöntemi geleneksel yöntemlerden ayıran önemli bir avantajdır. 3

20 2. NUMUNELERİN TASARIMI, ÜRETİLMESİ VE GÜÇLENDİRİLMESİ 2.1 Giriş Bu çalışma kapsamında mevcut yapıların pek çoğunda karşılaşılan ve eleman davranışını olumsuz yönde etkileyen, düşük beton dayanımı, sarılma bölgesinde yetersiz enine donatı ve yetersiz boyuna donatı bindirme boyu eksikliklerinin öndöküm SFRC paneller ile güçlendirilmesi konu almıştır. Numuneler sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı eğilme etkileri altında deneye tabi tutulmuştur. Bu eksiklikleri içeren kolon sarılma bölgeleri bu çalışmanın test bölgesini oluşturmaktadır, Şekil 2.1. Bu bölgeler çelik lif takviyeli öndöküm beton paneller (SFRC) ile güçlendirilerek, eleman davranışının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın bu bölümü numunelerin üretim amacını, tasarımını, niteliklerini, güçlendirme elemanı olarak kullanılan çelik lif takviyeli öndöküm beton panellerin tasarımlarını, üretim sürecini ve güçlendirme uygulamasını konu almaktadır. 2.2 Numunelerin Tasarımı Numuneler mevcut yapılarda sıkça karşılaşılan düşük beton dayanımı, yetersiz enine sargı donatısı ve boyuna donatı bindirme boyu yetersizliği kusurlarını içerecek şekilde tasarlanmıştır. Numunelerin tasarımı, mevcut yapıların kesit ve malzeme özellikleri, tasarım kusurları ve yükleme düzeneğinin kapasitesi göz önünde bulundurularak yapılmıştır. Ülkemizdeki mevcut yapıların ortalama beton basınç dayanımı yaklaşık 1 MPa [27], olduğundan tasarım için hedeflenen beton basınç dayanımı 1 MPa dır. Boyuna ve enine donatı olarak düz donatı çeliği kullanılmıştır. Numunelerin 4-5 katlı bir binanın küçük enkesitli alt kat kolonunu temsil etmesi ve beton basınç dayanımının düşük olması sebebiyle, numunelere deney süresine 4

21 uygulanan kesit eksenel yük kapasitesi oranı (ν) yüksektir. Bu oran, numune beton basınç dayanımının değişmesinden dolayı %37-47 değerleri arasında değişmektedir. Üretilen numuneler ardışık iki kat kolonlarından üst kat kolonunun alt yarısı, kat hizasında kolon-kiriş birleşim bölgesi ve alt kat kolonunun üst yarısını temsil etmektedir, Şekil 2.1. Ancak gerçek durumda kirişlere etkiyen eğilme momentleri birleşim bölgesinin alt ve üst kısmında eğriliğin ters yönlü olmasına sebep olurken, uygulanan deney düzeneğinde kiriş momentlerinin etkisi dikkate alınamadığı için tüm kolon boyunca eğrilik aynı yönlüdür. Eğriliğin yön değiştirmesi kolon-kiriş birleşim bölgesinde kesme ve aderans gerilmelerini önemli ölçüde etkileyeceğinden dolayı, kolon-kiriş birleşim bölgelerinin davranışının incelenmek istendiği çalışmalarda bu durum çözülmesi gereken önemli bir sorundur. Bu çalışmanın amacı ise kolon sarılma bölgelerinin davranışının incelenmesi ve güçlendirilmesidir. Bu nedenle birleşim bölgesindeki gerilme dağılımının modellenmesi bu çalışma için önemli değildir, [3,28,29]. Test Bölgesi Alt Kolon Birleşim Üst Kolon Şekil 2.1 Deney Numuneleri Numune Kapasitesi Numuneler eğilme kapasitesine ulaşılmasıyla göçecek şekilde tasarlanmışlardır. Test bölgesi seyrek enine donatı ile donatılmasına karşın oluşacak maksimum kesme kuvvetini karşılayabilecek düzeydedir. Tasarlanan numunelerin moment taşıma 5

22 kapasitesi 47.6 knm ve kritik kesitte bu momenti oluşturacak yatay kuvvet 86.7 kn dur. Numunelerin kesme kuvveti kapasitesi ise 12.9 kn ve bu kuvveti oluşturacak yatay kuvvet 25.8 kn dur. Numune kapasite hesabı detaylı olarak Ek A da verilmiştir. Numunenin davranışının daha iyi anlaşılabilmesi için test bölgesinin dışında hasar oluşması istenmemiş ve bu nedenle test bölgesinin dışı (birleşim ve mesnet bölgesi) deney esnasında oluşacak kesit zorlarını fazlasıyla karşılayacak şekilde donatılmıştır Bindirme Boyu TS e göre [3], bindirme boyu (l o ), bindirme eki yapılacak donatıların akma dayanımı (f yd ) ve beton çekme dayanımı (f ctd ) kullanılarak hesaplanan kenetlenme boyuna (l b ) bağlı olarak hesaplanabilir, Denklem 2.1. l o = α l l (2.1) 1 b b Denklem 2.1 de verilen α 1 katsayısı aynı kesitte eklenen donatı yüzdesine bağlı bir katsayı olup, aynı kesitte donatının en az yarısı ekleniyorsa 1.6, beşte biri veya daha azı ekleniyorsa 1.3 değerini alır. l b ise kanca yapılması durumunda kullanılan bir azaltma faktörüdür, düz donatı için bu azaltma miktarı 15d dir (TS düz donatıda kanca yapılmasını zorunlu kılmaktadır). Kenetlenme boyu (l b ) ise Denklem 2.2 ile hesaplanabilir. l b f yd =.22.d. 4.d (2.2) f ctd Denklem 2.2 de verilen d boyuna donatı çapıdır. TS5-2 e göre [31], bindirme boyu hesabı TS e göre küçük farklılıklar gösterir. Bindirme boyu (l o ) Denklem 2.3 kullanılarak hesaplanır. l o = α. l (2.3) 1 b α = 1.5r (2.4) 1 + 6

23 Denklem 2.3 de verilen α 1 katsayısı Denklem 2.4 kullanılarak hesaplanır. r aynı kesitte eklenen donatının toplam donatıya oranıdır. Bindirme eklerinin tamamının aynı kesitte yapılması durumunda 1 değerine eşittir. Kenetlenme boyu (l b ) ise Denklem 2.5 ile hesaplanabilir. f yd l b =.24.d. (2.5) f ctd ACI [28] yönetmeliğine göre bindirme boyu hesabın aderans gerilmeleri (u), donatı çeliği emniyet gerilmesi (f s ), ve donatı çapı (d) ye bağlı olarak hesaplanmaktadır, Denklem 2.6. f l = s b d 4u (2.6) Denklem 2.6 da yer alan aderans gerilmesi (u) ise, x uzunluğunda çok küçük bir kiriş parçası için yazılabilecek denge denklemlerinden çıkarılabilir. Kiriş parçasının iki ucundaki toplam gerilme farkı ( F t ), x uzunluğundaki toplam aderans gerilmesine ve x uzunluğu boyunca M kadar değişen momentinin manivela koluna oranına eşittir. F Σ (2.7) t = u. x. o M V. x F t = = 2.8) jd jd Bu eşitlikler kullanılarak, aderans gerilmesi (u), V u = (2.9) jd. Σ o olarak bulunur. Burada Σ o donatının çevresi, V kesme kuvveti, jd manivela koludur. ACI aderans gerilmesi hesabında düz yüzeyli donatılar için aşağıdaki bağıntıyı önermiştir. 7

24 u = '.4f 1.1 MPa (2.1) c 199lara kadar betonarme yapı projelerinde çok yaygın olarak kullanılan malzemeler C14 betonu ve düz donatı çeliğidir. Bu malzemelerin hesap dayanımları (f ctd =.87 MPa, f yd =191 MPa) kullanılarak yukarıda bahsedilen yönetmeliklere göre yapılacak bir hesapta, gerilmelerin bindirmeli ek yapılmış kesitte iki boyuna donatı arasında tam anlamıyla aktarılabilmesi için gerekli bindirme boyu, TS e göre boyuna donatı çapının 79 katı, TS 5-2 e göre 86 katı, ACI e göre ise 88 katıdır. Bindirmeli ekli numunelerde bindirme boyu, boyuna donatı çapının 4 katı (4d) olarak 56 mm dir. Bu durumda seçilen bindirme boyu yönetmeliklerin öngördüğü bindirme boyunun yaklaşık %45 ine karşı gelmektedir. Ancak, mevcut yapıların pek çoğu tasarlandıkları malzeme dayanımına sahip olmamakta, beton dayanımları öngörülenden daha düşük, donatı akma dayanımları ise daha yüksektir. Bu nedenle mevcut elemanlar için gerekli bindirme boyu, tasarımda öngörülenden daha büyük olmaktadır. Deney numunelerinin üretiminde kullanılan malzeme dayanımları (f ctd =.71 MPa, f yd =292 MPa) dikkate alındığında boyuna donatı bindirme boyu donatı çapının 145 katı olmaktadır. Bu değer dikkate alındığında seçilen bindirme boyu gerekli bindirme boyunun yaklaşık %27 ine karşı gelmektedir Numune Boyut ve Özellikleri Çalışma kapsamında Yılmaz [36] numuneleri ile birlikte 14 adet 3 mm boyunda 2x3 mm dikdörtgen enkesitli kolon numune sabit eksenel basınç ve tekrarlı yön değiştiren yatay yükler altında denenmiştir. Numuneler, 7 adet bindirmeli ekli ve 7 adet sürekli donatılı olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Her gruptaki 7 adet numuneden 2 adedi güçlendirilen numunelerle karşılaştırma yapabilmek amacıyla orijinal durumunda, diğer 4 adet numune ise farklı üç tip birleşim detayına sahip çelik lif takviyeli öndöküm beton panel elemanlarla güçlendirilerek denenmiştir. Geriye kalan bir adet numune ise ön hasarlı olup onarılarılıp güçlendirilerek denenmiştir. Numuneler hakkında daha detaylı bilgi verilecektir. Numunelerin boyut ve kesit bilgileri Şekil 2.2 de verilmiştir. 8

25 Bindirme boyu: 56 mm (4Ø) Şekil 2.2 Numunelerin Kesit Detayları A-A Kesiti B-B Kesiti Tüm birimler mm dir Tüm numunelerde boyuna donatı olarak 4 adet 14 mm çapında düz, enine donatı olarak ise test bölgesinde 2 mm, test bölgesinin dışında 1 mm aralıkla 8 mm çapında düz donatı kullanılmıştır. Bu donatı miktarlarına karşı gelen boyuna donatı geometrik oranı.1, test bölgesinde enine donatı hacimsel oranı.34 dür. Çalışma kapsamında denenen tüm numunelere ilişkin özellikler Tablo 2.1 de verilmiştir. Numune Tablo 2.1 Numune Özellikleri Yaş (gün) f cj (MPa) ν Boyuna Donatı Düzeni SFRC Panel kalınlığı (mm) C-O Sürekli - LS-O Bindirmeli - C-O Sürekli - LS-O *.37 Bindirmeli - R-C-SFRC *.37 Sürekli 3 mm R-LS-SFRC *.37 Bindirmeli 3 mm R-C-SFRC *.37 Sürekli 15 mm R-LS-SFRC *.37 Bindirmeli 15 mm R-R-C-SFRC *.37 Sürekli 15 mm R-R-LS-SFRC *.37 Bindirmeli 15 mm R-C-SFRC *.37 Sürekli 15 mm R-LS-SFRC *.37 Bindirmeli 15 mm R-W-LS-SFRC *.37 Bindirmeli 15 mm R-L2-C-SFRC *.37 Sürekli 15 mm * 15 gün standart silindir deneyi sonucundan alınmıştır. 9

26 Tabloda gün cinsinden beton yaşı, beton yaşına karşı gelen beton basınç dayanımı (f cj ), eksenel yük oranı (ν), numunenin boyuna donatı düzeni ve güçlendirme panel kalınlığı verilmiştir. Burada eksenel yük oranı (ν), υ = Ncj f '.85 A (2.3) g denklemi ile hesaplanmıştır. Numuneler isimlendirilirken bindirmeli ekli boyuna donatı düzenine sahip ise LS, sürekli boyuna donatı düzenine sahip ise C harfiyle tanımlanmış, bu harfi takip eden harf ise numunenin güçlendirme yöntemini tanımlamaktadır. Örneğin C-O-1 numunesi sürekli donatı düzenine sahip güçlendirilmeden denenmiş birinci numunedir. R-R-LS-SFRC-3 numunesi bindirmeli ekli LS-O-2 numunesinin onarılıp 15 mm kalınlığında çelik lif takviyeli öndöküm beton panel elemanlarla güçlendirilmiş boyuna donatısı bindirmeli ekli numunedir. Tablo 2.1 den de görülebileceği gibi denenen tüm numunelerde beton dayanımı, enine donatı hacimsel oranı ve geometrisi aynı tutulmuş. Sadece güçlendirme yönteminde panel kalınlığı, panel betonu karışımı ve birleşim detayı değişken olarak alınmıştır. Bununla birlikte bir adet bindirmeli ekli donatı düzenine sahip numunede bindirme donatıları kaynaklanmıştır. Tüm numunelerde beton yüzeyi ile enine donatı yüzeyi arasında 2 mm beton örtü tabakası oluşturacak şekilde plastik pas payı kullanılmıştır. Test bölgesinin dışında enine donatı aralığı yarıya indirilerek, hacimsel sargı donatısı oranı iki katına çıkarılmış ve hasarın deney bölgesinde oluşması sağlanmıştır. 2.3 Numunelerin Üretimi Çalışma kapsamında üretilen numuneler İstanbul Teknik Üniversitesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında üretilmişlerdir. Boyuna ve enine donatılar Ek B de detayları verilen poz numaralarına göre uygun boylarda kesilmiş ve demir anahtarı ile şekillendirilmiştir. Boyuna donatılar mesnetlerde 9 o açı ile bükülmüştür, Şekil 2.3. Enine donatılar 1998 Afet 1

27 Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmeliği nde (ABYYHY) belirtildiği gibi uçları 135 o açı ile bükülerek kancalı biçimde değil mevcut kolon donatılarında olduğu gibi 9 o bükülerek yapılmıştır. Burada amaç mevcut yapılarda karşılaşılan tasarım kusurlarını mümkün olduğunca numunelere yansıtmaktır. Şekil 2.3 Donatı Detayları Test bölgesinde iki farklı kesitte tüm donatılara ve birleşim bölgesinden sonraki ikinci enine donatının tüm kollarına şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmıştır. Şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmadan önce donatı yüzeyleri zımparalanarak pas ve imalattan kaynaklanan kaplama malzemesinden arındırılmıştır. Zımparalamadan kaynaklanan toz asetonlu pamuk yardımı ile alınmış ve yüzey yapıştırılmaya hazır hale getirilmiştir, Şekil 2.4. Şekil 2.4 Şekildeğiştirmeölçer Yapıştırılmadan Önceki Yüzey Hazırlığı 11

28 Hazırlanan yüzeylere Cyanoacrylat içerikli Pattex marka güçlü yapıştırıcılar kullanılarak şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmış ve yapıştırmanın tam anlamı ile sağlanması için yapıştırılan şekildeğiştirmeölçer üzerine bir dakika süre ile sabit basınç etkitilmiştir. Şekil 2.5 de şekildeğiştirmeölçerlerin yapıştırılma süreci verilmiştir. Yapıştırılan şekildeğiştirmeölçerler suya karşı yalıtılmak amacı ile N-1 yalıtım malzemesi ile iki kat izole edilmiştir, Şekil 2.6. Bu uygulamanın ardından şekildeğiştirmeölçerlerin hem su yalıtımını sağlamak hem de beton dökümü esnasında zarar görmelerini önlemek amacı ile bitum esaslı VM (Vinil Mastik) ile izole edilmiş ve daha sonra VM bandın üzerine ayrı bir izolasyon bandı sarılmıştır. Bu işlem yapılırken mümkün olduğunca donatı üzerinde az bir kısmın izole edilmesine gayret sarf edilerek bu izolasyon bantlarının beton ile donatı arasındaki aderansda yaratacağı olumsuz etkinin en azda tutulması istenmiştir. Şekil 2.5 Şekildeğiştirmeölçerin Yapıştırılması Şekil 2.6 N-1 ile Yalıtılmış Şekildeğiştirmeölçer 12

29 Yapıştırılan tüm şekildeğiştirmeölçerlerin kablolarına o şekildeğiştirmeölçerin konumunu belirten etiketler yapıştırılarak kalıp dışına alınmış ve beton dökümü sırasında zarar görmemesi için muhafaza edilmişlerdir. Şekildeğiştirmeölçerlerin kabloları kalıp dışına donatı üzerinde en kısa yolu takip edecek şekilde iki grup halinde donatıya bağlanarak taşınmıştır. Şekildeğiştirmeölçerleri yapıştırılan numuneler sıkıştırılmış ahşap malzemeden üretilen ve kalıp yağı ile yağlanan kalıplara yerleştirilmişlerdir. Şekil 2.7 de numunelerin beton dökümünden önceki son halleri görülmektedir. Şekil 2.7 Şekildeğiştirmeölçerlerinin İzolasyon İşlemi Tamamlanmış Numunelerin Beton Dökümünden Önceki Son Hali Bu aşamadan sonra numunelerin üretim aşaması hepsi aynı gün ve aynı mikserden alınan hazır beton kullanılarak tamamlanmıştır. Betonun kalıba alınması esnasında su/çimento oranın yüksek olmasına karşın yerleşmenin iyi olmasını temin etmek amacıyla vibratör kullanılmıştır, Şekil

30 Şekil 2.8 Beton Dökümü ve Sıkıştırılması Numuneler üretildikten sonra mesnet bölgesinde oluşan hasarın önüne geçmek amacı ile mesnet bölgeleri 3 kat karbon lif takviyeli polimer (CFRP) tabakası ile sarılmıştır. CFRP uygulamasından önce köşeler 2 cm yarıçapında yuvarlatılmış beton yüzeyindeki zayıf tabaka zımparalanarak kaldırılmıştır. Tozdan tamamen arındırıldıktan sonra beton yüzeyin tutunma yeteneğini arttırmak amacıyla astar uygulanmış, daha sonra yüzeydeki boşlukları kapatmak amacıyla macun uygulaması yapılmış ve son olarak epoksi yapıştırıcı kullanılarak CFRP tabakaları sarılmıştır. CFRP uygulaması ile ilgili adımlar Şekil 2.9 da verilmiştir. Şekil 2.9 Mesnetlerde CFRP Uygulaması 14

31 2.4 Numunelerin Onarımı Bu tez çalışması kapsamında önhasarlı numunelerinin onarılıp Manto Tip 3 ile sarılarak güçlendirildikten sonra performansının incelenmesi öngörülmüştür. Bu amaçla daha önce orijinal olarak test edilen C-O-2 ve LS-O-2 numuneleri onarılıp güçlendirilmiştir. Onarım işlemi öncesinde yoğun bir şekilde hasar gören C-O-2 ve LS-O-2 numunelerinin ilk formuna getirilmesi için laboratuvar şartlarında bazı çalışmalar yapılmıştır [35]. Her iki numune de hasarlı beton, hasar durumuna göre pas payının dökülmesi ya da çekirdek bölgesi de dahil olmak üzere tamamen dökülmesi suretiyle temizlenmiştir. Boyuna donatıları sürekli olan C-O-2 numunesinin burkulan donatıları mümkün olduğunca düzeltilmeye çalışılmıştır. Her iki orijinal numunede de deney sırasında düzlem dışı hareket oluşmuştur. Bu sorun laboratuvarda bulunan vinç ve hidrolik kriko kullanılarak mümkün olduğu kadar iyileştirilmeye çalışılmıştır. Numunenin bir ucu sabitlenerek diğer ucundan ya da sorunlu bölgeden itme veya çekme uygulanmıştır. Numunelerin onarım öncesi görünümleri Şekil 2.1 ve Şekil 2.11 de verilmiştir. Şekil 2.1. C-O-2 Numunesinin Onarım Öncesi Durumu 15

32 Şekil LS-O-2 Numunesinin Onarım Öncesi Durumu Dökülen kısımlara beton dökülmesinden önce kalıp görevini görmek üzere strafor cinsi bir malzeme uygun boyutlarda kesilmiştir. Onarım öncesi gerekli ön hazırlıklar yapıldıktan sonra YKS tarafından üretilen yüksek dayanımlı, kendiliğinden yerleşen, büzülme yapmayan, rötresiz çimento esaslı tamir harcı (Emaco S55) ile dökülen betonların yeri doldurulmuştur. Bu işlem öncesinde ilgili bölgeler temizlenmiştir. Dökülen beton yüzeyinin üzeri pürüzlü olduğundan ayrıca bir işlem yapılmamıştır. Tamir harcı su ile karıştırılıp hazırlandıktan sonra kalıba bir seferde dökülmüştür. Böylece hava sıkışması önlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca betonda oluşan çatlaklar da çok düşük viskoziteli epoksi enjeksiyon malzemesi ile tamir edilmiştir. Bu amaçla çift bileşenli Concresive 132 malzemesi kullanılmıştır. Ağırlıkça %88 epoksi reçinesinin (A komponenti) içine %12 sertleştirici (B komponenti) konarak homojen bir karışım elde edilinceye kadar karıştırılmıştır. Uygulama yapılacak bölgelere bir kat rulo veye fırça ile Concresive 132 sürülmüştür. Çatlak boyunca 1-15 cm derinliğinde delikler açılmış ve çatlak genişliğine ve uzunluğuna bağlı olarak pakerler deliklere yerleştirilmiştir. Gevşek beton parçaları ve toz arındırılmıştır. Çatlakların üzeri Concresive 1495 ile kapatılmıştır. En altaki pakere enjeksiyon pompası bağlanmış ve basınç yavaşça artırılmıştır. Enjeksiyon malzemesi üst pakerden çıktığında alttaki paker kapatılmıştır. Bu sayede beton içinde bulunan kılcal çatlaklar onarılmıştır. Epoksi enjeksiyonu ile ilgili bazı aşamalar Şekil 2.12 de verilmiştir. 16