T.C. PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Transkript

1 T.C. PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI FRP SARGILI PERDE DUVARIN YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ ENİS BAŞ DENİZLİ, TEMMUZ

2 T.C. PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI FRP SARGILI PERDE DUVARIN YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ ENİS BAŞ DENİZLİ, TEMMUZ

3 KABUL VE ONAY SAYFASI Enis BAŞ tarafından hazırlanan FRP Sargılı Perde Duvarın Yükler Altındaki Davranışının İncelenmesi adlı tez çalışmasının savunma sınavı tarihinde yapılmış olup aşağıda verilen jüri tarafından oy birliği / oy çokluğu ile Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi olarak kabul edilmiştir. Jüri Üyeleri İmza

4 Bu tez çalışması Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 2014FBE064 nolu proje ile desteklenmiştir.

5 Bu tezin tasarımı, hazırlanması, yürütülmesi, araştırmalarının yapılması ve bulgularının analizlerinde bilimsel etiğe ve akademik kurallara özenle riayet edildiğini; bu çalışmanın doğrudan birincil ürünü olmayan bulguların, verilerin ve materyallerin bilimsel etiğe uygun olarak kaynak gösterildiğini ve alıntı yapılan çalışmalara atfedildiğine beyan ederim.

6 ÖZET FRP SARGILI PERDE DUVARIN YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ ENİS BAŞ PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI (TEZ DANIŞMANI: PROF. DR. HASAN KAPLAN) DENİZLİ, TEMMUZ Geçmiş depremler, betonarme taşıyıcı sisteme sahip mevcut yapıların deprem performansı bakımından yetersiz olduğunu göstermiştir. Yetersiz yapıların, faaliyetlerini aksatmadan hızlı bir şekilde güçlendirilmesi önem arz etmektedir. Geleneksel yöntemler ile yapılan güçlendirmeler de çoğunlukla dış perde uygulaması yapılarak yapının deprem kuvvetlerine karşı performansı arttırılmıştır. Fakat bu güçlendirme yöntemi tahribatlı, uzun süreli ve meşakkatlidir. Teknolojinin de gelişmesi ile yapıların daha hızlı ve güvenilir olarak güçlendirme olanakları oluşmuştur. Bu alanda, yüksek çekme mukavemetine sahip korozyona karşı dayanıklı, uygulanabilirliği kolay ve pratik bir malzeme olan CFRP (Karbon Lifli Polimer) ile yapılar güçlendirilmektedir. Bu çalışma kapsamında CFRP in betonarme kesme perdelerinde uygulanmasının perde duvarın taşıma kapasitesine katkısı incelenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda 1m*1m*0,1m ebatlarında 3 adet betonarme kesme perdesi üretilmiştir. Üretilen perdelerden bir tanesi, deney verilerine referans olması için hiçbir güçlendirme uygulaması yapılmadan yalın halde bırakılmıştır. Diğer iki modelden, biri diyagonal diğeri ise yatay doğrultuda CFRP ile sargılanarak güçlendirme yapılmıştır. Oluşturulan deney modellerine tersinir tekrarlı yüklemeler yapılarak performans düzeyleri arasındaki farklar belirlenmiştir. Modellerin belirlenen noktalardaki deformasyonları, kritik kesitlerdeki kesit tesirleri ve gerilme durumları belirlenmiştir. Yapılan deneysel çalışma sonuçlarına göre CFRP nin perde duvarların kesme kapasitesini önemli ölçüde arttırdığı gözlemlenmiştir. Ele alınan perde modelleri için CFRP nin diyagonal uygulanmasında yalın perde duvara göre %60, yatay sargılanmış modele göre de %90 a yakın kapasite artışı olduğu gözlemlenmiştir. CFRP nin mevcut perde duvarlarda kesme dayanımını arttırmak için kullanılabileceği belirlenmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Perde Duvar, CFRP(Karbon Lifli Polimer), Güçlendirme i

7 ABSTRACT INVESTIGATION OF BEHAVIOR OF SHEAR WALLS WRAPPED WITH FRP UNDER LOADS MSC THESIS ENİS BAŞ PAMUKKALE UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE CİVİL ENGİNEERİNG (SUPERVISOR: PROF. DR. HASAN KAPLAN) DENİZLİ, JULY 2015 Recent earthquakes have shown that existing reinforced concrete buildings is inadequate in regard to their seismic performance. Therefore, there is a need to strengthen those buildings in order to avoid any serviceability of the structure and any catastrophic results. It is important for inadequate structures to strengthen quickly without disrupting their activities under seismic loading. The performance of the buildings has been increased against seismic forces with traditional exterior curtain wall application. However, this reinforcing process is destructive, long term, and onerous. With the development of technology, it became possible to reinforce structures faster and in a more reliable way. In this field, the buildings are strengthened with CFRP (carbon fiber-reinforced polymer) which is strong in tension, corrosion-resistant, easy, and practical in application. In this study, the contribution of CFRP application on concrete shear walls in order to increase the seismic performance has been examined. Three reinforced concrete shear walls in the size of 1m*1m*0,1m are procreated in the experimental study. One of the produced shear walls has been left nominative without any strengthening application to be a reference to the experimental data. On the other hand, one of the other two walls has been strengthened in horizontal direction while the other one is strengthened in vertical direction by wrapping with CFRP. In order to specify the level of performances, cyclic loading applied to the test specimens. The deformation of the designated points of models, cross-sectional effects and stress distribution in critical sections have been determined. As a result of the experimental studies, it is observed that the CFRP has considerably increased the capacities of shear walls. Besides, it was found that the vertically wrapped specimen has 60% growth and horizontally wrapped specimen has 90% growth in terms of seismic performance. Thus, CFRP seems to be a reliable material in order to increase the shear strength of the existing reinforced concrete walls. KEYWORDS: Shear Wall, CFRP( Carbon Fiber-Reinforced Polymer), Reinfocement ii

8 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... i ABSTRACT... ii İÇİNDEKİLER... iii ŞEKİL LİSTESİ... v TABLO LİSTESİ... vii KISALTMALAR... viii SEMBOL LİSTESİ... ix ÖNSÖZ... x 1. GİRİŞ Konu Amaç Kapsam Ve Düzeni ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Güçlendirme Yöntemlerine Genel Bakış Literatür Çalışmaları Pamukkale Üniversitesinde Yapılan Çalışmalar Literatür Değerlendirmesi DENEY MODELLERİ VE DENEY SİSTEMİ Deney Modelleri Referans Model Diyagonal FRP Sargılı Deney Modeli Yatay Doğrultuda FRP İle Sargılanmış Deney Modeli Malzeme Özellikleri Beton Donatı CFRP Kimyasal Yapıştırıcı Deney Numunelerinin Üretimi Deney Düzeneği Yükleme Düzeneği Ölçüm Düzeneği Veri Toplama Düzeneği DENEYİN YAPILMASI Giriş RM Deneyi Kayma Kesmesinin Oluşumu DSM Deneyi YSM Deneyi ANALİTİK ÇALIŞMALAR Giriş Kayma Kesmesinin Modellenmesi RM İçin SEMAp Yazılımı İle Yapılan Çalışma SAP2000 Yazılımı İle Yapılan Çalışma RM Modellenmesi iii

9 5.4.2 DSM Modellenmesi YSM Modellenmesi ARAŞTIRMA BULGULARI Giriş Deneysel Çalışmada Elde Edilen Bulgular Analitik Çalışma Kapsamında Elde Edilen Bulgular Analitik Çalışma İle Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi SONUÇLAR VE ÖNERİLER Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ iv

10 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa Şekil 2.1: Sistem iyileştirmesi ile güçlendirme... 5 Şekil 3.1: Perde duvarın şematik görünümü Şekil 3.2: Betonarme perde duvar için kalıp planı ve üç boyutlu görünümü Şekil 3.3: Deney modellerinin donatı planı Şekil 3.4: Diyagonal doğrultuda CFRP uygulaması Şekil 3.5: Yatay doğrultuda CFRP uygulaması Şekil 3.6: Deney numunesinden alınan küp numuneler ve basınç dayanımının belirlenmesi Şekil 3.7: CFRP(Karbon lif takviyeli polimer) Şekil 3.8: Ankraj deliklerinin bırakılması Şekil 3.9: Perde duvarların kalıplarının hazırlanması Şekil 3.10: Donatıların hazırlanması Şekil 3.11: Donatıların kalıba yerleştirilmesi Şekil 3.12: Pas paylarının bırakılması ve perde numunelerinin yükleme düzeneğine bağlanması için saplamaların yerleştirilmesi Şekil 3.13: Betonun dökülmesi Şekil 3.14: Dökülmekte olan betonun kalıplara yerleştirilmesi Şekil 3.15: Betona vibratör uygulanması Şekil 3.16: Beton döküm işinin tamamlanması Şekil 3.17: Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı Şekil 3.18: Deney düzeneğinin genel görünümü Şekil 3.19: Deney düzeneğinin üç boyutlu görünümü Şekil 3.20: Deplasman ölçerlerin yerleşim planı Şekil 3.21: Deplasman ölçerlerin yerleşim planının önden ve üstten görünümü Şekil 3.22: Veri toplama sisteminin şematik olarak çalışma şekli Şekil 3.23: Deneyde kullanılan deplasman ölçerler Şekil 3.24: Deneyde kullanılan yük hücresi ve mafsal bağlantıları Şekil 3.25: Deney düzeneğinin genel görünümü Şekil 4.1: Deney modelinin görünümü Şekil 4.2: RM deneyi deplasman-zaman geçmişi Şekil 4.3: Yük-deplasman çevrimi Şekil 4.4: Deney sonrası oluşan hasarlar ön taraf Şekil 4.5: Deney sonrası oluşan hasarlar arka taraf Şekil 4.6: Deney sonrası oluşan hasarların sırası ile oluşumu Şekil 4.7: Perde başlık bölgelerinde görülen hasarlar Şekil 4.8: Deney sonrasında oluşan çatlakların görüntüsü Şekil 4.9: Deney sonrasında oluşan çatlakların şematik görünümü Şekil 4.10: Kayma kesmesinin oluşumu Şekil 4.11: RM deki kayma kesmesinin oluşumu Şekil 4.12: DSM nin deney yapılmadan önceki görünümü Şekil 4.13: DSM deneyi deplasman-zaman geçmişi Şekil 4.14: DSM için yük-deplasman çevrimi v

11 Şekil 4.15: DSM deneyinde deney sonrası oluşan hasar ön taraf Şekil 4.16: Perde duvar başlık bölgesinde CFRP içinde betonun dağılması Şekil 4.17: Perde duvar temeline bağlı olan CFRP nin temelde kopması Şekil 4.18: DSM nin deney sonrasındaki görünümü Şekil 4.19: YSM nin deney yapılmadan önceki görünümü Şekil 4.20: YSM deneyi deplasman-zaman geçmişi Şekil 4.21: YSM için yük-deplasman çevrimi Şekil 4.22: YSM nin deney sonrasındaki görünümü Şekil 4.23: YSM nin deney esnasında tabandaki CFRP nin kopması Şekil 4.24: YSM nin deney esnasındaki kesme çatlakları Şekil 5.1: Moment-Eğrilik Grafiği (M- ) Şekil 5.2: RM deney elemanının sonlu eleman modeli Şekil 5.3: RM deney elemanının sonlu eleman modeli Şekil 5.4: CFRP nin SAP2000 yazılımı ile perde duvara uygulanması Şekil 5.5: DSM deney elemanının sonlu eleman modeli Şekil 5.6: DSM deney elemanın sonlu eleman modeli Şekil 5.7: YSM deney elemanın sonlu eleman modeli Şekil 5.8: YSM deney elemanın SAP2000 ile sonlu elemanlara bölünmesi Şekil 5.9: YSM deney elemanın sonlu eleman modeli Şekil 6.1: RM deneyi zarf eğrisi Şekil 6.2: DSM deneyi zarf eğrisi Şekil 6.3: YSM deneyi zarf eğrisi Şekil 6.4: RM numunesi deneysel ve sayısal model Şekil 6.5: DSM numunesi deneysel ve sayısal model Şekil 6.6: YSM numunesi deneysel ve sayısal model vi

12 TABLO LİSTESİ Sayfa Tablo 3.1: Deney modellerinin kodlanması ve açıklaması Tablo 3.2: Beton basınç dayanımları Tablo 3.3: CFRP özellikleri Tablo 3.4: Epoksi malzemesinin özellikleri Tablo 5.1: Değişik durumlar için kesme-sürtünme katsayıları Tablo 6.1: Deneylerde bulunan yatay yük değerleri ve deplasmanlar vii

13 KISALTMALAR CFRP Polymer) DSM DBYBHY FRP LVDT PAÜ RM TDG YSM : Karbon Takviyeli Lifli Polimer (Carbon Fiber Reinforced : Diyagonal Sargılanmış Model : Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik : Fiber Reinforced Polymer : Lineer Variable Differential Transformer : Pamukkale Üniversitesi : Referans Model : Teknik Destek Grubu : Yatay Sargılanmış Model viii

14 SEMBOL LİSTESİ Awf : Kesme-sürtünme donatısı kesit alanı BÇI (S220) : Akma sınırı 220 N/mm 2 olan çelik BÇIII(S420a) : Akma sınırı 420 N/mm 2 olan çelik BÇIII(S420b) : Akma sınırı 420 N/mm 2 olan çelik (soğuk mekanik işlem) BÇ IV (S500a):En küçük akma sınırı 500 N/mm 2 olan çelik b : Perde genişliği C30 : 28 günlük beton karakteristik silindir basınç dayanımı 30 MPa fye : Donatının akma dayanımı fyd : Sargı donatısının minimum akma dayanımı H : Perde yüksekliği Mmax : Maksimum moment kapasitesi M : Moment Δ/H : Yatay ötelenme oranı Δmax/H : Maksimum yatay ötelenme oranı V : Kesme kuvveti Vmax : Maksimum yük kapasitesi : Eğrilik : Birim Kısalma µ : Kesme sürtünme katsayısı ix

15 ÖNSÖZ Bu çalışma Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Yapı Anabilim Dalı nda Yüksek Lisans Tezi olarak hazırlanmıştır. FRP Sargılı Perde Duvarın Yükler Altındaki Davranışının İncelenmesi başlıklı bu çalışmayı bana öneren, yüksek lisans öğrenimim boyunca yardımlarını esirgemeyen, hem akademik hem de ahlaki değerleri ile bana ışık tutan değerli hocam, Prof. Dr. Hasan KAPLAN hocama teşekkürü bir borç bilirim. Tez dönemi boyunca yardım ve destekleri ile yanımda olan Sayın hocam Doç. Dr. Nihat ÇETİNKAYA ya, her daim yardımlarını esirgemeyen çalışma arkadaşlarım, İbrahim Hakkı ÖZİÇ, Hüseyin GÜVEN ve Ali KALKAN a, Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği bölüm personeline çok teşekkür ederim. Hayatım boyunca maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen babam Eyüp BAŞ a, annem Altun BAŞ a, Yüksek lisans tezimi yazma aşamasında yanımda duran ve hiçbir zaman desteğini esirgemeyen sevgili eşim Hümeyra BAŞ a ve tüm aileme sonsuz teşekkür ederim. Yüksek lisans çalışması Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Koordinasyon Birimi tarafından 2014FBE064 nolu proje ile de desteklenmiştir. Katkılarından dolayı Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Koordinasyon Birimi ne teşekkür ederim. Temmuz 2015 Enis BAŞ (İnşaat Mühendisi) x

16 1. GİRİŞ 1.1 Konu Afetlerin önlenmesi ve risklerinin azaltılması çalışmaları sürdürülebilir kalkınmanın ön koşulu olarak değerlendirilmektedir. Ülkemizde hem Onuncu Kalkınma Planı ( ) hem de Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığınca hazırlanan Ulusal Deprem Stratejisi ve Eylem Planı ( ) n da afet zararlarının azaltılması önemle vurgulanmaktadır. Ülkemizin % 66 sı, nüfusunun % 70 i ve sanayi tesislerinin % 75 i; 1. ve 2. derece deprem bölgelerinde yer almaktadır. Son yüz yılda yaşanan depremlerde; yaklaşık kişi hayatını kaybetmiş, kişi yaralanmış ve konut ağır hasara uğramıştır. Deprem risklerine karşı etkili mücadele etmenin en önemli ayağı; deprem bakımından yetersiz yapıların güçlendirilmesidir. Güçlendirmenin hızlı ve ekonomik bir şekilde uygulanması için yeni tekniklerin geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması önem arz etmektedir (Anonim a, 2012). Betonarme taşıyıcı sisteme sahip yapılarda betonarme perdeler yapı dayanımı ve rijitliği arttırıcı elemanlar olarak kullanılmaktadırlar. Günümüzde de özellikle yüksek katlı yapıların yapımında betonarme perdeli taşıyıcı sistemler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Perde duvarlar uzun kenarının kalınlığına oranı en az 7 olan düşey taşıyıcı elemanlardır. Yapılarda yatay yüklerin karşılanmasında perde duvarlar etkili bir rol oynamaktadır. Taşıyıcı sistemlerde kat sayısı arttıkça göreli kat ötelenmesi de artacaktır. Bu tür göreli kat ötelenmelerini azaltmak için perde duvarların kullanılması neredeyse zorunlu hale gelmiştir. Yapılara gelen deprem kuvvetlerine taşıyıcı sistemdeki elemanlar rijitlikleri oranında karşı koymaktadırlar. Perde duvarların rijitlikleri diğer elemanlara göre daha fazla olduğundan taşıyıcı sisteme gelen kuvvetleri perdelerin oranına göre perde duvarlar karşılayacaktır. Yüksekliği enine oranı 2 ve daha küçük olan perdelere kısa perdeler denmektedir. Bu şekilde tasarlanan perdelerin H/L oranı küçük olduğundan 1

17 depremden kaynaklanan yatay yükler kesme kuvvetlerine sebep olur. Bu kesme kuvvetlerinin kritik olduğu durumlarda kısa perdelerde sünekliğin sağlanması sıkıntı olabilmektedir. Bu durumdaki kısa perdelerin kesme kapasitesini arttırmak için CFRP (Karbon Lifli Polimer) yi perde duvara uygulayarak kesme kapasitesindeki değişimi deneysel olarak incelenmiştir. Bilindiği üzere lifli polimerlerin çekme dayanımı çelikten bile fazla olduğundan perde duvarların kesme kapasitesinin artımına katkı sağlaması beklenmektedir. 1.2 Amaç Daha önce yapılan çalışmalar ve yaşanılan depremler neticesinde kısa perdelerde kesme kuvveti altında kesme çatlakları denilen diyagonal doğrultuda çatlakların oluştuğu görülmüştür. Bu çatlaklar kesme kuvvetinden kaynaklanan ve eğik yüzeylerde oluşan asal çekme gerilmelerinde dolayı oluşmaktadır. Bu çalışmanın amacı mevcut betonarme perde duvarları CFRP ile güçlendirerek yük taşıma kapasitesindeki değişimi incelemektir. CFRP yi üretilen deney numunelerinde yatay ve beklenen kesme çatlakları doğrultusunda uygulayarak kapasitedeki değişim araştırılacaktır. Diğer taraftan ise hangi sargılama yönteminin kesme kapasitesine ne kadar katkı sağladığı da belirlenecektir. 1.3 Kapsam Ve Düzeni Çalışma kapsamında, 100x100x10 cm boyutlarında 3 adet betonarme perde duvar üretilmiştir. Tasarlanan betonarme perde duvarlarda ilk olarak güçlendirme işlemi uygulanmayan perde duvar Pamukkale Üniversitesi Deprem ve Yapı Teknolojileri Araştırma Laboratuvarında deneye tabi tutularak kapasitesi belirlenmiş ve daha sonra CFRP ile farklı şekillerde güçlendirilip tekrar deneye tabi tutulmuştur. Bu şekilde hangi sargılama yönteminin ne kadar katkı sağladığı belirlenmeye çalışılmıştır. Tezin düzenlemesi olarak birinci bölümde; konu, amaç, tezin kapsam ve düzeni kısaca özetlenmiştir. 2

18 İkinci bölümde ise betonarme yapıların güçlendirmesi ile ilgili kısaca bilgilendirmeler yapılıp literatürde CFRP ile yapılan güçlendirmeler hakkında bilgi verilmiştir. Yine ikinci bölümde Pamukkale Üniversitesinde yapılan çalışmalar hakkında bilgilendirme yapılmıştır. Üçüncü bölümde deney modellerinin üretimi, geometrik ve mekanik özellikleri, güçlendirme yönteminin şekli ve yapılışı, kullanılan malzemeler, deneyin nasıl yapılacağı ve ölçüm düzeneğinin nasıl olacağı hakkında bilgilendirme yapılmıştır. Dördüncü bölümde yapılan deney sonuçları aktarılmış, CFRP uygulanan ve uygulanmayan perde duvarlardaki hasar şekilleri gösterilmiş ve duvarların davranışları hakkında bilgiler verilmiştir. Beşinci bölümde deneyi yapılan perde duvarların analitik çözümleri verilmiştir. SAP2000 ve SEMAp programları kullanılarak numunelerin yükler altındaki davranışları gösterilmiştir. Altıncı bölümde elde edilen araştırma bulguları incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Yedinci bölümde ise elde edilen sonuçlar tartışılmış ve gelecekte yapılacak çalışmalar için öneriler sunulmuştur. 3

19 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 2.1 Güçlendirme Yöntemlerine Genel Bakış Onarım ve güçlendirme iki genel kategoride değerlendirilmektedir. Bunlar sistem davranışı iyileştirme ve eleman onarımı/güçlendirmesidir. Yapı taşıyıcı elemanlarından deprem ya da başka bir etki ile taşıması öngörülen yükleri taşıyamayan ya da çeşitli nedenler ile hasara uğramış kiriş, kolon ve konsol elemanlar gibi yapı elemanlarının onarılması veya güçlendirilmesi ikinci kısma girmektedir. Diğer taraftan dış etkiler ya da yapının yapımından kaynaklanan olumsuz etkilerden dolayı yapı sistem olarak dayanımında kayıplar olabilir. Bu sıkıntıları aşmak için; yapılan bazı işlemler ya da yapıya eklenen yeni bazı taşıyıcı elemanlar etkisiyle, yapı sisteminin genel davranışı önemli ölçüde değiştirilebilir. Yapı sisteminin niteliğini değiştirmeye yönelik bu tür işlemler sistem davranışı iyileştirme olarak adlandırılır. Bu iki yaklaşımdan hangisinin seçileceği ya da iki yaklaşımın nasıl ve ne oranda bir arada kullanılacağı, uğraşılan sorunla ve ele alınan yapının özellikleri ile yakından ilgilidir (Anonim b, 2004). Mevcut betonarme yapıların güçlendirilmesi ile ilgili özellikle ülkemizde sistem iyileştirmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Bu şekilde yapılan güçlendirmelerle eleman yetersizlikleri sistemin kapasitesi arttırılarak giderilmektedir. Yine ülkemizde güçlendirmesi gereken yapılara yeni eleman olarak perde duvarlar eklenmektedir. Bilindiği üzere betonarme perde duvaralar yapının yatay yük kapasitesine önemli ölçüde katkı sağlarlar. Betonarme perde duvarlar kolon gibi elemanlara göre daha rijit olduğundan sistemin rijitliğini arttırmakta fakat sünekliğe ciddi bir etkileri olmamaktadır. Şekil 2.1 de Kaplan ve Yılmaz (2006) tarafından yapılan sistem güçlendirmesine ait bir örnek gösterilmiştir. 4

20 Şekil 2.1: Sistem iyileştirmesi ile güçlendirme 2.2 Literatür Çalışmaları Ülkemizde de güçlendirme çalışmaları uzun bir zamandan beri yapılmaktadır. Bu konuda yapılan çalışmalardan biri 1967 yılında Ersin Arıoğlu tarafından Adapazarı Belediye Binasının güçlendirilmesidir. Bu yapı 1964 yılında kullanıma açılmıştır. Yapımından 3 yıl sonra meydana gelen depremde hasar görmüş ve güçlendirilmesine karar verilmiştir. Arıoğlu ve arkadaşları binayı depremlere karşı güçlendirirken kolonlara mantolama, kirişlerde güçlendirme ve betonarme perde duvarlar ilave etmişlerdir. Güçlendirilmiş bu yapı 17 Ağustos 1999 deki Marmara depreminden sonra Berkeley Üniversitesi tarafından incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda yapının deprem performansını mükemmel olarak nitelendirmişlerdir (Sezen ve diğ. 2000). Saatçioğlu (1990), betonarme kısa perdelerin deprem yükü davranışlarını tersinir tekrarlı yükler altında deneysel olarak incelemiştir. Asal çekme kırılmalarının duvar donatısı ile önlendiği elemanlarda, perde tabanı boyunca kesme kayması gözlemlemiştir. Bu tür duvarlarda kesme kaymasının kritik olduğunu ve davranışın sünekliğini azalttığını deneysel olarak göstermiştir. Yine bu deneyler neticesinde perde duvarlarda kaymayı önleyici özel donatı türü geliştirmiştir. Bu donatılar sayesinde deney elemanlarımda kaymanın ortadan kalktığını gözlemlemiştir. Nanni ve Norris (1995), yaptıkları deneysel çalışmada FRP ile sargılanan 26 adet dikdörtgen ve daire kesite sahip betonarme elemanların yükler altındaki davranışlarını incelemişlerdir. Numuneler, eğilme ve eksenel yük etkisinde ya da eksenel yük olmadan iki grup halinde test edilmiştir. İlk grupta daire en kesitli 5

21 kolonlar, farklı genişlik ve kalınlıkta şekilde FRP ile sarılmıştır. İkinci grupta ise dikdörtgen ve daire enkesitli kolonlar, numune boyutlarına göre önceden biçimlendirilen FRP ile güçlendirilmiştir. Bant şeklinde FRP ile güçlendirilen kolonlarda, orijinal numunelerde görülen beton ezilmesi ve kesme göçmesi engellenmiştir. Bu güçlendirme işleminin dikdörtgen enkesitli kolonlar için uygun olmadığı sonucuna varmışlardır. Saadatmanesh ve diğ. (1997), kusurlu bir yapıyı simgelemek için yetersiz bindirme boyu ve enine donatılarda donatı eksiği bulunan 1/5 ölçeğinde 2 şer adet daire ve dikdörtgen boyutlara sahip köprü kolonları üretmişleridir. Bu üretilen kolonlar hasara uğratılıp daha sonra FRP ile güçlendirilmiştir. Deneyler sonucunda, güçlendirmenin daire en kesitli kolonlarda etkili olduğu gibi dikdörtgen en kesitli kolonlarda da etkili olduğu gözlemlemişlerdir. Güçlendirilmiş bütün kolonlarda yatay yük taşıma ve süneklik kapasitelerinde önemli oranda artış olduğunu belirlemişlerdir. Taghdi ve diğ. (2000), aynı boy oranlarına sahip 3 adet betonarme ve 2 adet yığma duvar üretmişlerdir. Bu duvarların birer tanesini yalın olarak tersinir tekrarlı yükler altında denemişlerdir. Yığma ve betonarme duvarı diyagonal çelik şeritler ile güçlendirmişlerdir. Bunlara ilave olarak betonarme duvarı düşey yönde de çelik şeritler ile güçlendirerek bu güçlendirmelerin deney elemanlarına olan katkılarını incelemişlerdir. Deney sonucunda çelik şeritlerin uygulama yönlerine göre yığma ve betonarme duvarların kesme kapasitesine önemli ölçüde katkı sağladıklarını görmüşlerdir. Li ve diğ. (2001), düşey FRP sargılar ile güçlendirilmiş beton duvar numune ile yatay FRP sargılar ile güçlendirilmiş beton duvar numunenin yatay yük etkisindeki davranışını gözlemlemek amaçlı çalışmalar yapmışlardır. Güçlendirilen her iki numunenin davranışı düşey FRP ile güçlendirilmiş duvardan FRP nin sıyrılmasına kadar aynısıdır. Düşey FRP uygulaması yapılan numunenin yatay yük taşıma kapasitesi referans numunesine göre 3 kat artmış iken, yatay FRP sargı ile güçlendirilmiş numune yük taşıma kapasitesi 6 kat arttırdığını belirtmişlerdir. Hidalgo ve diğ. (2002), yaptıkları deneysel çalışmada 26 adet farklı; en, boy kalınlık donatı oranları ve beton kalitesine sahip betonarme perde duvarları deneysel 6

22 olarak tersinir tekrarlı yükler altında denemişlerdir. Aynı boyutlara ve yatay yöndeki donatı oranlarına sahip betonarme perde duvarlarda düşey yöndeki donatı oranlarının değişiminin perde duvardaki kesme kapasitesine olan katkısını incelemişlerdir. Yine aynı çalışmada ayrı ayrı yatay ve düşey donatıların olmaması durumunda kesme kapasitesinde ki değişimleri ve ideal donatı oranları deneysel olarak incelemişlerdir. Çetinkaya ve diğ. (2004), betonarme kirişlerin karbon lifli polimer malzemelerle onarım ve güçlendirilmesi üzerine deneysel çalışmalar yapmışlardır. Yaptıkları çalışmalarda, 4 adet betonarme kirişin FRP malzemelerle deneye tabi tutulmadan güçlendirilmesi ve deney sonrasında onarılıp güçlendirilip yük yer değiştirme eğrisi elde edilerek elemanların statik yük altında onarım ve güçlendirmeden önceki ve sonraki davranışı karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışma 4 aşamadan oluşmaktadır. Birinci bölümde deney kirişlerinden iki tanesi yalın olarak herhangi bir onarım veya güçlendirilme yapılmadan deneye tabi tutulmuş ve yalın kirişlerin yük deplasman grafikleri elde edilmiştir. İkinci bölümde deneye tabi tutulan kirişlerin onarımı yapılarak iki farklı güçlendirme yöntemi uygulanmıştır. Üçüncü bölümde hasar görmemiş olan kiriş elemanı güçlendirilerek yük-deplasman grafiği elde dilmiştir. Dördüncü bolümde ise deneye yol göstermesi açısından silindir numuneyi yalın ve FRP ile sargılayarak denemişlerdir. Bu çalışma neticesinde kirişlerin FRP onarım ve güçlendirmesinin taşıma gücünü çok büyük ölçüde arttırdığını ortaya koymuşlardır. Ghobarah ve Khalil (2004), betonarme kısa perdelerin karbon takviyeli polimerler ile güçlendirilmesi üzerine deneysel çalışma yapmışlardır. İlk aşama da yalın olarak bırakılan betonarme perde duvara deprem yükü davranışları ile tersinir tekrarlı yükler altında denemişlerdir. İkinci aşamada FRP yi perde duvarı tamamen sargılayacak uygulamışlardır. Aynı zamanda bu güçlendirme yöntemini uygularken FRP yi perde duvarla temasını 2 farklı şekilde ankrajlayarak güçlendirmede ankraj etkisini de araştırmışlardır. Sonuç olarak kısa perde duvarların FRP ile güçlendirilmesi başarılı sonuçlar verdiğini gözlemlemişlerdir. Antoniades ve diğ. (2005), değişken donatı oranlarına sahip konsol betonarme perdeleri farklı şekillerde cam takviyeli polimerler ve karbon takviyeli polimerler ile güçlendirmişlerdir. Bu güçlendirme yöntemlerini uygularken aynı anda lifli polimerlerin temel ile bağlantı noktalarında farklı ankraj sistemleri 7

23 denemişlerdir. Deney sonuçlarında lifli polimerlerin konsol perdelerin güçlendirilmesine olumlu katkı sağladığını gözlemlemişlerdir. Bu güçlendirme yönteminde lifli polimerlerin konsol perde ile birlikte çalışması için temel ile ankraj şeklinin de dayanıma olumlu katkı sağlayacağını ifade etmişlerdir. Peker (2005), yaptığı yüksek lisans tez çalışmasında daire, kare ve dikdörtgen kesitlere sahip betonarme elemanları karbon lif takviyeli polimerler ile güçlendirip eksenel yük altındaki davranışlarını incelemiştir. Yaptığı çalışmada kesit şekli, sargılama türü yükleme şekli gibi değişkenlerin etkilerini de incelemişlerdir. Yapılan deneyler neticesinde lif takviyeli polimerlerin betonarme elemanlara enine doğrultuda uygulanmasının betonun basınç dayanımı önemli ölçüde arttırdığını ve boyuna olan donatılarda burkulmayı geciktirici etkisinin olduğunu gözlemlemişdir. Yüksel ve diğ. (2006), dolgu duvarlı betonarme çerçevelerin karbon lifli takviyeli polimerler ile güçlendirilmesi üzerine deneysel çalışma yapmışlardır. Denenecek yapılar iki katlı ve tek açıklıklı üç adet betonarme çerçevelerden ilki dolgu duvarsız, ikincisi dolgu duvarlı ve son olarak da üçüncüsü dolgu duvarlı modeli karbon lif takviyeli polimer ile güçlendirip denemişlerdir. Çalışmanın sonunda güçlendirilmiş yapının dolgu duvarsız modele göre yanal dayanım ve rijitliğinin önemli derecede arttığı görülmektedir. Betonarme çerçevenin karbon lif takviyeli polimerler ile güçlendirilmesi sonucunda dolgu duvar köşe kırılmaları ve çapraz çatlaklar dolgu duvarın tamamına yayılarak belirli bölgelerde toplanması önlenmiş, böylece dolgu duvarın tümden göçmesi önlemişlerdir. Coza (2009), Dolgu duvarlı betonarme çerçevelerin karbon lifli kompozitlerle güçlendirilmesi isimli yaptığı doktora çalışmasında uygulamada çok karşılaşılan betonarme yapıların özelliklerini yansıtan 6 adet, 1/3 ölçekli, tek açıklıklı, tek katlı numuneler üzerinde, bu tür sistemlerin yatay yük taşıma kapasiteleri, rijitlik ve enerji sönümleme gibi özelliklerini karşılaştırmak amacıyla deneysel bir dizi çalışmalar yapmıştır. Numuneler; boş çerçeve, dolgu duvarlı / tek yüzü ve çift yüzü sıvalı çerçeve, dolgu duvarlı tek sıvalı tek yüzü/çift yüzü CFRP ile güçlendirilmiş çerçeve olarak üretilmiş, her numune üzerinde yer değiştirme kontrollü yük artırımı yöntemi uygulanarak, numuneler deneye tabi tutmuştur. Deney sonuçlarına göre CFRP ile güçlendirmenin betonarme çerçeve sistemin 2 kata kadar dayanımını arttırdığını gözlemlemiştir. 8

24 Özbakkaloğlu ve Saatçioğlu (2009), yapıları lif takviyeli polimerler ile güçlendirirken güçlendirilen yapı ile FRP nin aderansını arttırıcı olarak kullanılan FRP ankrajların dayanımını deneysel olarak incelemişlerdir. Bu çalışma kapsamında 81 adet ankraj elemanın beton ile aderansına boy ve ankrajların saçaklarının etkilerini incelemişlerdir. Sayın ve Manisalı (2010), yaptıkları çalışmada Lif takviyeli plastik levhalar ile güçlendirilmiş betonarme kirişlerde arayüz gerilmelerini etkileyen parametreleri deneysel ve nümerik olarak incelemişlerdir. Deneysel çalışmada yapıştırıcının özellikleri, güçlendirme yapılacak olan kirişin beton yüzeyinin durumu üretilen deney numunelerinin üzerinde eğilme etkisine maruz bırakılarak karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İncelenen bu numuneleri, sonlu eleman analizleri ile deneysel sonuçları karşılaştırmışlardır. Öncü ve diğ. (2010), karbon lifli polimerlerin 9 katlı bir binanın güçlendirmesine yönelik analitik ve deneysel olmak üzere iki ana başlık altında çalışma yapmışlardır. İlk olarak analitik çalışmada binanın güçlendirilmesini deprem yönetmeliği kapsamında değerlendirmişlerdir. Binanın beton dayanımını 12 MPa olarak belirlemişler ve 30x70cm boyutlu kolonların, kullanılan CFRP malzeme özellikleri dikkate alınarak sargılanmış kolonun eksenel basınç dayanımı, mevcut beton basınç dayanımının yönetmeliğin öngördüğü %20 artırılmış değerinden büyük olma koşuluna göre hesaplamışlardır. Deprem Yönetmeliğine göre, doğrusal elastik hesap yöntemleri kullanılarak, CFRP kumaş ile 3 kat sargılanmış beton basınç dayanımını 24.3MPa olarak bulunmuşlardır. İkinci aşamada ise binadan alınan karotları CFRP ile 3 kat sarark eksenel yük altında basınç deneyine tabi tutmuşlardır. Deney sonucuna göre CFRP ile sargılanmış beton dayanımının sargılanma yapılmayan betona göre 4 kata kadar dayanımında artış olduğunu görmüşlerdir. Deney sonuçlarının analitik sonuçlardan daha da iyi sonuç verdiğini ifade etmişlerdir. Santa-Mariah ve Alcaino (2010), yaptıkları deneysel çalışmada yığma duvarları karbon lif takviyeli polimerler ile güçlendirip deneye tabi tutmuşlardır. Deney sonucuna göre karbon lif takviyeli polimerler ile güçlendirmenin duvarın kesme kapasitesine önemli ölçüde katkı sağladığı görmüşlerdir. 9

25 Özcan ve diğ. (2010), Yetersiz Betonarme Kolonlar İçin Lifli Polimer Güçlendirme Tasarım Kurallarının İrdelenmesi isimli çalışmalarında, sabit eksenel yük ve artan tersinir yanal yerdeğiştirme istemleri altında ODTÜ de test edilmiş toplam 10 adet ve literatürden derlenen 18 adet kolon deneyi sonuçları ışığında TDY07 nin tasarım yaklaşımının irdelenmesini amaçlamışlardır. Yapılan deney sonuçlarına göre deprem yönetmeliğinin lifli polimerler ile yapıların güçlendirilmesinde aşırı güvenli tarafta kaldığını söylemişlerdir. Ve bu sebepten dolayı iki yeni tasarım modeli önermişlerdir ve bu önerdikleri yöntemlerin mevcut yönetmeliğe göre daha ekonomik ve güvenilir tasarım koşullarını sağladığını ortaya koymuşlardır. Altun ve Birdal (2012), yaptıkları çalışmada 3 katlı 1/3 ölçekli bir binayı lif takviyeli polimerler ile güçlendirmişlerdir. Güçlendirilmiş bu yapıyı tersinir tekrarlı yükler altında ve analitik olarak ANSYS sonlu elemanlar programı ile incelemişlerdir. Yapılan çalışmada analitik çözümler ile deneysel çalışmalar karşılaştırıldığında ANSYS programının aynı yük kapasitesi için çok yakın değerler vermesine rağmen deplasmanlar arasında uyumsuzluk olduğunu görmüşlerdir. Bunun nedeni olarak da deneyi yapılan numune deprem bakımından dayanıksız binaları simgelemek için kusurlu yapılığını, daha sonra bu binayı deneyip onardıktan sonra lifli polimerler ile güçlendirildiğinden dolayı değerler arasında farklılıklar olabileceğini belirtmişlerdir. Sokkary ve diğ. (2013), betonarme perde duvarları iki farklı CFRP ile güçlendirmişlerdir. Bu güçlendirme yöntemi için 3 adet betonarme perde kullanılmıştır. Bunlardan bir tanesini yalın olarak bırakıp yük-deplasman grafikleri elde edilmiştir. Diğer perdelerin birisini tamamen CFRP ile sargılanıp diğerinde ise diyagonal doğrultuda sargılamışlardır. Güçlendirilen iki perdenin beton dayanımları arasında farklılık bulunmaktadır. Referans alınan perdeler ile aynı dayanıma sahip değillerdir. Bu deney de de CFRP perde duvarların kesme kapasitesini önemli ölçüde arttırdığını belirlemişlerdir. Tokgöz ve Dündar (2014), betonarme kirişlerdeki maksimum eğilmenin olduğu kiriş orta bölgesinde ve kesme gerilmelerinin oluştuğu kısımlarda karbon takviyeli lifli polimerler ile güçlendirme yapmışlardır. Güçlendirilen betonarme 10

26 kirişlerin yük-deplasman durumunu, sünekliğini ve enerji yutma kapasitelerini deneysel olarak araştırmışlardır. 2.3 Pamukkale Üniversitesinde Yapılan Çalışmalar Pamukkale Üniversitesinde (PAÜ) 1996 yılından beri Yapı Laboratuvarında yapılan analitik ve deneysel çalışmaların yanında 2003 yılında 6 üniversitenin ortaklığında başlayan, yürütücülüğünü ODTÜ öğretim üyelerinden Prof. Dr. Ergin ATIMTAY ın yaptığı Deprem Hasarlı Binaların ve Hasarsız Mevcut Yapıların Güçlendirilmesi: Dış Perde Duvar Uygulaması başlıklı Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenen proje kapsamında dış perde duvar uygulamasına yönelik analitik ve deneysel çalışmalar yapılmıştır (Atımtay ve diğ. 2003;2007). Bu kapsamda yapılan çalışmalardan bazıları aşağıda verilmiştir. Kaplan, ve diğ. (2005), yapıların dış perdelerle güçlendirilmesi için örnek bina olarak Buldan Devlet Hastanesini seçmişler ve dış perdeler kullanarak hastane binası için güçlendirme projesi hazırlamışlardır. Yayınlanan raporda ve bildiride, güçlendirme sisteminin analitik olarak etkinliği gösterilmiştir. Yazarlar, dış perdelerin kolon akslarından dışarı taşırılması ile mevcut yapı kolonlarının perde başlık bölgesinden gövdeye kaydırılmasının mevcut kolonlarda basınç altında beton ezilmesini engelleyebilecek bir çözüm olduğunu öne sürmüşlerdir. Tama ve diğ. (2005), Denizli il merkezinde kullanılmakta olan bir kreş yapısına dış çelik perdelerle güçlendirme uygulamışlardır. Yapılan uygulamanın alternatifi olarak ülkemizde en sık kullanılan betonarme dolgu yöntemi ile de projelendirme yapılarak inşaat maliyeti üzerinden maliyet kıyaslaması yapılmış ve dış perde uygulamasının maliyet bakımından daha ekonomik sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Maliyet farkının yapı kullanımının aksamasından doğan farklar eklendiğinde daha da artacağı vurgulanmıştır. Kaplan ve diğ. (2006 a ), yaptıkları çalışmada yapıların bina dışından yapılacak betonarme perde duvarlarla güçlendirilmesi için yapılan deneysel çalışmalara yer vermişlerdir. Önerilen dış perde duvar uygulaması yöntemi, halen uygulanan dolgulu çerçeve yaklaşımının bir alternatifidir. Dolgulu çerçevenin depreme karşı 11

27 etkin olarak çalıştığı deneylerle kanıtlanmıştır. Çalışma kapsamında, dış perde duvarlarla da yapıların deprem dayanımının arttırılabildiği deneysel olarak kanıtlanmıştır. Çalışma kapsamında 2 adet model yapı deneyi yapılmış, bir numune güçlendirilmemiş, diğeri güçlendirilmiş olarak denenmiştir. Deneyler sonucunda güçlendirilmemiş yapı kapasitesi 64 kn olarak bulunurken, güçlendirilmiş modellerin kapasitesi bir itme doğrultusunda 187, diğer itme doğrultusunda 217 kn olarak tespit edilmiştir. Perde ve bağlandığı kolonların birlikte çalıştığı deneysel olarak gözlenmiştir. Bu elemanların kolonların perde elemanlarla bağlanarak modellenmesi yerine, tek eleman olarak modellenmesini önermişlerdir. Kaplan ve diğ. (2006 b ), dış perde uygulamasını üç boyutlu betonarme prefabrik yapı için uygulamışlardır. Deprem dayanımı yetersiz delta tipi makasa sahip tipik prefabrik yapı 1/3 ölçeğinde modellenmiştir. Çerçeveye prefabrik dış perdeler sonradan monte edilerek davranıştaki değişim incelenmiştir. Yapının yatay yük kapasitesinin 6 katına çıktığı deneyler sonucunda gösterilmiştir. Kaplan ve diğ. (2006 c ), 3 boyutlu 1/3 ölçekli 2 katlı betonarme bina modelleri üzerinde çelik dış perde ile yapısal güçlendirmenin yeterliliğini denemişlerdir. Prefabrik olarak üretilmiş V çaprazlı çelik çerçeveler deney modeline simetrik şekilde dış cepheden monte edilmiştir. Deneyler sonucunda betonarme yapının kapasitesinde 2.5 kattan fazla artış kaydedilmiştir. Güçlendirilmiş yapılar çapraz çubukların basınç altında burkulmasına rağmen sünek bir davranış göstermişlerdir. Kaplan ve diğ. (2006 d ), dış perde ve üst kat bağ kirişlerini Datça Hükümet Konağının Güçlendirme Projesinde uygulamışlardır. Yapılan çalışmada, yapının B bloğunda perde duvarlar çatı katında birbirine bağlanarak yapıda kapasite artışı sağlanmış, üst katlarda kapasitesi yetersiz kolonlarda görülen yetersizlikler giderilerek, eksenel yük bakımından optimum eğilme kapasitesine sahip orta katlarda çerçevenin daha çok yük taşımasını sağlamışlardır. C Blokta da dış perdelerle yapı kapasitesinde ciddi artışlar sağlanmıştır. Her iki blokta da yapı kullanımı inşaattan en az düzeyde etkilenmektedir. Çetinkaya (2007), prefabrik betonarme sanayi yapılarının deprem davranışının deneysel olarak incelenmesi üzerine doktora tez çalışması yapmıştır. Çalışma kapsamında eleman, çerçeve ve 3 boyutlu yapı deneyleri yapılmış olup 12

28 çalışma sonucunda mevcut yapıların güçlendirilmesinde dış perde duvar uygulaması yöntemi önerilmiştir. Kaplan ve diğ. (2009), dış perde duvar ve diyaframlarla güçlendirilmiş prefabrik yapıların sismik dayanımlarını ölçmek için bir çalışma yapmışlardır. Perde duvarların ilavesi ile yatay yük kapasitesinde 6.6 kat bir artış gözlemlemişlerdir. Deney sonuçları dış perde duvarlarla güçlendirmenin hem dayanımı hem de rijitliği arttırdığını göstermiştir. Nümerik modellerde de sistemin yatay yük kapasitesinin tahmininde iyi sonuçlar almışlardır. Çalışkan (2010), yapmış olduğu doktora tez çalışmasında mevcut betonarme yapıların dış perde duvar metodu ile güçlendirilmesinde, dış perde panellerinin mevcut yapı ile bağlantısını sağlayan ankraj uygulamalarını deneysel olarak incelemiştir. Deneyler sonucunda ankraj kesme kapasitelerinin doğru olarak hesaplanması şartıyla kolonlara yapılan ankrajların gereken ankraj miktarının %70 ine kadar azaltılabileceği ancak bu durumda üst kat kirişine ek ankraj yapılması gerektiği ortaya çıkmıştır. Görgülü ve diğ. (2011), yapmış oldukları çalışmada, mevcut betonarme yapıların, boşaltılmasına gerek kalmadan yapı dışından çelik konstrüksiyon perdeler ile güçlendirilmesini imkan sağlayacak bir yöntem geliştirilmiştir. Sayısal analiz ve deneysel çalışmalar şeklinde iki aşamalı olarak gerçekleştirilen çalışma kapsamında, üç boyutlu olarak tasarlanmış iki katlı betonarme referans yapı ile hasarlı ve hasarsız iken güçlendirilmiş üç adet yapı modelinden oluşan deney serisi tersinir tekrarlı yükler altında laboratuvar ortamında test edilmiştir. Yapılmış olan deneysel çalışmalar sonucunda dış çelik konstrüksiyon perde uygulamasının, hasarlı ve hasarsız yapılarda başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Dış çelik konstrüksiyon perde uygulaması ile yapıların kapasitesinin ve rijitliğinin artırılabileceği gösterilmiştir. Geliştirilen yöntem ile, deprem bakımından yetersiz mevcut yapıların hızlı bir şekilde güçlendirilebileceği ortaya konulmuştur. Kaplan ve diğ. (2011), yapmış oldukları çalışmada üç boyutlu betonarme hasarsız ve hasarlı yapılara yerinde dökme betonarme dış-perde duvarları yapı cephesine paralel şekilde uygulamışlardır. Çalışma kapsamında hasarsız yapıya dış perde uygulaması ile 3.06, hasarlı yapıda ise 2.27 kat yatay yük kapasite artışı 13

29 sağlamıştır. Ayrıca güçlendirilen yapıların rijitliğinde de artış meydana geldiği görülmüştür. Solak (2012), yaptığı doktora tezinde, güçlendirme perdeleri arasında yatay ve düşeyde farklı bağlantı detayları oluşturmuş ve bu bağlantı detaylarının davranışı deneysel olarak incelemiştir. Gerçekleştirdiği deneysel çalışmalar sonucunda dayanım, davranış ve imalat kolaylığı açısından en uygun bağlantı tipleri belirlemiştir. Bu amaç doğrultusunda 6 farklı bağlantı detayı geliştirilmiş olup her farklı tip için deney modelleri oluşturmuş ve tekrarlı-tersinir yatay yükler altında test etmiştir. Yapılan çalışmada çelik uç bölgeli panellerin hem yatay hem de düşey bağlantılarının başarılı bir performans sergilediği ancak epoksi ankraj birleşimli yatay bağlantıların istenen performansı gösteremediği görmüşlerdir. Kaplan ve diğ. (2015), yapmış oldukları deneysel çalışmada üç boyutlu dolgu duvarlı betonarme bir yapıda yapıya dolgu duvar etkisini ilk olarak gaz beton duvarlı daha sonra ise tuğla dolgu duvarlı olmak üzere iki aşamada hem düzlem içi hem de düzlem dışı davranışlarını incelemektedirler. 2.4 Literatür Değerlendirmesi Literatüre bakıldığında yapıların güçlendirilmesi ile ilgili çalışmalar uzun zamandan beri devam etmektedir. Bugün yaşadığımız teknoloji çağında yeni yeni yöntemler ortaya çıkmaktadır. Bu yeni yöntemlerden biri de karbon lifli polimerler ile yapıların güçlendirilmesidir. Bu malzemeler ile güçlendirmenin uygulanabilirliği eski yöntemlere göre daha kolay, daha az iş gücü, daha kısa süre de uygulanması ve yapı kullanımının alanlarını olumsuz etkilememektedir. CFRP gibi malzemeler ile betonarme yapıların onarımı ve güçlendirilmesinde literatüre uygun şekilde kullanılması durumunda yapının rijitliğine, uygulanma durumuna göre yatay ve düşey yük kapasitesini, dayanımını ve sünekliğine önemli ölçüde katkı sağlamaktadır. CFRP nin boyut ve şekle bağlı çok seçenekliliği, hafif olması yapıya ilave yük getirmemesi çelik gibi malzemelere göre korozyondan ve çevre şartlarında etkilenmemesi ve dayanıklılık gibi üstünlükleri nedeniyle günümüzde ve yakın 14

30 gelecekte çok daha geniş ve kapsamlı bir kullanım alanı beklenmelidir. Yüksek maliyetine karşın bu avantajları düşünüldüğünde, fiyat/performans oranının yüksek olduğu söylenebilir. Ayrıca artan taleple birlikte polimer lif ile birlikte uygulamada gerekli olan malzemelerin ucuzlayacağı da unutulmamalıdır (Peker 2005). 15

31 3. DENEY MODELLERİ VE DENEY SİSTEMİ Deneysel çalışma için 3 adet 100x100x10 cm boyutlarında betonarme perde üretilmiştir (Tablo 3.1). Perde duvarlardan birisi yalın olarak bırakılmış ve diğer ikiside farklı şekil ve doğrultuda CFRP ile sargılanmıştır. Üretilen bu perde duvarlar Pamukkale Üniversitesi Deprem ve Yapı Teknolojileri Araştırma Laboratuvarında deneye tabi tutulmuştur. Tablo 3.1: Deney modellerinin kodlanması ve açıklaması Kod Adı Açıklama RM Referans Model CFRP sargılaması yapılmamış, yalın olarak bırakılmıştır DSM Diyagonal Sargılanmış Model CFRP sargılaması diyagonal olarak uygulanmıştır. YSM Yatay Sargılanmış Model CFRP sargılaması yatay olarak uygulanmıştır. Deneyi yapılacak olan perde duvarların yükseklik/ en oranı 1 dir. Literatürde yüksekliği/enine oranı 2 ve daha küçük olan perdelere kısa perdeler denmektedir (H/B 2). Bu bölümde deneyin tasarlanması, üretilmesi, deneyin yapılışı ve deneyde kullanılan malzemeler hakkında bilgiler verilmiştir. Perde duvarın şematik görünümü Şekil 3.1 de verilmiştir. Şekil 3.1: Perde duvarın şematik görünümü 16

32 3.1 Deney Modelleri Yapılacak deneyler için üretilen betonarme perde duvarların ve CFRP sargılama şekilleri aşağıda verilmiştir Referans Model Referans olarak kullanılacak modelin donatı ve kalıp planları Şekil 3.2 de verilmiştir. CFRP ile sargılanacak olan deney modelleri içinde yine aynı donatı ve kalıp planları geçerli olacaktır. Şekil 3.2 de perde duvarların kalıp planı ve üç boyutlu görünümü verilmiştir. Perde duvara ait donatı planı Şekil 3.3 de verilmiştir. Şekil 3.2: Betonarme perde duvar için kalıp planı ve üç boyutlu görünümü 17

33 Şekil 3.3: Deney modellerinin donatı planı Diyagonal FRP Sargılı Deney Modeli Daha önce yaşanılan depremlerin ve yapılan deneysel çalışmalarında gösterdiği gibi kısa perdelerde kesme kuvveti altında kesme çatlakları denilen diyagonal doğrultuda çatlakların oluştuğu görülmüştür. Bu deney modelinde de bu çatlakların daha geç oluşmasını ve kesme kapasitesini arttırmak için beklenen hasarlar doğrultunda 25 cm genişliğinde diyagonal doğrultuda CFRP ile perde duvarlar güçlendirilmiştir. Deney numunesinin alında ve üstünde oluşan kayma gerilmelerini azaltmak içinde perde duvarın alt ve üst başlık bölgelerinde 20 cm genişliğinde CFRP sargılaması yapılmıştır. Bu sargılamalar tek kat olarak uygulanmıştır. Tasarlanan model Şekil 3.4 de gösterilmiştir. 18

34 Şekil 3.4: Diyagonal doğrultuda CFRP uygulaması Yatay Doğrultuda FRP İle Sargılanmış Deney Modeli Bu sargılama yönteminde deney elemanına 15 cm genişliğinde yatay doğrultularda 13,33 cm aralıklarla toplamda 4 adet CFRP sargılaması yapılmıştır. Bu sargılamalar tek kat olarak uygulanmıştır. Tasarlanan model Şekil 3.5 de gösterilmiştir. Şekil 3.5: Yatay doğrultuda CFRP uygulaması 19

35 3.2 Malzeme Özellikleri Deney modellerinin üretiminde kullanılan beton ve donatı çeliği hakkında bilgiler ile perde duvarlara uygulanacak olan CFRP ve bu malzemeyi betonarme perde duvar ile beraber çalışmasını sağlayacak olan kimyasal yapıştırıcının özellikleri aşağıda belirtilmiştir Beton Deney numunelerinin üretiminde maksimum tane çapı 16 mm olan C30 hazır betonu kullanılmıştır. Beton laboratuvar ortamına (döküm sahasına) transmikser ile taşınmıştır. Beton dökümü esnasında vibratör uygulanmıştır. Bütün numunelerin beton dökümü gelen tek transmikser ile sırayla yapılmıştır. Beton dökümünden sonraki ilk 5 gün boyunca düzenli olarak gerekli kür şartları sağlanmıştır. C30 betonunun karışımında kullanılan çimento dozajı 365 kg/m 3, su miktarı 168 kg/m 3 tür. Beton dökme işlemi yapılırken taze betondan 15 cm ayrıtlı küp numuneler ile beton örnekleri alınmıştır. Alınan numuneler standart kür koşullarında bekletilerek 7, 28 gün ve deney gününde olmak üzere 3 er örnek serbest basınç deneyine tabi tutulmuştur. Şekil 3.6 da alınan küp numuneler ile beton basınç dayanımının belirlenmesine ait görseller verilmiştir. Alınan küp numunelerin 7, 28 ve deney gününe ait beton basınç dayanımları Tablo 3.2 de verilmiştir. Şekil 3.6: Deney numunesinden alınan küp numuneler ve basınç dayanımının belirlenmesi 20

36 Tablo 3.2: Beton basınç dayanımları Numune No 15x15 küp dayanımları fc (MPa) fc (MPa) fc (MPa) (7 Günlük ortalama) (28 Günlük ortalama) (Deney Günü) RM DSM YSM Ortalama Donatı Betonarme perde duvarların temel ve yükleme yapılacak olan başlık bölgesinde 14 mm çapında boyuna donatı etriye olarak da 8 mm çapında nervürlü donatılar kullanılmıştır. Perde duvarın başlık ve temel arasında kalan bölgede Q131 hasır çelik ve kayma gerilmelerini azaltmak için başlık bölgelerinde 8 mm çapında dörder adet boyuna donatı kullanılmıştır. Boyuna donatılar için yine 4mm çapında etriyeler ile birbirlerine yönetmelikte öngörüldüğü şekilde kenetlenmesi sağlanmıştır CFRP Deneysel çalışmada güçlendirme malzemesi olarak Spinteks firmasının ürettiği SPN U 300 kodlu karbon lif takviyeli polimer kumaşlar kullanılmıştır. Tablo 3.3 de karbon lif takviyeli polimer tabakaların mekanik ve geometrik özellikleri verilmiştir. Deneylerde kullanılan olan CFRP nin görünümü Şekil 3.7 deki gibidir. Bu malzeme perde duvara kimyasal yapıştırıcı ile yapıştırılarak kullanılacaktır. 21

37 Şekil 3.7: CFRP(Karbon lif takviyeli polimer) Tablo 3.3: CFRP özellikleri CFRP Özellikleri Çekme dayanımı(mpa) 4200 Elastiklik modülü(gpa) 240 Kopma uzaması(%) 1,8 Kesit kalınlığı(mm) 0,52 Gramaj(gr/m 2 karbon) 300 ± 10 Genişliği(mm) 500 Rulo uzunluğu(m) 50 Saklama koşulları( 0 C) +10/ Kimyasal Yapıştırıcı Karbon lifli polimerlerin deney elemanlarına aderansı ise Duratek firmasına ait Av23 Epoksi Laminasyon Reçinesi ile gerçekleştirilmiştir. AV 23, betonarme elemanlara karbon elyaf malzemeyi yapıştırmada kullanılan, iki bileşenli, solventsiz, epoksi bazlı bir laminasyon reçinesidir. İki bileşenli malzeme mikser ile karıştırma süresi 2-5 dakikayı aşmamak üzere çok süratli olmayan karıştırıcı ile homojen bir karışım olacak şekilde karıştırılmaktadır. Uygulanacak yüzey fırça yardımıyla temizlenmelidir. Bunu takiben önceden enjeksiyonu yapılmış betonarme eleman üzerine AV- 23 sürülmekte, üzerine karbon elyaf yatırılmakta ve laminasyon rulosuyla lamine edilip yapıştırılmaktadır. Elyaf aralarından taşan AV 23 karbon 22

38 elyaf üzerine yedirerek işlem tamamlanmaktadır. AV 23 yalnız yapışmaya yetecek miktarda kullanılmalıdır. Deneysel çalışmada kullanılan epoksi malzemenin teknik özellikleri Tablo 3.4 de verilmiştir. Tablo 3.4: Epoksi malzemesinin özellikleri Epoksi Malzeme Özellikleri Bileşen sayısı 2 Karışım oranı(hacimsel) 65/35 Karışım yoğunluğu(g/cm3) 1.0 ± 0.1 Karışım Viskozitesi Renk Renksiz Kuruma Süresi (23 C) Toz tutma(dak) Kat kabul (saat) Dokunma(saat) 6-7 Tam sertleşme (hafta) Deney Numunelerinin Üretimi Deney modellerinin üretiminde kalıp olarak ahşap kalıp ve plywood levhalar kullanılmıştır. Kalıp elemanlar, betonun yapışmaması ve kolay sökülebilmeleri için, betonla temas edecek olan yüzeyleri yağlanmıştır. Perde modellerinin mevcut rijit temele bağlantısının sağlanması için, üretim aşamasında model elemanların temel detaylarında Şekil 3.8 deki gibi özel ankraj delikleri oluşturulmuştur. Şekil 3.8: Ankraj deliklerinin bırakılması 23

39 Deney modellerinin üretim aşamaları PAÜ Mühendislik Fakültesi Deprem Araştırma ve Yapı Teknolojileri Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. Kalıp (Şekil 3.9) ve donatı (Şekil 3.10) imalatları tamamlanan numunelerin beton dökme işlemi, C30 hazır betonunun transmikser ile laboratuvar ortamına taşınması ve kalıba boşaltılması şeklinde gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.11). Betonun kalıba yerleşmesini sağlamak için vibratör kullanılmıştır. Betonarme perde duvarların üretim aşamaları Şekil 3.8 ile Şekil 3.16 arasında verilmiştir. Şekil 3.9: Perde duvarların kalıplarının hazırlanması Şekil 3.10: Donatıların hazırlanması 24

40 Şekil 3.11: Donatıların kalıba yerleştirilmesi Şekil 3.12: Pas paylarının bırakılması ve perde numunelerinin yükleme düzeneğine bağlanması için saplamaların yerleştirilmesi 25

41 Şekil 3.13: Betonun dökülmesi Şekil 3.14: Dökülmekte olan betonun kalıplara yerleştirilmesi Şekil 3.15: Betona vibratör uygulanması 26

42 Şekil 3.16: Beton döküm işinin tamamlanması 3.4 Deney Düzeneği Yapılan deneysel çalışmalar Pamukkale Üniversitesi Deprem Ve Yapı Teknolojileri Araştırma Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar 1996 yılında kurulmuş ve 1999 yılından yeni yerine taşınmıştır. Yıllara göre teknolojinin ilerlemesi ile gelişme göstermiştir. Laboratuvarda deneylerin gerçekleşmesi için kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı mevcuttur. Bu sistem büyük ölçekte deneylerin yapılabilmesi için galerisiz olarak tasarlanmıştır. Kuvvetli döşeme 186,40 m 2 alana oturan 60 cm kalınlığında betonarme platformdan ve platformun içine inşaat sırasında tespit edilmiş ankraj ünitelerinden oluşmaktadır. Kuvvetli döşemenin oluşturduğu platformda bir yönde 11 er, diğer yönde 13 er adet olmak üzere toplam 143 adet ankraj ünitesi 1 er metre ara ile yerleştirilmiş durumdadır. Deneyi yapılacak olan modeller bu ankraj üniteleri ile kuvvetli döşemeye sabitlenmektedir. Bu çalışmada, deney modelleri rijit döşemeye toplam 6 noktadan bağlanmıştır. Şekil 3.17 de kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı gösterilmiştir. 27

43 Şekil 3.17: Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı Yükleme Düzeneği Deprem etkileri laboratuvarlarda yapılan deneylerde iki şekilde uygulanabilmektedir. Bunlar sarsma tablası ve deprem yükünün benzeşimi olan tersinir tekrarlı yüklemedir. Bu tez kapsamında yapılan deneylerde model perde duvarlar tersinir tekrarlı yükler altında denenmiştir. Pistonun perde sistemine sadece yatay eksenel yük aktarabilmesi için mafsal bağlantıları kullanılmıştır. Düşey yöndeki eksenel yük için perde duvara ayrıca etkitilmiştir. Yükleme perde duvarın üst kısmına yapılacak olan başlık bölgesinden yapılmıştır. Şekil 3.18 ve Şekil 3.19 da deney düzeneğinin görünümü verilmiştir. 28

44 Şekil 3.18: Deney düzeneğinin genel görünümü Şekil 3.19: Deney düzeneğinin üç boyutlu görünümü Ölçüm Düzeneği Deneye tabi tutulan numunelerden oluşan deplasmanları ölçmek için 3 modelde de aynı yerlerden olacak şekilde toplam 6 adet deplasman ölçer 29

45 yerleştirilmiştir. Bu deplasman ölçerden 4 tanesi yatay, 2 tanesi ise diyagonal doğrultularda yerleştirilmiştir. Deplasman ölçerlerin kalibrasyonları çok noktalı kalibrasyon ile CODA veri toplama yazılımı ile yapılmıştır. Yerleştirilen deplasman ölçerlerin yerleri Şekil 3.20 ve 3.21 de gösterilmiştir. Şekil 3.20: Deplasman ölçerlerin yerleşim planı Şekil 3.21: Deplasman ölçerlerin yerleşim planının önden ve üstten görünümü 30

46 3.4.3 Veri Toplama Düzeneği Deneylerde deplasman ve yük ölçümlerinin toplanmasında Teknik Destek Grubu(TDG) firması tarafından üretilen 48 kanallı AI8A Codabus veri toplama sistemi ve CODA veri toplama yazılımı kullanılmıştır. Şekil 3.22 de deney modeline monte edilmiş veri toplama sistemi görülmektedir. Sistem en fazla 64 kanaldan eşzamanlı olarak 12 bit veri toplayabilmektedir. Veri toplama sisteminin çalışma frekansı 8 veri/sn ye kadar çıkabilmektedir. Sistem Şekil 3.22 de görülen 8 kanallı kutuların bir araya getirilmesiyle oluşmaktadır. Her kanala, yük hücresi veya deplasman ölçerler bağlanabilmektedir. Kanal kazançlarının ayarlanarak ölçüm hassasiyetinin belirlenmesi de mümkündür. Şekil 3.22 da veri toplama sisteminin çalışma prensibi şematik olarak gösterilmiştir. Deneyde kullanılan doğrusal potansiyometrik cetveller ve LVDT ler Şekil 3.23 de, yük hücresi ve mafsal bağlantıları Şekil 3.24 de ve deney düzeneğinin genel görünümü Şekil 3.25 de verilmiştir. Şekil 3.22: Veri toplama sisteminin şematik olarak çalışma şekli 31

47 Şekil 3.23: Deneyde kullanılan deplasman ölçerler Şekil 3.24: Deneyde kullanılan yük hücresi ve mafsal bağlantıları 32

48 Şekil 3.25: Deney düzeneğinin genel görünümü 33

49 4. DENEYİN YAPILMASI 4.1 Giriş Bu bölümde RM, DSM VE YSM modelleri ile yapılan deneyler hakkında bilgiler verilmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen yük-deplasman grafikleri, kesme kapasiteleri, çevrim eğrileri ve oluşan hasarlar ve hasarların oluşma nedenleri hakkında bilgiler verilmiştir. Deney çevrimleri her üç deney içinde +2 mm ile başlamış ve +/- 30 mm tepe deplasmanına kadar 2 şer mm artımlar ile uygulanmıştır. Oluşan hasarlar tespit edilmiştir. Deney modellerinin hepsinde eğrilik, yatay deplasman ve yük ölçümleri alınmıştır. Deney elemanın temelinde kayma olması durumunu kontrol etmek içinde zemin ile perde temeli arasında da deplasman değişimleri ölçülmüştür. Yük ölçümleri ise pistonun uç bölgesi ile perde duvarın başlık bölgesi arasına bağlanan yük hücresi ile gerçekleştirilmiştir. Deney numunelerine 50 kn eksenel yük uygulanmıştır. 4.2 RM Deneyi Referans model tersinir tekrarlı yükler altında denenmiştir. Modelin deney öncesindeki görünümü Şekil 4.1 de verilmiştir. Yükleme grafiği Şekil 4.2 de gösterilmiştir. Uygulanacak tepe deplasmanın hız, zaman ve miktarı yazılıma tanımlanarak deney gerçekleştirilmiştir. Model için yük-deplasman çevrimleri Şekil 4.3 de verilmiştir. Deney modeli donatı kopmaları ile taşıma gücünü kaybetmiştir. İlk olarak kesme çatlakları daha sonra ise her iki yönde itme ve çekme anında simetrik çatlakların oluştuğu gözlemlenmiştir. Çatlakların ilerleyerek birleşmesi ile birlikte perde temel bağlantısında kesme kayması gerçekleşmiştir. 34

50 Şekil 4.1: Deney modelinin görünümü Şekil 4.2: RM deneyi deplasman-zaman geçmişi 35

51 Verilen yükleme sonucunda elde edilen tepe deplasmanına karşılık yatay kuvvetin değişimi de Şekil 4.3 de gösterilmiştir. Deney esnasında yapılan yüklemlerin her bir adımı ikişer defa tekrar ettirilmiştir. Şekil 4.3: Yük-deplasman çevrimi Deneyde oluşan hasarlara ilişkin resimler Şekil 4.4 ve de gösterilmiştir. Deney elemanında beklendiği gibi hasarlar perde gövdesinde, temel ile perde duvarın birleştiği yerlerde kayma kesmesi hasarları ve son olarak deney numunesinin yatay yük taşıma kapasitesinden fazla deplasman verildiğinden dolayı perde duvarın temel ile bağlandığı kısmın her iki ucundaki betonda dağılmalar ve düşey yöndeki donatılarda kopmalar oluşmuştur. Deneyin ilk aşamalarında başlayan kesme çatlakları daha sonra ilerleyerek her iki yönde itme ve çekme anında simetrik çatlakların oluştuğu gözlemlenmiştir. Daha sonra çatlaklar perde duvarın temel ile bağlandığı kısmın her iki uç bölgelerinde ezilmeler ve beton kabuğunda dökülmeler gerçekleşmiştir 36

52 Şekil 4.4: Deney sonrası oluşan hasarlar ön taraf Şekil 4.5: Deney sonrası oluşan hasarlar arka taraf 37

53 Şekil 4.6: Deney sonrası oluşan hasarların sırası ile oluşumu Deney esnasında ilk çatlak oluşumu beklendiği 1 numaralı çatlak Şekil 4.6 da görüldüğü gibi perde duvarda yatayla 45 0 lik açı yapacak şekilde oluşmuştur. Deneyin ilerleyen aşamalarında bu çatlak genişleyerek alt kısımlara doğru açılarak ilerlemeye başlamıştır. İlerleyen durumlarda da 2 numaralı çatlaklar oluşmaya başlamış ve perde ile temelin birleştiği yerlerde hasarlar oluşmaya ve daha sonra beton ezilmeye başlamıştır. Başlık bölgesindeki beton ezildikten sonra 3 numaralı hasar ile perde duvar temel arasında kayma kesmesi oluşmuştur. Kayma kesmesi hasarında düşey yöndeki donatılarda kopma meydana gelmiş ve perde duvar yatay yük taşıma kapasitesini kaybetmiştir. Şekil 4.7: Perde başlık bölgelerinde görülen hasarlar 38

54 Şekil 4.8: Deney sonrasında oluşan çatlakların görüntüsü Şekil 4.9: Deney sonrasında oluşan çatlakların şematik görünümü 39

55 4.2.1 Kayma Kesmesinin Oluşumu Bu deneyde perde tabanındaki kayma hareketi kayma kesmesi olarak da adlandırılan bu olayı Paulay vd (1982) şöyle açıklamaktadır: Küt perdelerde kesme hasarı kayma gerilmelerinin azaltılması ve yeterli miktarda yatay kesme donatısının kesite koyulması ile engellenebilir. Bu durumda enerji sönümü için gereken plastik deformasyonlar boyuna donatılarda akma sonrasında gerçekleşen deformasyonlarla oluşur. Ancak, bu durumda da birkaç çevrim sonunda oluşan eğilme çatlakları boyunca, yatay veya yataya yakın bir kayma yüzeyi oluşur. Kayma kesmesinin oluşumu Şekil 4.10 da şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 4.10: Kayma kesmesinin oluşumu Yapılan deneyde kesmeli kayma gerilmelerini de gözlemlemek ve CFRP ile uygulanan güçlendirmenin bu gerilme değerlerindeki değişimi görmek için kaymayı engelleyici donatılar kullanılmamıştır. Gerçek perdeleri yansıtması için perde duvarın her iki tarafına başlık bölgeleri yapılmıştır. Bu durumda kısmen kayma durumunu azalttığı görülmüştür. Şekil 4.11 de oluşan kesme kayması görülmektedir. 40

56 Şekil 4.11: RM deki kayma kesmesinin oluşumu Paulay vd (1982) Küt perdelerde kayma kesmesi oluşumu için en elverişli yüzey perde temel bağlantısındaki soğuk derzdir. Daha önce dökülen temel betonu ile yeni perde betonunun birlikte çalışması gereken bu yüzeyde genellikle ilk eğilme çatlakları oluşarak sürtünme kesmesi yetersizliğinden tetiklenen bir kayma hareketine sebep olurlar demektedir. Yapılan çalışma kapsamında üretilen perde duvarın gövde kısmı, temel ve yükleme başlığının beton dökümü tek seferde yapıldığı için bu kayma kesmesinin oluşmasını kısmen azaltmıştır. 4.3 DSM Deneyi DSM tersinir tekrarlı yükler altında denenmiştir. Modelin deney öncesindeki görünümü Şekil 4.12 de verilmiştir. Şekil 4.13 de ise yükleme şekline ait zamana göre değişen deplasman grafiği gösterilmiştir. Model için RM deneyindeki aynı yükleme düzeneği şekli, uygulanan deplasman mesafesi ve hızı değiştirilmeden uygulanmıştır. Şekil 4.12: DSM deneyi deplasman-zaman geçmişi 41

57 Şekil 4.13: DSM nin deney yapılmadan önceki görünümü Deney serisinin en önemli amacı CFRP nin perde duvarların güçlendirme uygulamalarında etkin bir şekilde kullanılabileceğinin gösterilmesidir. Bunun için elemanın yatay yük taşıma kapasitesindeki artışı önemlidir. DSM deneyinde perde duvarın yatay yük taşıma kapasitesini RM ye göre %60 dan daha fazla bir değerde arttırdığı görülmüştür. DSM deneyinde CFRP ile güçlendirme yapıldığı için deney esnasında oluşan hasarlar tam olarak görülememiştir. Fakat tabanda oluşan kayma hasarı, perde başlık bölgelerinde yatay yüklerden dolayı oluşan betonun ezilmesi gibi davranışlar belirgin olarak görülmüştür. Şekil 4.14 de DSM için yük-deplasman çevrimi verilmiştir. Deney esnasında perde duvarın CFRP ile sarılı olduğu için çatlakların nasıl oluştuğu kısmen görülebilmiştir. Fakat deney esnasında gözlenen hasarları Şekil ve 18 de görülmektedir. Perde duvar yükler altında başlık bölgelerinde ezilme meydana gelmiştir ama başlık bölgeleri CFRP ile sarılı olduğundan betonda dağılmayı engellemiştir. CFRP ile sarılmayan bölgelerde çatlaklar açık bir şekilde gözlemlenmektedir. 42

58 Şekil 4.14: DSM için yük-deplasman çevrimi Şekil 4.15: DSM deneyinde deney sonrası oluşan hasar ön taraf 43

59 Şekil 4.16: Perde duvar başlık bölgesinde CFRP içinde betonun dağılması Şekil 4.17: Perde duvar temeline bağlı olan CFRP nin temelde kopması Şekil 4.18: DSM nin deney sonrasındaki görünümü 44

60 4.4 YSM Deneyi YSM tersinir tekrarlı yükler altında denenmiştir. Modelin deney öncesindeki görünümü Şekil 4.19 da verilmiştir. Şekil 4.20 de ise yükleme şekline ait zamana göre değişen deplasman grafiği gösterilmiştir. Model için RM, DSM ile aynı yükleme düzeneği şekli, uygulanan deplasman mesafesi ve hızı değiştirilmeden uygulanmıştır. Şekil 4.19: YSM nin deney yapılmadan önceki görünümü Şekil 4.20: YSM deneyi deplasman-zaman geçmişi Deney serisinin en önemli amacı CFRP nin perde duvarların güçlendirme uygulamalarında etkin bir şekilde kullanılabileceğinin gösterilmesidir. Bunun için elemanın yatay yük taşıma kapasitesindeki artışı önemlidir. YSM deneyinde perde 45

61 duvarın yatay yük taşıma kapasitesini RM ye göre %90 dan daha fazla bir değerde arttırdığı görülmüştür. YSM deneyin de CFRP ile güçlendirme yapılırken perde duvarın büyük bir kısmı sargılandığı için deney esnasında oluşan hasarlar tam olarak görülememiştir. Fakat tabanda oluşan kayma hasarı, perde başlık bölgelerinde yatay yüklerden dolayı oluşan betonun ezilmesi, CFRP nin kopması gibi davranışlar belirgin olarak görülmüştür. Şekil 4.21 de YSM için yük-deplasman çevrimi verilmiştir. Şekil 4.21: YSM için yük-deplasman çevrimi YSM deneyinde deney esnasında gözlenen hasarları Şekil ve 24 de görülmektedir. 46

62 Şekil 4.22: YSM nin deney sonrasındaki görünümü Şekil 4.23: YSM nin deney esnasında tabandaki CFRP nin kopması Şekil 4.24: YSM nin deney esnasındaki kesme çatlakları 47

63 5. ANALİTİK ÇALIŞMALAR 5.1 Giriş Bu çalışma kapsamında ilk olarak incelenecek Referans Model (RM) için beton sınıfı BS30 (C30), donatı için ise BÇIII (S420a) ve BÇIII (S420b) donatı çelikleri alınarak, perde modellerinin bağlantı kesme ve moment kapasiteleri hesaplanarak bu bölümde verilmiştir. Bu bölümde yapılan analitik çalışmalar hakkında bilgiler verilmiştir. Denenen betonarme kısa perdelerin SEMAp ve SAP2000 Programı kullanılarak analizleri yapılmıştır. Kapasite hesaplarında; Moment-Eğrilik grafiklerinin oluşturulmasında İnel ve diğ. (2008) tarafından hazırlanmış olan SEMAp-V.1.0 yazılımı kullanılmıştır. Geliştirilen yazılım, Mander ve diğ. (1988) beton modelini kullanarak momenteğrilik değerlerini hesaplamaktadır. Yazılımda, her bir donatı için mekanik özellikler ayrı ayrı verilebilmekte, betonarme kesit içerisinde farklı beton kalitesi, kabuk kalınlığı, sargı şekli, sargı donatısı mekanik özellikleri tanımlanabilmektedir. Bu yazılımla her türlü kesit şekli için çözümleme yapılabilmektedir. Sayısal çözüm için SAP2000 programının v15 versiyonu kullanılmıştır. Yapılan analizlerde RM, DSM ve YSM modelleri için lineer analiz yapılmıştır. Bu analizlerde verilen yüklere karşı perde duvarlarda oluşan tepe deplasmanları karşılaştırılmıştır. 5.2 Kayma Kesmesinin Modellenmesi İki ayrı malzemenin birleştiği düzlemlerde veya iki beton yüzeyinin birleştiği düzlemlerde, kesme hesabı ve donatı detaylandırılması TS500 de ki bölüm de verilen denklem 5.1 de verilmiştir. 48

64 Vr=Awf fyd µ (5.1) Denklemde kesme-sürtünme donatısı kesit alanı olarak (Awf) yalnızca birleşme düzlemine dik doğrultuda düzenlenmiş donatı çubuklarının toplam alanıdır. µ ile gösterilen kesme sürtünme katsayısının değeri çeşitli durumlar için Tablo 5.1 de verilmiştir. Tablo 5.1: Değişik durumlar için kesme-sürtünme katsayıları Birdöküm beton(monolitik) µ=1.4 Sertleşmiş beton ile yeni betonun birleştiği yüzeylerde pürüzlendirilmiş yüzey(pürüz 5 mm) µ=1.0 Pürüzlendirilmemiş yüzey µ=0.6 Çelik profil ve betonun birleştiği yüzeylerde µ=0.7 Denklem 5.1 e göre deney numuneleri için Awf=519,9 mm 2, BÇIII (S420a) ve BÇIII (S420b) hasır çelik donatı çeliği için fyd=365 MPa olarak belirlenmiştir. Kesme sürtünme katsayısı için perde duvarların dökümü bir olduğu için µ=1.4 alınmıştır. Buradan Vr değeri 265 kn olarak bulunmuştur. 5.3 RM İçin SEMAp Yazılımı İle Yapılan Çalışma Yazılım hesap sonunda RM için taşıyabileceği maksimum moment knm olarak bulunmuştur. Yükleme noktasının temel üst seviyesinden yüksekliği 1 m olup deney elemanlarımızın maksimum yük kapasitesi denklem 5.2 de verilmiştir. V max M h max (5.2) Bu denklemden Vmax= kn olarak bulunur. Bu yük değeri mevcut yükleme sistemiyle ulaşılabilecek bir değerdir. Bu nedenle deney modellerinin S420a donatı ile üretilmesinin uygun olacağı kanaatine varılmıştır. Perde panellerinde etriyeler Ø4/10 S500a (BÇ IV) olarak belirlenmiştir ve C30 betonu kullanılarak tasarımı yapılmıştır. Bu tür kısa perdelerde oluşan eğilme 49

65 momenti küçük olduğu için, düşey eğilme donatısını kesit boyunca düzgün dağıtmak uygun olur. Perdenin eğilme ve kesme kuvveti dayanımı yüksek olduğu için davranışları elastik bölgede kalır. Genellikle yatay ve düşey ayrı ayrı 0,0025 lik bir donatı oranı yeterli olmaktadır. Perde modelinde de donatı oranı 0,0025 den az kullanılmamıştır. Perde modellerinin Moment-Eğrilik ve Moment-Birim Kısalma diyagramı grafikleri Şekil 5.1 de verilmiştir. Şekil 5.1: Moment-Eğrilik Grafiği (M- ) 5.4 SAP2000 Yazılımı İle Yapılan Çalışma Yapılan analizlerde her bir model için verilen yüke göre yaptıkları deplasmanlar lineer olarak hesaplanmıştır. Her üç model için sistemde deney modelindeki rijit kısmı temsil etmesi için yükleme başlığının olduğu kısma program aracılığı ile rijit diyafram tanıtılmıştır. 50

66 5.4.1 RM Modellenmesi Referans perde duvarın modellenmesinde gerilme dağılımlarını da görmek için duvar sonlu elemanlara bölünmüştür. Bu sayede her bir düğüm ve bölünmüş elemanda ne kadar gerilmenin olduğu görülmektedir. Şekil 5.2 ve Şekil 5.3 de yük altındaki deplasmanı ve perde duvarda oluşan gerilme dağılımları görülmektedir. Şekil 5.2: RM deney elemanının sonlu eleman modeli Şekil 5.3: RM deney elemanının sonlu eleman modeli 51

67 Perde duvarın 90 kn kapasiteye kadar yük taşıyacağı öngörülmüş ve bu yükleme durumu için 8 mm tepe deplasmanı hesaplanmıştır. Sonlu eleman modelinde oluşan maksimum gerilmelerinin yörüngedeki çatlakların oluştu yerler hakkında da bilgi vermektedir. Asal çekme gerilmelerinin en fazla olduğu düzlem sayısal çözümlemede de görüldüğü gibi yatayla 45 0 lik açı yapacak şekilde oluşmaktadır. Asal çekme gerilmesi deney elemanı için kesitindeki taşıma kapasitesini aşması ile çatlak oluşmaktadır. İlerleyen aşamalarda çatlak sayısı artmakta ve köşe noktalarda beton ezilerek dağılmaktadır. Bu aşamalardan sonra tabanda kesme hasarı ile perde duvar taşıma gücünü kaybetmektedir. Yükler altında da yapılan analizde, deneysel çalışmada da görüldüğü üzere en fazla gerilmenin perde duvarın temel ile bağlandığı kısmın her iki ucunda oluştuğu belirlenmiştir DSM Modellenmesi Bu modelde de Referans Modelde olduğu gibi sistem sonlu elemanlara bölünmüştür. Perde duvarın bütün mekanik özellikleri RM ile aynıdır. Burada sisteme CFRP yi tanıtırken Tablo 3.3 de bulunan CFRP nin mekanik özellikleri aynen sisteme aktarılmıştır. Daha sonra sisteme tanıtılan CFRP nin perde duvar ile birlikte çalışmasını sağlayacak şekilde Şekil 5.4 de görüldüğü gibi perde duvarın her iki yüzünü sargılayarak sisteme tanıtılmıştır. Modellenen DSM in yük altında yaptığı deplasman ve gerilme dağılımındaki değişmeler Şekil 5.5 ve Şekil 5.6 da görülmektedir. Perde duvarın 150 kn kapasiteye kadar yük taşıyacağı öngörülmüş ve bu yükleme durumu için 3 mm tepe deplasmanı hesaplanmıştır. Sonlu eleman modelinde oluşan maksimum gerilmelerinin yörüngedeki çatlakların oluştu yerler hakkında da bilgi vermektedir. 52

68 Şekil 5.4: CFRP nin SAP2000 yazılımı ile perde duvara uygulanması Şekil 5.5: DSM deney elemanının sonlu eleman modeli 53

69 Şekil 5.6: DSM deney elemanın sonlu eleman modeli Asal çekme gerilmelerinin en fazla olduğu düzlem sayısal çözümlemede de görüldüğü gibi yatayla 45 0 lik açı yapacak şekilde oluşmaktadır. Asal çekme gerilmesi deney elemanı için kesitindeki taşıma kapasitesini aşması ile çatlak oluşmaktadır. Şekil 5.6 da görüldüğü gibi CFRP nin olduğu bölgelerde perde duvarın kesme kapasitesindeki artış görülmektedir. Yükler altında da yapılan analizde, deneysel çalışmada da görüldüğü üzere en fazla gerilmenin perde duvarın temel ile bağlandığı kısmın her iki ucunda oluştuğu belirlenmiştir YSM Modellenmesi Bu modelde de Referans Model ve Diyagonal Sargılı Modelde olduğu gibi sistem sonlu elemanlara bölünmüştür. Perde duvarın bütün mekanik özellikleri RM ve DSM ile aynıdır. Bu deney elemanında CFRP perde duvara yatay olarak sarılanmıştır. Bu tasarımın SAP2000 de elde edilen sonlu eleman modeli Şekil 5.7 ve Şekil 5.8 de görülmektedir. 54

70 Şekil 5.7: YSM deney elemanın sonlu eleman modeli Şekil 5.8: YSM deney elemanın SAP2000 ile sonlu elemanlara bölünmesi 55

71 Şekil 5.9: YSM deney elemanın sonlu eleman modeli Perde duvarın 190 kn kapasiteye kadar yük taşıyacağı öngörülmüş ve bu yükleme durumu için 2 mm tepe deplasmanı hesaplanmıştır. Sonlu eleman modelinde oluşan maksimum gerilmelerinin yörüngedeki çatlakların oluştu yerler hakkında da bilgi vermektedir. Gerilme dağılımlarından görüldüğü üzere beklendiği gibi perde duvarda oluşan maksimum kesme gerilmeleri kesme çatlaklarının olduğu bölgelerde görülmektedir. Yükler altında da yapılan analizde, deneysel çalışmada da görüldüğü üzere en fazla gerilmenin perde duvarın temel ile bağlandığı kısmın her iki ucunda oluştuğu belirlenmiştir. 56

72 6. ARAŞTIRMA BULGULARI 6.1 Giriş Bu bölümde deney numunelerinin analitik ve deneysel sonuçları karşılaştırılacak ve elde edilen sonuçlar değerlendirilecektir. 6.2 Deneysel Çalışmada Elde Edilen Bulgular Yapılan çalışmada RM, DSM ve YSM olmak üzere üç farklı deney modeli denenmiştir. Deney serisi sonucunda her bir modelin davranışı ve kapasitesi ortaya konulmuştur. Yatay yük çevrim eğrilerinden elde edilen zarf eğrileri Şekil te verilmiştir. Şekil 6.1: RM deneyi zarf eğrisi 57

73 Şekil 6.2: DSM deneyi zarf eğrisi Şekil 6.3: YSM deneyi zarf eğrisi Zarf eğrileri kullanılarak üç model için maksimum yük seviyesindeki yapmış olduğu deplasman değerleri Tablo 6.4 te gösterilmiştir. RM in yatay yük taşıma kapasitesi 90 kn iken CFRP ile diyagonal doğrultuda güçlendirilmiş duvar modelinde 155 kn, yatay doğrultuda güçlendirilmiş modelde ise 182 kn taşıma kapasitesine ulaşmıştır. Bu deneyde tek kat olarak uygulanan güçlendirme yöntemi ile perde duvarın kapasitesinin yaklaşık iki kat arttırılabileceği ortaya konulmuştur. 58

74 CFRP ile sargılanarak güçlendirilmiş perde duvarlarda rijitlik artışıda sağlanmış ve daha az yatay deplasman oluşmaktadır. RM de 17 mm ile maksimum yük kapasitesine ulaşan gelen perde duvar güçlendirilmiş modellerde 9-11 mm deplasman durumunda taşıma kapasitesine ulaşmıştır. Tablo 6.1: Deneylerde bulunan yatay yük değerleri ve deplasmanlar Model +/- Maksimum Maksimum Yük (kn) Deplasman (mm) RM DSM YSM Tablo ve çevrim eğrileri incelendiğinde üç numunede de + ve itme yönlerinde elde edilen kapasitelerin birbirinden farklı olduğu görülmektedir. Her 3 model iki asal eksen etrafında simetriktir. Ancak, deney elemanının öncelikle bir yöne itilmesi neticesinde modellerin çekme bölgesinde betonarme kesit çatlamakta ve donatıda bir miktar uzama meydana gelmektedir. Oluşan bu çatlak, donatıda meydana gelen uzama sebebiyle ters yönde yapılan yüklemede kapanmamakta ve beton basınç bloğu oluşmamaktadır. Bu sebeple ortaya çıkan davranıştaki değerlerin birebir aynı olması beklenmemektedir. 6.3 Analitik Çalışma Kapsamında Elde Edilen Bulgular Yapılan analitik çalışmalarda SEMAp ve SAP2000 programları kullanılmıştır. SEMAp ile yapılan analizlerde RM için moment-eğrilik, kesme ve moment kapasiteleri gibi değişimler incelenmiştir. SAP2000 programı ile her üç model için yük altındaki davranışı ve gerilme dağılımları hakkında analizler yapılmıştır. SEMAp programı ile DSM ve YSM modellerinin sayısal analizlerini yapmak programın içeriği bakımından mümkün değildir. Bu sebepten dolayı DSM ve YSM 59

75 modellerinin analitik çalışmaları SAP2000 programı ile yapılmıştır. Yine aynı aşamada RM içinde yol göstermesi açısından bu program ile analizleri yapılmıştır. SEMAp ile yapılan çalışmada Vmax= kn olarak bulunmuştur. Moment- Eğrilik için bulunan değerler Şekil 5.1 de görülmektedir. SAP2000 programı ile yapılan analizlerde lineer çözümleme yapılmıştır. Yapılan bu lineer analizlerde deney elemanlarının verilen yüke göre yaptığı deplasmanlar belirlenmiştir. RM için SAP2000 ile yapılan analiz sonucu 90 kn olarak hesaplanan yatay yük sonucu sistemin yaptığı deplasman 8 mm olarak görülmüştür. DSM için SAP2000 ile yapılan analiz sonucu 150 kn olarak hesaplanan yatay yük sonucu sistemin yaptığı deplasman 3 mm olarak görülmüştür. YSM için SAP2000 ile yapılan analiz sonucu 190 kn olarak hesaplanan yatay yük sonucu sistemin yaptığı deplasman 2 mm olarak belirlenmiştir. 6.4 Analitik Çalışma İle Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi SEMAp programı ile deneysel çalışmayı karşılaştırmak için deney elemanın maksimum kesme kuvveti 108,19 kn olarak bulunmuştur. Yapılan deneysel çalışmada ise bu değer 90 kn olarak belirlenmiştir. Buradan da görüldüğü üzere değerlerin birbirine çok uzak olmadığı görülmektedir. Yapılan deneysel ve analitik çalışmaların aynı sonuçları vermeleri neredeyse imkansızdır. Bunun nedeni ise yapılan deneysel çalışmalarda malzeme kabulleri, idealleştirmeler ve benzeri durumların farklılık göstermesinden kaynaklanabilmektedir. Sap2000 programı kullanılarak elde edilen sonuçlar ve yapılan deneysel sonuçlar karşılaştırıldığında sonuçların değerler olarak birebir tutmadığı görülmüştür. Fakat her üç modelin yaptığı davranış açısından yol gösterici olmuştur. Üç model içinde programın verdiği gerilme dağılımları ve kesitteki zorlanmalar incelendiğinde deneysel çalışma ile elde edilen gerilme ve hasar bölgeleri çok yakındır. Programın verdiği gerilme dağılımları incelendiğinde oluşan hasarların perde gövdesinde 60

76 beklendiği gibi kesme hasarları oluştuğu görülmüştür. Yükler altında yapılan analizde ve deneysel çalışmada da görüldüğü üzere en fazla gerilmenin perde duvarın temel ile bağlandığı kısmın her iki ucunda oluştuğu belirlenmiştir. Şekil 6.4: RM numunesi deneysel ve sayısal model Şekil 6.5: DSM numunesi deneysel ve sayısal model 61

77 Şekil 6.6: YSM numunesi deneysel ve sayısal model Şekil ve 6 da her üç model için deneysel ve analitik çalışma kapsamında elde edile davranışlar gösterilmiştir. Şekil 6.4 de her iki davranışın uyuştuğu açıkça görülmektedir. Şekil 6.5 ve Şekil 6.6 da ise DSM ve YSM CFRP ile sargılı olduğundan oluşan hasarlar tam manası ile görülmemektedir. Fakat yakından incelendiğinde ve CFRP kaldırıldığında oluşan kesme hasarları görülmektedir. 62