Betonarme Kirişlerin Karbon Elyafla Güçlendirilmesi Üzerine Deneysel Bir Araştırma

Transkript

1 Betonarme Kirişlerin Karbon Elyafla Güçlendirilmesi Üzerine Deneysel Bir Araştırma Mehmet Selim ÖKTEN (1), Kaya ÖZGEN (2), Mehmet UYAN (3) GİRİŞ Bu çalışmada, fiberle güçlendirilmiş karbon elyaf malzeme kullanılarak (CFRP), iki farklı sarım tekniği ile güçlendirilen betonarme kiriş modelinin, yük altındaki davranışı incelenmiştir. Deneyler ayrı ayrı ve farklı beton kalitesinde üretilen betonarme elemanların, ikişer ikişer ve farklı sarım teknikleri kullanılarak birleştirilmesi ile elde edilen numuneler üzerinde yapılmıştır. Ayrıca birleştirilmiş numunenin boyutlarında ve donatısında monolitik bir mukayese kirişi üretilmiştir. Genellikle CFRP ile birleştirilen numunelerin göçme yükü ile mukayese kirişinin göçme yükü büyük bir fark göstermemekte hatta daha yüksek kaliteli betonla üretilip birleştirilen kirişlerin göçme yükü, mukayese kirişinin göçme yükünden daha fazla çıkmaktadır. Buna karşılık deney numunelerinin orta noktalarında mukayese kirişine oranla daha düşük bir çökme düzeyi gözlemlenmiştir. ÇALIŞMA YÖNTEMİ Bu çalışma kapsamında betonarme kirişlerin takviyesinde karbon elyaf kullanımının işlevselliğini araştırmak üzere deneysel bir çalışma yapılmıştır. Kirişlerde meydana gelmesi olası hasarları simule etmek üzere iki benzer kiriş elemanı uç uca eklenerek bohçalı ve bantlı olmak üzere farklı iki sarım tekniğiyle birleştirilmiştir. Bu şekilde oluşturulan deney numunelerinde karbon elyaf ile yapılan birleşimin eğilme etkisi altında davranışı incelenmiştir [1]. Bu konuda farklı bakış açılarına göre yapılmış pek çok araştırma vardır. Ritchie ve diğerleri [2], fiberle güçlendirilmiş elyaf (FRP) kullanarak yapılan dıştan takviyenin ne derece işlevsel olduğunu görmek için 16 adet yetersiz güçlendirilmiş kirişi test etmişlerdir. Sharif ve diğerleri [3], yüklenerek hasar oluşturulan betonarme kirişlerin, fiberle güçlendirilmiş elyaf (FRP) kullanılarak onarımını araştırmışlardır. Betonarme kirişler öncelikle, eğilmede limit yük (1) Araş.Gör. Mehmet Selim ÖKTEN, MSÜ Mimarlık Fakültesi/FINDIKLI/İSTANBUL,Tel: , e-posta: (2) Prof. Dr. Kaya ÖZGEN, İTÜ Mimarlık Fakültesi/TAŞKIŞLA/TAKSİM/İSTANBUL (3) Prof.Dr. Mehmet UYAN, İTÜ İnşaat Fakültesi/AYAZAĞA/İSTANBUL 1

2 kapasitesinin %85 ine kadar yüklenmiş ve bunu izleyen aşamada kirişin alt yüzeyi epoksiyle bağlanan FRP ile onarılmıştır. Elde edilen sonuçlar, genel olarak, onarılmış kirişlerin eğilme mukavemetlerinin arttığını göstermektedir. Quantrill ve diğerleri [4], 1.0 m boyundaki betonarme deney kirişlerinin alt yüzeylerine epoksi kullanarak elyaf yapıştırmışlar ve bunlarla bir seri deney yürütmüşlerdir. Saadatmanesh ve diğerlerinin [5] yürüttükleri deneysel çalışma, FRP kompozit bantlarla takviye edilmiş betonarme kolonların sismik dayanımlarının önemli ölçüde arttığını göstermektedir. Bu çalışmada karbon elyaf kullanılarak betonarme kirişlerde güçlendirmeye yönelik çalışmaların esasları ve özellikleri incelenmiştir. Birleşim noktalarında yapıştırıcılı veya yapıştırıcısız eklenmiş 100x150x750 mm.lik betonarme kiriş modellerinin, farklı sarım teknikleri (bantlı-bohçalı) ve beton kaliteleriyle (C16-C30) altı grup modeli içerisinde karşılaştırmalı olarak ve C16 beton kalitesindeki 100x150x1500 mm.lik mukayese modeli baz alınarak, sistemin eğilme davranışı ve çökme durumu incelenmiştir Şekil (1,2). 75cm 75cm 150cm Şekil 1.Deney Düzeni Şekil 2. Mukayese Elemanı Deneysel çalışmalarda kullanılan karbon elyaf, Alman EPO firmasının ürettiği tek yönde dokunmuş ve karbon fiberlerin epoksi reçinesi matrisine yerleştirilmesiyle oluşturulmuş bir elyaftır. Karbon elyafın betonarme eleman modellerine yapıştırma işlemi iki bileşenli, solventsiz, epoksi bazlı bir laminasyon reçinesi ile sağlanmıştır. Bu işlem için Duratek firmasının Av23 sertleştiricisi ve Bv23 epoksi reçinesi kullanılmıştır. Betonarme deney elemanlarının uç uca eklenmesi solventsiz, epoksi esaslı beton yapıştırıcısı ile yapılmıştır. Bu işlem için Duratek firmasının GSM 510/A ve GSM 510/B bileşenli eski-yeni beton yapıştırıcı macunu ve kum kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan C16 ve C30 beton kalitesindeki 100x150x1500 mm boyutlarında kiriş modelleri, 100x150x750 mm boyutlarındaki iki adet elemanın, yapıştırıcılı ve yapıştırıcısız olmak üzere uç uca eklenmesiyle oluşturulmuştur (Şekil 3, 4). 2

3 Beton yapıştırıcısı 75cm 75cm Şekil 3. Beton yapıştırıcılı ekleme Şekil 4. Beton yapıştırıcısız ekleme Bu modeller bohçalı ve bantlı sistem olmak üzere iki farklı karbon elyaf sarım tekniği ile güçlendirilmiştir (Şekil 5, 6). 35cm 35cm 70cm Şekil 5. Bohça sistemi 70cm Şekil 6. Bant Sistemi Bohçalama sistemi 30cmx70cm ebatlarında kesilen karbon elyafın birleştirilen kiriş modelinin ortasına üç kat sarılması, bant sistemi ise x70cm ebatlarında kesilmiş karbon elyafın, birleştirilmiş kiriş modellerinin çekme bölgesine üç kat, yan yüzeylerine ise birer kat olmak üzere epoksi ile yapıştırılması ile oluşturulmuştur. Yapıştırma işlemi tamamlandıktan sonra 5cmx70cm boyutlarındaki karbon elyaf etriye ile yapıştırılan bantların uçları enine sarılmıştır. Aşağıdaki şekilde yükleme düzeneği gösterilmiştir (Şekil 7). P P 55cm 30cm 55cm Şekil 7. Yükleme Düzeneği 3

4 BULGULAR Bu çalışmada karbon elyaf kullanılarak betonarme kirişlerde güçlendirmeye yönelik araştırmaların esasları ve özellikleri incelenmiştir. Gerçekleştirilen deneylerle karbon elyaf ile takviyeli kirişler üzerinde sarım tekniğinin, beton yapıştırıcısının, beton kalitesinin ve yapışma yüzeyinin kirişin yük altındaki davranışına ait etkileri araştırılmıştır. Çalışma kapsamında oluşturulan kiriş modellerinin göçme durumları incelenmiş, taşıma güçleri elde edilmiş, kıyaslamalar yapılmıştır. Elde edilen veriler, süneklik oranı ve taşıma gücü oranı olarak sınıflandırılmış ve kiriş grupları içinde bu değerler mukayese edilmiştir. Buna göre C16 beton kalitesine sahip kiriş grupları içinde mukayese modeline en yakın davranışı, ek yerlerinden yapıştırıcı ile birleştirilen ve bohçalı sistem ile sarılan, bohçalı yapıştırıcılı (C16) tip kirişler göstermiştir. C30 beton kalitesine sahip kirişlerde ise, taşıma gücü bakımından C16 beton sınıfına sahip kirişlere göre karbon elyaf performansının arttığı gözlemlenmiştir. 4

5 KAYNAKLAR [1] Ökten, Mehmet Selim, Betonarme Kirişlerin Karbon Elyafla Güçlendirilmesi Üzerine Deneysel Bir İnceleme, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. [2] Ritchie, P.A., Thomas, D.A., Lu, L. and Connelly, G.M., ACI Structural Journal of Structural Engineering, 88, [3] Sharif, A., Al-Sulaimani, G.J., Basunbul, A., Baluch, M.H. and Ghaleb, B.N., ACI Structural Journal of Structural Engineering, 91, [4] Quantrill, R.J., Hollaway, L.C. and Thorne, A.M., Magazine of Concrete Research, 48, [5] Saadatmanesh, H., Ehsani, M.R. and Jin, L., ACI Structural Journal, 93. 5