GÜÇLENDİRME ÖNERİ RAPORU

Transkript

1 GÜÇLENDİRME ÖNERİ RAPORU GÜÇLENDİRME ÖNERİ RAPORU İLİ İLÇESİ MAHALLESİ SOKAĞI :İSTANBUL :ÜSKÜDAR :KISIKLI :B.ÇAMLICA PAFTA :156 ADA :785 PARSEL :60 KAT ADEDİ :3 TAŞIYICI SİSTEM :B.A.K 1

2 GÜÇLENDİRME ÖNERİ RAPORU YAPININ YERİ İstanbul ili Üsküdar ilçesi Kısıklı mahallesi B.Çamlıca sokağı 156 nolu pafta 785 nolu ada 60 nolu parsel içerisinde bulunan 1 bodrum ve 2 kat dan oluşan betonarme yapı için güçlendirme öneri raporu aşağıdaki gibidir. ONARIM VE GÜÇLENDİRME İHTİYAÇLARI Depremde veya herhangi bir afet anında hasar görmüş yapılar, Ekonomik ömrünün uzatılması istenen yapılar, 2007 öncesi Deprem Yönetmeliği göre yapılmış ve tadilat taleplerinin karşılanması sırasında yapılan inceleme sonucunda taşıyıcı sistemin depreme dayanıklılığı yetersiz olduğu ortaya çıkan yapılar. ONARIM VE GÜÇLENDİRMEDE AMAÇ İleride beklenen olası bir depremde can kaybına yol açmayacak bir dayanım düzeyi sağlamaktır. Yapılacak yapının mukavemet düzeyi önceden belirlenerek amaca uygun bir mukavemete erişmesinin sağlanması esas alınmalıdır. Projelendirme sırasında depreme karşı belli ilkelerin kabulü gerekir. Bu kabuller; Küçük depremlerde yapıların hasar görmeden kurtulmaları Orta dereceli depremlerde taşıyıcı olmayan kısımlarda hasar görmesine müsaade edilmesine rağmen taşıyıcı sistemlerin hasar görmesine müsaade edilmemelidir. Büyük depremde yapının taşıyıcı ve taşıyıcı olmayan sistemlerinde önemli hasarın oluşmasına müsaade edilir fakat yapının göçmemesi gerekir. ONARIM VE GÜÇLENDİRMEDE YAPILACAK ÖN ÇALIŞMALAR Öncelikle yapıda güçlendirme yapılıp yapılmamasına ihtiyaç olup olmadığı hususunda çok ciddi ve hassas bir çalışma yapılarak karar verilmelidir. Bunun için; 2

3 GÜÇLENDİRME ÖNERİ RAPORU Yapının gerek mimari gerekse statik röleve çalışmasının yapılması. Varsa mevcut projenin temin edilmesi ve projesine uygun yapılıp yapılmadığının kontrol edilmesi. Uygun yerlerden genel beton dayanımını gösterecek şekilde karot numuneleri alınarak silindirik basınç dayanımının tespit edilmesi. Tahribatsız testler için ayrıca Schmidt Çekici okuması yapılmalıdır. Donatı tespit çalışmalarıyla betonarme elemanlarda bulunan donatıların projesine uygunluğu ve korozyon durumun tespit edilip röleveye işlenmesi. Temel projelerinin yerinde kontrolü amacıyla temel muayene çukurları açılarak temel tipinin ve donatıların tespiti. Varsa zemin etüd raporu temin edilmelidir. Zemin koşulları değerlendirilerek gerekirse ek zemin araştırması yapılmalıdır. Gözlemsel inceleme yapılarak yapının genel durumu, dönme olup olmadığı, taşıyıcı ve taşıyıcı olmayan elemanlarda çatlak olup olmadığı tespit edilerek röleveye işlenmelidir. Tespit edilen her türlü olumsuz durum belirlenmelidir. İNCELEME RAPORU Yapılan testler ve hazırlanan tüm veriler kullanılarak yapının üç boyutlu modelinin hazırlanması, yapıya etki eden yüklerle, tespit edilen tüm olumsuzlukların (korozyon, çatlarlar vb.) kapasite hesaplarında birebir üç boyutlu modele işlenerek yapının mevcut deprem yükleri etkisindeki davranışının tespit edilmesi, 2007 Deprem Yönetmeliğinde belirtilen kriterler baz alındığında can güvenliği performansını sağlayıp sağlamadığı belirlenip sağlamıyorsa sebepleri ile birlikte proje hesap raporları ve değerlendirme raporlarının hazırlanması Yapı yapıldığı tarihteki deprem yönetmeliklerine projesine uygun ise yapının kendi dönemine ait yönetmeliklere göre incelenerek (tahkik edilerek) karar verilmesi önemlidir. Ayrıca yapının depreme dayanıklı olup olmadığını belirten teknik değerlendirme, ön inceleme ve öneri raporu hazırlanmalıdır. Bu rapor doğrultusunda yapının güçlendirilip güçlendirilmemesi gerektiği ve varsa taşıma kapasiteleri yetersiz elemanların tespiti yapılmalı ve rapora eklenmelidir. 3

4 GÜÇLENDİRME ÖNERİ RAPORU ONARIM VE GÜÇLENDİRME YÖNTEMLERİ Betonarme yapılar için çeşitli güçlendirme yöntemleri uygulanmaktadır. Bu yöntemlerin en yaygın kullanılanları; Betonarme mantolama. Çelik köşebentler ve lama kullanarak sarma. Fiber karbon uygulamalarıdır (lifli polimer (FRP)). Bu üç yöntemin birbirlerine göre mimari ve statik olarak farklılıkları ve buna bağlı olarak avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Ekteki dosyalarda çeşitli kuruluşlar tarafından yapılmış Çelik köşebentlerle ve lamalarla güçlendirilmiş betonarme elemanların deneysel çalışmaları bulunmaktadır. EKLER EK1: Çelik Korniyerler ve Lamalar Yapıştırmak Suretiyle Betonarme Kirişlerin Eğilmeye Karşı Güçlendirilmesi EK2: Hasarlı Betonarme Elemanların Çelik Köşebent ve Lamalar ile Güçlendirilmesi EK3: Çelik Korniyerler ile Güçlendirilmiş / Onarılmış Betonarme Kolonların Eksenel Yük Altında Davranışı EK4: Betonarme Yapı Elemanlarında Kullanılan Onarım ve Güçlendirme Yöntemlerinin Karşılaştırılması 4

5 Yıl:2011, Cilt:4, Sayı:2, Sayfa: TÜBAV BİLİM DERGİSİ ÇELİK KORNİYER VE LAMALAR YAPIŞTIRMAK SURETİYLE BETONARME KİRİŞLERİN EĞİLMEYE KARŞI GÜÇLENDİRİLMESİ E. Ebru DEMİRCİ 1, Ayla P. Amil 2, Remzi Şahin 3 1 Karayolları 12. Bölge Müd., Erzurum 2 Emekli Öğretim Üyesi, İstanbul 3 Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fak., İnşaat Böl., Erzurum Özet Bu çalışma, epoksi ile çelik korniyer ve/veya lama yapıştırılarak güçlendirilmiş betonarme kirişlerin eğilme altındaki davranışını karşılaştırmalı olarak incelemek için yapılmıştır. Bu amaçla, tamamı 15x30x150 cm boyutlarında olan dört farklı kiriş tipi kullanılmıştır. 1. tip kiriş (K1) referans numune olup herhangi bir güçlendirme işlemi uygulanmamıştır. 2. tip kirişde (K2), kirişin alt köşelerine kiriş boyunca 50x50x5 mm boyutlarında korniyerler yapıştırılmıştır. 3. tip kirişde (K3), kirişin alt köşelerine kiriş boyunca 30x30x3 mm lik korniyerler ve kirişin alt yüzüne 30x3 mm lik lamalar yapıştırılarak güçlendirme işlemi uygulanmıştır. 4. tip kiriş (K4) ise K3 kirişi gibi güçlendirilmiş, ilave olarak da, kirişin yan yüzeylerine 40 cm aralıklarla 30x3 mm lik lamalar yapıştırılmıştır. Sonuçların değerlendirilmesinden kiriş alt yüzlerine 50x50x5 mm boyutunda korniyer yapıştırılarak yapılan güçlendirmenin (K2) taşıma gücünde maksimum artış, yer değiştirmede maksımum azalış sağladığı görülmüştür. Korniyer boyutlarının büyük olmasının sonuçlar üzerinde etkili olduğu düşünülmektedir. Profil boyutundaki artışın çatlak genişliği ve sayısıyla ters orantılı, buna karşın, kirişin yük taşıma kapasitesinin artması ile doğru orantılı olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Betonarme kiriş, güçlendirme, epoksi, korniyer, lama FLEXURAL RETROFITTING OF RC BEAMS BY GLUING STEEL CORNERS AND PLATES Abstract The aim of this study is to investigate comparatively flexural behaviour of reinforced concrete (RC) beams strengthened with steel corners and/or plates under bending. For this purpose, four different types of RC beams with the size of 15x30x150 cm were produced. The first type of the beams (K1), which was not strengthened, was the reference sample. The steel corners with the size of 50x50x5 mm were glued to the bottom corners of the beam for the second type of the beams (K2). For the third type of beams (K3), both the steel corners with the size of 30x30x3 mm and steel plates with the size of 30x3 mm were glued to the bottom corners and the lower surface of the beam to achieve strengthening process, respectively. The fourth type of the beams (K4) was strengthened as indicated in K3 and the steel plates with the size of 30x3 mm and intervals of 40 cm were glued to the lateral surfaces of the beam additionally. It was observed that strengthening obtained by gluing corners with the size of 50x50x5 mm to the bottom corners of the beam (K2) provided maximum increase at the load carrying capacity and maximum decrease at the deflection of the beams. It was deduced from the experiments that the corners with larger dimensions were more effective on the results. It is concluded that the increase in the dimension of the corners is inversely proportional to the width and number of the crakcs, while it is proportional to the strength of the beam gained with retrofitting. Keywords: Reinforced concrete beam, retrofit, epoxy, steel corner, steel plate E-posta: ebrutaslibeyaz@yahoo.com

6 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin 1. Giriş Yapılar; görünüş ve/veya yük taşıma kapasitesi, rijitlik, düktilite ve dayanıklılık gibi kullanım özelikleri bakımından hasar öncesi durumuna getirilmek üzere onarılabilirler. Bazı durumlarda da (yukarıda belirtilen özelliklerin tamamı veya bir kısmını mevcut durumunun üzerine çıkarmak amacı ile) yapıların güçlendirilmesi gerekir [1]. Yapıların ve/veya yapı elemanlarının güçlendirilmesi için farklı malzeme ve yöntemler geliştirilmiştir. Günümüzde, eğilme etkisi altında kalan elemanların güçlendirilmesinde, FRP (Fiber Reinforced Polymer) ya da CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) ile güçlendirme yöntemleri üzerinde çalışmalar [2-12] yürütülmekle birlikte mantolama gibi klasik yöntemlerle kirişlerin güçlendirilebiliceğini belirten araştırmacılar [1,13] da vardır. Betonarme elemanlar, enine ve boyuna doğrultularda çelik şeritler kullanılarak da güçlendirilebilir. Bu yöntemde, çeşitli kalınlıklarda çelik şeritler kirişin alt ve yan yüzlerine ve kiriş-kolon birleşim bölgesine epoksi reçinesi ile yapıştırılarak ve/veya cıvatalar yardımıyla sabitlenerek kullanılmaktadır [14,13,15]. Oh v.d. (2003) [16] çelik levhalarla güçlendirilmiş betonarme kirişlerin statik ve dinamik yükler altında yorulma davranışlarını incelemek amacıyla yaptığı deneysel çalışmada; güçlendirilmiş kirişlerin nihai dayanımının yapıştırıcı tabakanın kalınlığı ile arttığını ve güçlendirilmiş kirişlerin aynı yorulma yük düzeyinde, güçlendirilmemiş kirişlere göre, daha yüksek yorulma dayanımı değerine sahip olduğunu belirlemiştir. Sharif v.d. (1995) [17] ise dış yüzüne çelik levha yapıştırmak suretiyle güçlendirdiği tüm kesme hasarlı betonarme kirişlerin dayanım değerlerinde artış gözlemlemiştir. Li v.d. (2000) [18] da güçlendirilmiş beton kirişlerin davranışları üzerinde çelik levha ve yapıştırıcı tabaka kalınlığının etkisini incelediği çalışmasında, kirişin eğilme dayanımının yapışkan tabakanın kalınlığını artırmakla artmadığını, buna karşın, çok yüksek yük değerlerinde çelik levha ve betonda meydana gelen gerilmenin yapıştırıcı tabakanın kalınlığının artırılmasıyla arttığını tespit etmiştir. Tankut ve Arslan (1992) [19] ise değişik tipte epoksiyle yapıştırılan çelik levhalarla güçlendirilen özdeş betonarme kiriş numuneleri üzerinde yaptıkları çalışmada; güçlendirme plakasının yeterince uzun olduğu ve plaka uçlarının kiriş donatısına kaynaklanarak ya da epoksili başlıklar kullanılarak yerinde tutulduğu kirişlerde yeterli dayanım düzeyine ulaşabileceği sonucuna varmışlardır. Ancak, bu yöntemde işçilik düzeyinin çok önemli olduğu ve uygulamanın başarısını büyük ölçüde etkilediği vurgulanmıştır. Swany v.d. (1987) [20] da epoksi ile yapıştırılan çelik levhalarla güçlendirilen kirişlerin yapısal davranışını incelemiş ve güçlendirilen kirişlerin eğilme dayanımında %15 artış gözlemlemiştir. Adhikarya v.d. (2000) [21] ise kiriş yüzeylerine sürekli yatay çelik levha yapıştırarak yapılan güçlendirme tekniğinin kirişin kesme dayanımında etkili olduğunu belirlemiştir. Oehlers (1990) [22] de betonarme kirişlerin alt yüzlerine çelik levha yapıştırmak suretiyle güçlendirdiği kirişlerin, eğilme ve kesme dayanımında artış, eğilme çatlaklarının genişliğinde ise azalma tesbit etmiştir. Barnes v.d. (2001) [14] ise betonarme kirişleri kesme dayanımı açısından güçlendirmek için kullanılan dış çelik levha sistemini araştırmış ve yan yüzeylerine çelik levhalar bağlanan kirişlerin kesme kapasitelerinde büyük artış gözlemlemişlerdir. Son yıllarda üzerinde çalışılan yeni bir güçlendirme uygulaması da kelepçelerle güçlendirme yöntemidir. Bu yöntemde, kesme dayanımı yetersiz betonarme kirişler, eleman dışından çeşitli düzenlerle yerleştirilen kelepçelerle kesmeye karşı güçlendirilmektedir. Bu çalışmalar [23,24] sonucunda; uygulanan güçlendirme yönteminin etkili olduğu ve güçlendirme uygulanan numunelerin dayanım, rijitlik ve düktilitelerinin arttığı görülmüştür. Bu çalışmada ise korniyer (çelik L profil) ve/veya lamaların epoksi reçinesi ile betonarme kirişlerin yan ve alt yüzeylerine yapıştırılması suretiyle yapılan güçlendirmenin kirişin eğilme davranışı üzerindeki etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Literatürde görülen noksanlık konunun seçilmesinde belirleyici olmuştur. 2. Materyal ve Yöntem 2.1. Malzemeler, beton üretimi ve deneylerde kullanılan aletler Çalışmada, özellikleri Çizelge 1 de verilen, Normal Portland Çimentosu (CEM I 42,5) kullanılmıştır. Maksimum agrega tane boyutu 16 mm seçilmiş olup agrega karışıma iki sınıfa (0/4 ve 4/16) ayrılmış olarak konulmuştur. İnce/iri agrega oranı 45/55 dir. Karışım granülometrisi A16/B16 eğrilerinin arasında kalacak şekilde belirlenmiştir. Kimyasal katkı olarak ise yoğunluğu 1.20±0.02 kg/dm 3 olan ve karışıma çimento ağırlığının %2 si oranında katılan süper akışkanlaştırıcı kullanılmıştır. 104

7 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin Çizelge 1. Çimentonun fiziksel, mekanik ve kimyasal özellikleri Kimyasal özellikler Fiziksel ve mekanik özellikler Kimyasal Bileşen Oran (%) Özgül ağırlık (gr/cm 3 ) 2.82 SiO Özgül yüzey (cm 2 /gr) 3900 Al 2 O Litre ağırlığı (gr) 929 Fe 2 O Priz başlangıcı (saat-dk) 3sa-26dk CaO 47.5 Priz sonu (saat-dk) 4sa-22dk MgO 2.91 Hacim genleşmesi (mm) 1 SO Basınç dayanımı (MPa) Eğilme ayanımı (MPa) 2. gün 13.4 Kızdırma kayb ı gün 24.1 Na 2 O gün 38.3 K 2 O gün 3.1 Cl gün 4.7 Ölçülemeyen gün 6.7 Toplam 100 Su/çimento oranı 0.53, çimento dozajı 300 kg/m 3, beton sınıfı C20/25 olacak şekilde karışım hesabı yapılan betonlar 100 dm 3 hacimli betonyerde üretildikten sonra çelik kalıplara yerleştirilmiştir. Yerleştirme işleminden önce kalıbın tüm iç yüzeyleri yağlanmış ve önceden hazırlanan donatı kalıbın içine, paspayı 25 mm olacak şekilde, yerleştirildikten sonra beton kalıba dökülmüştür. Betonlar üç tabaka halinde konmuş ve her bir tabaka laboratuar tipi iç vibratörle kalıp boyunca ortalama 30 cm aralıklarla ve 20 saniye süreyle sıkıştırılmıştır. Sıkıştırma ve yerleştirme işlemlerinden sonra, beton yüzeyi mala ile düzeltilmiş ve nem kaybını önlemek için üzeri naylon örtü ile örtüldükten sonra sertleşmeye bırakılmıştır. 72 saat boyunca kalıpta duran kiriş numuneleri bu süre sonunda kalıptan çıkarılmış ve laboratuar şartlarında 28 gün süreyle üzeri ıslak çuvalla örtülmek suretiyle kür edilmiştir. 27 günde kürü biten numuneler eğilme deneyine tabi tutulmuşlardır. Kirişlerinin üretiminde kullanılan betonların mekanik özelliklerinin yeniden üretilebilirliğini denetlemek için her bir karışımdan standart silindir numuneler (ø15x30 cm) alınarak 28 günlük basınç deneyleri yapılmıştır. Deneylerden elde edilen ortalama basınç dayanım değerleri MPa arasında değişmiştir. Çalışmada ilgili Türk Standartları na göre [25,26] üretilmiş 30x30x3 mm ve 50x50x5 mm boyutlarında korniyer ve 30x3 mm boyutlarında lamalar kullanılmıştır. Korniyer ve lamaları yapıştırmak için BASF ticari markasıyla piyasadan temin edilen Concresive 1406 epoksi reçinesi kullanılmıştır. Üretici firmadan, çift komponentli olan bu reçinenin çeliğe yapışma dayanımının >6.5 MPa (7 günlük), betona yapışma dayanımının ise >3.5 MPa (7 günlük) olduğu bilgisi alınmıştır. Donatı olarak ise 12 mm (çekme donatısı), 10 mm (montaj donatısı) ve 8 mm (etriye) kullanılmıştır. Donatıların akma dayanımları MPa, çekme dayanımları MPa, kopma uzamaları %15-16 aralığındadır Numunelerin boyutları ve uygulanan güçlendirme yöntemleri Deneylerde kullanılan kiriş numunelerinin boyutları 150x300x1500 mm olarak seçilmiştir. Kirişlerin alt bölgesine 3Φ12 çekme donatısı, üst bölgesine 2Φ10 montaj donatısı; sarılma bölgesinde 100 mm, orta bölgede ise 150 mm aralıklı olacak şekilde etriyeler yerleştirilmiştir (Şekil 1). Kirişlerdeki paspayı tabakası kalınlığı 25 mm dir. Çalışmada, biri referans üçü de farklı yöntemlerle güçlendirilmiş olan, dört farklı kiriş kullanılmıştır: 1. tip kiriş (K1) referans numune olup herhangi bir güçlendirme işlemi uygulanmamıştır. 2. tip kirişde (K2) kirişin alt köşelerine kiriş boyunca (150 cm) 50x50x5 mm boyutlarında korniyerler yapıştırılmıştır. 3. tip kirişde (K3) kirişin alt köşelerine kiriş boyunca 30x30x3 mm lik korniyerler ve kirişin alt yüzüne, eksenden eksene 20 cm aralıklı olacak şekilde, 30x3 mm lik lamalar yapıştırılarak güçlendirme işlemi uygulanmıştır. Lamaların boyu iki korniyer arasındaki mesafe kadardır. 4. tip kirişde (K4) ise yine kirişin alt köşelerine kiriş boyunca 30x30x3 mm lik korniyerler ve kirişin alt ve yan yüzeylerine 30x3 mm lik lamalar yapıştırılmıştır. Alta yapıştırılanlar K3 ile aynı aralıkta yan yüzeye yapıştırılanlar ise korniyerden itibaren 20 cm boyunda ve eksenden eksene 40 cm aralıklıdır (Şekil 2). 105

8 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin Şekil 1. Kirişlerin donatı detayı Şekil 2. Kirişlerin güçlendirme detayları ve görünüşleri 2.3. Deney Düzeneği, Kirişlerin Yüklenmesi ve Ölçme Aygıtları Kirişlerin yüklenmesinde kullanılan eğilme deney düzeneğinin ilke şeması Şekil 3 de, deney anından alınan bir görüntü de Şekil 4 de verilmiştir. 300 kn yükleme yapabilen yükleme çerçevesine adapte edilen bu düzenek, bir çelik yük dağıtma kirişi aracılığıyla yükleme çerçevesine ait verenle donatılmıştır. Eğilme deneyinde yükleme, saniyede bir ölçü alınmak suretiyle göçme yüküne kadar hiç boşaltma yapılmadan gerçekleştirilmiştir. Kirişlere uygulanan yük nedeniyle meydana gelen yer değiştirmeleri ölçmek amacıyla LVDT ler kullanılmıştır. LVDT lerden 106

9 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin 2 si kirişe etkiyen P/2 yükleri mesafesinde (Şekil 1), diğeri ise kirişin orta bölgesine yerleştirilmiştir. Ayrıca kirişe gelen yükün şiddetini belirleyebilmek için yükleme pompası ile kiriş arasına yük hücresi yerleştirilmiştir. Her bir deneyde, yükleme süresince kirişte meydana gelen sehimler ve yükün göçme anına kadar olan değerleri bir veri kaydedici ile okunmuştur. 1- Pompa 2- Yük hücresi 3- Yük Dağıtma Kirişi 4- Deney Kirişi 5- LVDT 6- Yükleme Çerçevesi Şekil 3. Kirişlerin yüklenmesinde kullanılan eğilme deney düzeneğinin ilke şeması Şekil 4. Deney anına ilişkin bir görünüm 3. Bulgular ve Tartışma Referans kiriş (K1) için, deneyde okunan değerlerden hareketle çizilen, yük-yerdeğiştirme eğrisi ve gözlenen çatlakların kiriş üzerindeki görünümü Şekil 5 de verilmiştir. 107

10 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin (a) (b) (c) Şekil 5. Referans (K1) kirişinin yük-yerdeğiştirme grafiği (solda) ve gözlenen çatlaklar (a: ilk çatlaklar, b: göçme yüküne erişildikten sonra görülen çatlaklar, c: Maksimum yerdeğiştirme meydana geldikten sonra gözlenen çatlaklar) K1 kirişinde, göçme yükünün %17 si olan 35,97 kn değerine erişildiğinde kirişin çekme bölgesinde bulunan en dış lifdeki birim uzamanın betonun çekmedeki birim deformasyon sınırına ulaşması ile, eğilme momentinin maksimum olduğu orta bölgelerde kiriş eksenine dik şekilde 0,3-0,5 mm genişliğinde çatlaklar meydana gelmiştir (Şekil 5.a). Uygulanan yük değeri göçme yüküne ulaştıktan sonra çatlakların boy ve genişlikleri artarak 2-3 mm arasındaki boyutlara ulaşmıştır. Bu çatlaklar kiriş ekseni ile belirli bir açıya sahip olup kirişin hem orta bölgesi hem de kesme açıklığında meydana gelmişlerdir (Şekil 5.b). Göçme yükünden sonra, kirişte gözlenen yer değiştirme devam etmiş ve kiriş 42,06 mm değerinde yer değiştirme yaptığında artık yük taşıyamaz duruma gelmiştir. Kirişte maksimum yer değiştirme meydana geldikten sonra gözlenen çatlaklar 5 mm genişliğine ulaşmış ve kiriş betonunda ezilme gözlenmiştir (Şekil 5.c). Mesnet ile yük arasındaki kesme açıklığında meydana gelen eğilme çatlakları yön değiştirip eğikleşerek kiriş üst kenarına kadar ilerlemiştir. Yük ve mesnet arasındaki bölgede kayma gerilmeleri de bulunduğundan asal çekme gerilmeleri nedeniyle oluşan bu çatlaklar kiriş eksenine belirli bir eğik açı ile oluşmuşlardır. Yük artmaya devam ederken çatlak genişlik ve boylarındaki hızlı artmalar ise donatıdaki akmanın başladığını göstermiştir. Şekil 5 den görülebileceği gibi yük, göçme yükü olan 211,6 kn değerine kadar doğrusal olarak artmış göçme yüküne erişildikten sonra ise belli bir değer etrafında sabit kalmıştır. Yükün bu şekilde bir seyir izlemesi kirişin sünek davranış göstermesi ile açıklanabilir. K2 kirişine ait yük-yerdeğiştirme eğrisi ve gözlenen çatlakların kiriş üzerindeki görünümü Şekil 6 de verilmiştir. 50x50x5 mm boyutunda korniyerlerle güçlendirilen bu kirişde görülen ilk çatlaklar, K1 kirişinde olduğu gibi, eğilme momentinin maksimum olduğu orta bölgelerde ve kiriş eksenine dik şekilde meydana gelmiştir. Ancak, referans kirişden farklı olarak, bu kirişde görülen ilk çatlaklar göçme yükünün %60 ı olan kn değerine ulaştığında 0.1 mm genişliğe ulaşmıştır (Şekil 6.a). Kirişe uygulanan yük değeri göçme yükünün % 80 i olan 225,6 kn değerine ulaştığında ise kirişin kesme açıklığında çatlama momentine erişildiğinden, bu bölgede de 0,1 mm genişliğinde çatlaklar gözlenmiştir (Şekil 6.b). Gözlenen bu çatlaklar kiriş eksenine belirli bir açı yapmaktadırlar. Uygulanan yük değerleri göçme yükünün %80-90 ına ulaştığında bile kirişte görülen çatlaklar 0.1 mm genişliğinde kalmıştır (Şekil 6.c). Güçlendirme amacıyla kullanılan korniyerler eğilme çatlaklarını başarılı bir biçimde kontrol etmiş, çatlakların kılcal düzeyde (0,1 mm) kalmasını ve davranışa sünek eğilmenin hakim olmasını sağlamışlardır. 108

11 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin (a) (b) (c) Şekil 6. K2 tipi kirişin yük-yerdeğiştirme grafiği (solda) ve gözlenen çatlaklar (a: ilk çatlaklar, b: göçme yükünün %80-90 ına erişildiğine görülen çatlaklar, c: maksimum yükleme sonrası gözlenen çatlaklar) K2 kirişinde referans kirişe oranla göçme yükü %33,27 artmıştır. Şekil 6 daki yük-yerdeğiştirme grafiği incelendiğinde; grafiğin doğrusal olarak yükselirken 60 kn civarında kırılmaya uğradığı, daha sonra tekrar doğrusal şekilde yükselerek 282,0 kn yük değerine ulaştığı görülmektedir. Bu davranışın nedeni, 60 kn yük değerinden sonra betonda ciddi dayanım kaybı oluşması ve bu noktadan sonra ise güçlendirme amacıyla kiriş yüzeyine yapıştırılan korniyerler nedeniyle kirişin 282,0 kn yüküne kadar taşıma gücünün devam etmesiyle açıklanabilir. Uygulanan yük değeri 282,0 kn değerine eriştiğinde ise kirişin yük uygulanan noktalarında ezilme de gözlenmiştir (Şekil 6.c). Kirişe sistemin maksimum yükü uygulandığı halde kiriş kırılmadığından, yük-yerdeğiştirme grafiği sürekli artış göstermiştir. Ayrıca, K2 kirişine güçlendirme uygulandığından, kirişte meydana gelen maksimum yer değiştirme değeri, referans kirişe oranla %53 azalmış ve 19,76 mm olarak kaydedilmiştir. K3 kirişinde gözlenen yük-yer değiştirme eğrileri ve çatlaklar Şekil 7 de verilmiştir. Bu kirişde, uygulanan yük değeri göçme yükünün %20 si olan 47.8 kn değerine ulaştığında kirişte gözlenen ilk çatlaklar kirişin orta bölgesinde kiriş eksenine dik ve 0.3 mm genişliğinde görülmüştür (Şekil 7.a). Bu noktadan sonra grafiğin 171,34 kn değerine kadar yükseldiği daha sonra kirişin daha düşük değerlerde yük almaya başladığı fakat yerdeğiştirme değerinin artmaya devam ettiği görülmüştür. Kirişin aldığı yük değeri 151 kn değerine kadar düştükten sonra yeniden artmış ve grafikteki yükseliş göçme yükü olan 239,0 kn değerine kadar devam etmiştir. Bu davranış, belli bir yükte ulaşıldığında betonun taşıma gücünü yitirmeye başlaması buna karşın kiriş alt yüzüne yapıştırılan lamaların ve profillerin, kirişin bir miktar daha yük almasını sağlaması ve kirişin sünekliğini artırmış olması ile açıklanabilir. Uygulanan yük değeri 171,34 kn değerine ulaştığında kirişin kesme bölgesinde 2-3 mm genişliğinde çatlaklar meydana gelmiştir (Şekil 7.b). Bu çatlaklar kiriş eksenine belirli bir açı ile oluşmuşlardır. Bunun nedeni ise kirişin kesme açıklığında kayma gerilmelerinin de etkili olmasıdır. Bu kirişte yükleme süresince meydana gelen çatlaklar, referans kirişde görülen çatlaklara oranla daha az olmasına rağmen, K2 kirişindekilerden sayıca daha fazla ve daha geniştir. Gelişen çatlakların K1 kirişinden az olmasının sebebi, K3 kirişinde güçlendirme uygulanmış olmasıdır. Çatlakların K2 kirişinde görülen çatlaklardan daha fazla olma sebebi ise, K2 kirişinde güçlendirme amacıyla 50x50x5 mm boyutunda korniyer kullanılmasına karşın, K3 kirişinde daha küçük boyutlu olan 30x30x3 mm boyutunda korniyer kullanılmasıdır. Buradan, profil boyutundaki artışın çatlak genişliği ve sayısıyla ters orantılı, kirişin kazandığı dayanımla ise doğru orantılı olduğu sonucu çıkarılabilir. Göçme yükü olan 239,0 kn değerine erişildikten sonra, kirişin aldığı yük değeri azalmış ve kirişde meydana gelen maksimum yerdeğiştirme değerine erişilene kadar grafikte düşüş gözlenmiştir. Göçme yüküne maruz kalmış kirişte maksimum yer değiştirme değerine erişilene kadar gözlenen çatlaklar ise 4 mm genişliğe sahiptir ve Şekil 7.c de görüldüğü gibi kiriş eksenine belli bir açı ile meydana gelmişlerdir. Ayrıca göçme yükünden sonra kirişe yük uygulanan noktalarda ezilme de gözlenmiştir. K3 kirişinde göçme yükü referans kirişe oranla %12,94 artmış, yerdeğiştirme değeri ise %19,3 azalmıştır. 109

12 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin (a) (b) (c) Şekil 7. K3 tipi kirişin yük-yerdeğiştirme grafiği (solda) ve gözlenen çatlaklar (a: ilk çatlaklar, b: göçme yükünün %70 ine erişildiğine görülen çatlaklar, c: göçme yüküne erişildikten sonra görülen çatlaklar) K4 tipi kiriş için elde edilen yük-yer değiştirme eğrisi ve çatlak görünümleri Şekil 8 de verilmiştir. Bu şekilden, göçme yükünün %20 si olan 50,72 kn değerine kadar yükün doğrusal bir artış gösterdiği ve ilk çatlakların kirişin orta bölgesinde ve kiriş eksenine dik olarak (Şekil 8.a) 0,3 mm genişliğinde meydana geldiği görülmektedir. (a) (b) (c) Şekil 8. K4 kirişinin yük-yerdeğiştirme grafiği (solda) ve gözlenen çatlaklar (a: ilk çatlaklar, b: göçme yüküne erişildiğinde görülen çatlaklar, c: göçme yüküne erişildikten sonra görülen çatlaklar) 253,6 kn değeri olan göçme yüküne erişildiğinde ise kesme açıklığında da çatlama momentine erişildiğinden bu bölgede de çatlaklar gözlenmiştir. Bu çatlaklar 1-2 mm genişliğinde olup kiriş eksenine belirli bir açı yapmaktadırlar (Şekil 8.b). Bu noktadan sonra ise, kirişin daha düşük yük değerleri aldığı ve grafikte düşüş olduğu görülmüştür. Fakat, bir süre sonra grafiğin yeniden yükselerek, kirişin 248,0 kn değerinde yük aldığı görülmüştür. Bu davranışın nedeni, kirişin alt ve yan yüzeylerine yapıştırılan lama ve korniyerlerin kirişin dayanımını artırarak kirişe süneklik kazandırması ve yeniden yük almasını sağlamasıdır. Bu esnada kirişte gözlenen çatlak genişliği 4 mm ye ulaşmış ve kirişte yük uygulanan noktalarda ezilmeler gözlenmiştir (Şekil 8.c). Bu noktadan sonra kirişin aldığı yük değeri yeniden azalmış ve 210,0 kn değerine düştüğünde, kiriş çelik lama ve profiller nedeniyle sünek bir davranış göstererek maksimum yerdeğiştirme değeri olan 26,56 mm e kadar aynı yükü almaya devam etmiştir. K4 kirişinin yük-yerdeğiştirme grafiğinin göçme yükleri ve maksimum yerdeğiştirme değerleri farklı olmasına karşın, referans K1 kirişinin yük-yerdeğiştirme grafiği ile benzerlik gösterdiği görülmüştür. Göçme yükünden sonra, kiriş daha düşük düzeyde yük almasına karşın, kirişte meydana gelen yerdeğiştirme miktarı devamlı artmıştır. 110

13 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin K4 kirişinin yan yüzeylerinde meydana gelen çatlakların, K3 kirişine oranla sayıca daha az olduğu görülmüştür. Bu durum, K4 kirişinde yan yüzeylere yapıştırılan lamaların bu bölgede enine basınç oluşturarak betonun sünekliğini artırması ve çatlak oluşum ve ilerleyişini engellemesi ile açıklanabilir. K4 kirişinde kaydedilen göçme yükü, referans kirişe oranla %19,84 artmış, yerdeğiştirme değerleri ise yine referans kirişe oranla %36,85 azalmıştır. 4. Sonuçlar Çalışmada uygulanan güçlendirme yöntemleri, elde edilen sonuçlar ve sonuçların referans kirişe göre değişimi Çizelge 2 de topluca verilmiştir. KODU Çizelge 2. Güçlendirme yöntemine göre elde edilen sonuçlar Kırılma yükünün Maksimum Kırılma Güçlendirme tekniği K1 e sehim yükü (kn) göre artışı (%) (mm) Max. sehimin K1 e göre azalma oranı (%) K 1 Referans Kiriş 211,6-42,06 - K 2 Kirişin alt köşelerine 50x50x5 mm lik korniyerler yapıştırılmıştır. 282,0 33,3 19,8 53,0 K 3 K 4 Kiriş alt köşelerine 30x30x3 mm lik korniyer, alt yüzüne 30x3 mm lik lamalar yapıştırılmıştır. Kiriş köşelerine 30x30x3 mm lik korniyer, kirişin alt ve yan yüzeylerine de 30x3 mm lik lamalar yapıştırılmıştır. 239,0 12,9 33,9 19,3 253,6 19,8 26,6 36,85 Çizelde 2 den de görülebileceği gibi, uygulanan güçlendirme teknikleri içinde, göçme yükünün referans kirişe oranla en fazla arttığı ve yerdeğiştirme değerlerinin azaldığı uygulama kiriş alt yüzlerine 50x50x5 mm boyutunda boydan boya korniyer yapıştırılması (K2 kirişi) durumudur. Diğer güçlendirme yöntemlerine kıyasla bu yöntemden daha iyi sonuçlar elde edilmesinin korniyer boyutları ile ilgili olduğu düşünülmektedir. Profil boyutundaki artışın çatlak genişliği ve sayısıyla ters orantılı, buna karşın, kirişin yük taşıma kapasitesindeki artışla doğru orantılı olduğu sonucuna varılmıştır. Daha küçük boyutlu korniyer ve lama yapıştırılması suretiyle yapılacak olan güçlendirmenin ise hafif hasarlı kirişlerde -hasar onarımı ile birlikte- gerçekleştirildiğinde pratik ve faydalı bir uygulama olacağı sonucuna varılmıştır. Onarım ile birlikte bu güçlendirme yönteminin uygulanması, farklı korniyer ve lama en kesiti denenerek kolay uygulanabilir bir yöntem olarak yaygınlaştırılabilmesi için bu türden çalışmaların çoğaltılması gereği açıkça görülmektedir. Bu çalışmalarda, mümkünse, gerçek sınır şartları ve gerçek boyutlarda çalışılmasının elemanların gerçek davranışlarını temsil etmesi bakımından önemli olduğu da göz önünde bulundurulmalıdır. Kaynaklar [1] Demir, H., Depremden hasar görmü ş betonarme yapıların onarım ve güçlendirilmesi. İTÜ Yayınları., 151 s, İstanbul, (1999). [2] Sharif, A., Al-Suleimani, G.J., Basunbul, I.A., Baluch, M.H. ve Ghaleb, B.N., Strengthening of initially loaded reinforced concrete beams using FRP plates.aci Struct. J., 91 (2), , (1994). [3] Takeda, K., Mitsui Y., Murakami K., Sakai, H. ve Nakamura, M., Flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with carbon fibre sheets. Composites Part A.; 27A, , (1996). [4] Mohamed Ali, M.S., Oehlers, D.J and Park, S.M. Comparison between FRP and steel plating of reinforced concrete beams, Composites: Part A, 32(9), , (2001). [5] Li, A., Diagana, C. ve Delmas, Y., CFRP contribution to shear capasity of strengthened RC beams. Eng. Struct., 23 (2001), , (2001). [6] Wang, Y.C. and Chen, C.H., Analytical study on reinforced concrete beams strengthened for flexure and shear with composite plates. Compos. Struct., 59, , (2002). [7] Zhishen Wu, Jun Yin., Fracturing behaviors of FRP-strengthened concrete structures, Eng. Fract. Mech., Volume 70, Issue 10, Pages , (2003). [8] Abdalla, H.A., Evaluation of deflection in concrete members reinforced with fibre reinforced polymer (FRP) bars. Compos. Struct., Volume 56, Issue 1, 63-71, (2002). 111

14 TÜBAV Bilim 4(2) E.E.Demirci, A.P.Amil, R.Şahin [9] Abdalla, H.A., Torkey, A.M., Haggag H.A. ve Abu-Amira, A.F., Design against cracking at openings in reinforced concrete beams strengthened with composite sheets. Compos. Struct., 60 (2003) , (2003). [10] Rasheed, H.A., Nayal, R. ve Melhem, H., Response prediction of concrete beams reinforced with FRP bars. Compos. Struct., 65 (2004), , (2003). [11] J. Yin, Z. S. Wu., Structural performances of short steel-fiber reinforced concrete beams with externally bonded FRP sheets. Constr. Build. Mater., 17, , (2003). [12] Avril, S., Ferrier, E., Vautrin, A., Hamelin P. ve Surrel, Y., A full-field optical method for the experimental analysis of reinforced concrete beams repaired with composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing Volume 35, Issues 7-8, , (2004). [13] Kumbasar, N., Eren, İ., Aydoğan, M. ve İlki, Alper., Yapıların onarım ve güçlendirilmesi alanında gelişmeler. Prof. Dr. Kemal Özden i Anma Semineri, İstanbul, (2002). [14] Barnes, R.A., Baglin, P.S., Mays, G.C. ve Subedi, N.K., External steel systems for the shear strengthening of reinforced concrete beams. Eng. Struct., 23, , (2001). [15] Van Gemert, D. and Maesschalck, R., Structural repair of a reinforced concrete plate by epoxy bonded external reinforcement, Int. J. Cem. Compos. Lightweight Concrete, Vol. 5, No. 4, pp , (2003). [16] Oh, B.H., Coe, J.Y., Park, D.G., Static and fatigue behavior of reinforced concrete beams strengthened with steel plates for flexure, J. Struct. Eng., Vol. 129 (4), pp (2003). [17] Sharif, A., Al-Sulaimani, G.J., Basunbul, I.A., Baluch, M.H., Husain, M., Strengthening of shear damaged RC beams by external bonding of steel plates, Mag. Concr. Res., Vol. 47, Issue.173, , (1995). [18] Li, A., Assih, T., Delmas, Y., Influence of the adhesive thickness on the behaviour of strengthened concrete beams, J. Adhes. Sci. Technol., 14(13), , (2000). [19] Tankut, T. ve Arslan, M., Epoksili Çelik Plaka İle Güçlendirilmiş Betonarme Kiriş Davranışı Teknik Dergi, İMO, Cilt 3, Sayı 4, s575, (1992). [20] Swamy, R.N., Jones, R., Bloxham, J.W., Structural behaviour of reinforced concrete beams strengthened by epoxy-bonded steel plates, J. Struct. Eng.. Part A. Vol. 65A (2), 59-68, (1987). [21] Adhikarya, B.B., Mutsuyoshi, H., Sano, M., Shear strengthening of reinforced concrete beams using steel plates bonded on beam web: experiments and analysis, Constr. Build. Mater., 14 (5), , (2000). [22] Oehlers, D.J., Strengthening reinforced concrete beams by bonding steel plates to their soffits, 2nd National Structural Engineering Conference Barton, ACT: Institution of Engineers, Australia, 90 (10), , (1990). [23] Altın, S., Tankut, T., Anıl, Ö., Demirel, Y., Response of reinforced concrete beams with clamps applied externally: an experimental study, Eng. Struct., 25(9), , (2003). [24] Altın, S., Anıl, Ö., Gökten, Y., An application of external clamps for shear strengthening of reinforced concrete beams,gazi Üniv. Muhendislik Mimarlik Fak. Dergisi 19 (4), , (2004). [25] TS EN Sıcak haddelenmiş yapı çelikleri Bölüm 1: Genel teknik teslim şartları. TSE, Ankara, [26] TS EN Genel kullanım amaçları için sıcak haddelenmiş yassı çelik çubuklar - Boyutlar, şekil ve boyut toleransları. TSE, Ankara,

15 itüdergisi/d mühendislik Cilt:2, Sayı:3, 3-16 Haziran 2003 Hasarlı betonarme elemanların çelik köşebent ve lamalar ile güçlendirilmesi Alper İLKİ *, Cem DEMİR, Aziz KARADENİZ, Nahit KUMBASAR İTÜ İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 34469, Ayazağa, İstanbul Özet Bu çalışmada daha önce sabit eksenel yük ile yön değiştiren tekrarlı eğilme etkileri altında denenmiş betonarme numuneler epoksi enjeksiyonu ve tamir harcı ile onarıldıktan sonra boyuna doğrultuda çelik korniyer ve lamalar ile, enine doğrultuda ise çelik lamalar ile güçlendirilmiştir. Onarılmış ve güçlendirilmiş numuneler aynı yükleme şartlarında tekrar denenmiş, uygulanan onarım ve güçlendirme tekniğinin numune davranışına katkısı dayanım, süneklik, eğilme rijitliği ve enerji yutma kapasitesi açılarından değerlendirilmiştir. Güçlendirilmiş betonarme kesitler için analitik moment-eğrilik ilişkileri elde edilmiş ve bunların deneysel sonuçlar ile uyumlu olduğu görülmüştür. Deneysel ve analitik çalışmaların sonucunda, incelenen bu ekonomik onarım ve güçlendirme tekniğinin hasarlı betonarme kesitlerin performanslarını önemli ölçüde geliştirdiği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Betonarme, dayanım, enerji, güçlendirme, onarım, süneklik. Retrofit of damaged reinforced concrete members by using steel corners and plates Abstract There are large numbers of damaged buildings that need repair/strengthening in Turkey. Consequently, experimental and analytical work on the behaviour of damaged reinforced concrete members, which are repaired/strengthened by different techniques, is vitally important. In this study, specimens tested before under the combined effects of axial and reversed cyclic flexural loads, are repaired and strengthened by steel corners and plates. The repaired and strengthened specimens are then tested in the same conditions as original specimens and the contribution of the repair and strengthening technique on strength, ductility, stiffness and energy dissipation are investigated. Then analytical moment-curvature relationships are obtained by using fiber element approach and it is seen that the analytical results are in good agreement with the experimental data. In the analytical study, confinement effect for concrete, strain hardening and Bauschinger effects for reinforcing steel can be taken into account. At the end of experimental and analytical studies, it is seen that the investigated economical repair and strengthening technique is highly effective on improving the behaviour of reinforced concrete sections, which were damaged previously. Keywords: Ductility, energy, reinforced concrete, repair, retrofit, strength. * Yazışmaların yapılacağı yazar: Alper İlki. ailki@srv.ins.itu.edu.tr; Tel: (212) Makale metni tarihinde dergiye ulaşmış, tarihinde basım kararı alınmıştır. Makale ile ilgili tartışmalar tarihine kadar dergiye gönderilmelidir.

16 A. İlki, C. Demir, A. Karadeniz, N. Kumbasar Giriş Ülkemizde depremler sonucu hasar görmüş ve onarılması/güçlendirilmesi gereken çok sayıda betonarme yapı bulunmaktadır. Önemli şehirlerin büyük bölümünün deprem açısından riskli bölgelerde bulunduğu ve mevcut yapı stoğunun kalitesi gözönüne alındığında, mevcut hasarlı ve hasarsız yapıların onarım ve güçlendirilmesi konularının Türkiye için son derece büyük önem taşıdığı açıktır. Bu nedenle, farklı durumlar için uygun olabilecek, mümkün olabildiğince ekonomik, farklı onarım ve güçlendirme tekniklerini incelemek üzere gerçekleştirilecek deneysel ve kuramsal çalışmalara ihtiyaç bulunmaktadır. Farklı güçlendirme tekniklerinin yapı ve/veya eleman davranışına etkisi çok sayıda farklı araştırmacı tarafından incelenmiştir. UNDP/UNIDO (1983) projesi kapsamında mevcut yapıların onarım ve güçlendirilmesi konusunda oldukça detaylı bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Badoux (1998); Fukuyama ve Sugano (2000), son yıllarda yaşanan gelişmeleri de dikkate alarak uygulanan güçlendirme yöntemleri konusunda birer derleme yapmışlardır. Tankut (1998) çalışmasında, hem genel olarak betonarme yapılarda uygulanan onarım ve güçlendirme yöntemlerini özetlemiş, hem de Orta Doğu Teknik Üniversitesi nde bu konuda yapılmış olan çalışmalar hakkında bilgi vermiştir. Fukuta ve diğerleri (1998), 1995 Kobe depremi sonrası yapılarda uygulanmış olan onarım ve güçlendirme yöntemlerini özetlemişlerdir. Gavrilovic ve diğerleri (1998) Üsküp te mevcut mahkeme binasında bazı kolonların çelik elemanlar kullanılarak güçlendirildiği proje hakkında bilgi vermişlerdir. Can (1997), çelik korniyer ve lamalar ile güçlendirilmiş ve onarılmış kolonların salt eksenel yükler altında davranışını incelemiştir. Aboutaha ve diğerleri (1996), farklı detaylarda çelik plakalar ile mantolanmış betonarme kolonların salt yatay yükler altında davranışını deneysel olarak incelemişlerdir. Harries ve diğerleri (1996), çelik plakalar ile güçlendirilmiş betonarme bağ kirişlerinin davranışlarını araştırmışlardır. Bu çalışmada, daha önce İlki (2000) tarafından, sabit eksenel yük ile birlikte yön değiştiren tekrarlı eğilme etkileri altında deneye tabi tutulmuş olan 200 mm 200 mm 2000 mm boyutlarında 28 numuneden biri sadece onarılmış, 6 adedi ise onarıldıktan sonra çelik korniyer ve lamalar kullanılarak güçlendirilmiştir. Onarılan ve güçlendirilen toplam 7 numune tekrar benzer yükleme şartlarında deneye tabi tutulmuştur. Deneysel olarak gözlemlenen davranış, orijinal numunelerin davranışı ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmada dayanım, süneklik, enerji yutma kapasitesi ve rijitlik gibi özellikler ön planda tutulmuştur. Numunelerin onarım ve güçlendirilmesi ile ilgili detaylar ve deneysel çalışmanın ayrıntıları da aşağıda verilmiştir. Ulaşılan deneysel veriler uygulanan güçlendirme tekniğinin başarılı olduğunu, beklenmeyen herhangi bir erken veya ani dayanım kaybı ile karşılaşılmadığını göstermiştir. Bu çalışmada ana amaç eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı eğilme etkilerine maruz simetrik donatılı orijinal ve onarılmış/güçlendirilmiş hasarlı betonarme kesitlerin davranışlarının deneysel ve analitik olarak incelenmesidir. Bu nedenle bu çalışmada elde edilen sonuçların pratikteki kolon onarım/güçlendirme çalışmalarına doğrudan uygulanması uygun değildir. Bu çalışmada, hasarlı olan yapı elemanlarının orijinal durumlarındaki özelliklerine ulaşacak şekilde işlem görmesi için onarım, orijinal davranış özelliklerinin üzerinde performans gösterecek şekilde işlem görmeleri durumu için ise onarım ve güçlendirme ifadeleri kullanılmıştır. Deneysel çalışma Bu çalışmada onarılan/güçlendirilen numuneler daha önce orijinal durumları ile deneye tabi tutulmuş ve önemli oranda hasar verilmiştir. Yaklaşık 4~5 yerdeğiştirme süneklik düzeyine kadar yüklenen numuneler ile ilgili detaylı bilgi İlki (2000) tarafından yapılan çalışmada verilmiştir. Tümü simetrik donatılı ve 200 mm 200 mm 2000 mm boyutlarında olan orijinal numunelerin genel görünümleri Şekil 1 de, genel özellikleri ise Tablo 1 de sunulmuştur. Tablo 1 de f ck 28 günlük ortalama silindir beton basınç dayanımını, A s ve ρ toplam boyuna donatı enkesit alanı ve geometrik oranını, ν ise etkiyen eksenel kuvvetin, numunenin eksenel

17 Hasarlı betonarme elemanların güçlendirilmesi Adet : 3 Numune No : 3, 6, 9 Boyuna Donatı : 10φ12 (BÇ I) Etriye : φ10/10 (BÇ I) cm 20 cm φ12 20 Kesit φ12 (BÇ I) 5φ12 (BÇ I) L=214 cm Etriye φ10/10 (BÇ I) L=84 cm L=214 cm Poz No: 1 L=214 cm BÇ I Adet=10 (3 Numune için: 30 adet) Poz No: 3 L=84 cm BÇ I Adet=21 (3 Numune için: 63 adet) Şekil 1. Orijinal numunelere ait tipik bir donatı detayı yük taşıma kapasitesine oranını (N / (b h f ck )) göstermektedir. Numuneler, boyuna donatıları, denendikleri gündeki ortalama silindir beton basınç dayanımları ve etkitilen eksenel yükün seviyesi esas alınarak isimlendirilmiştir. Örneğin 6R12-C25.3-N5, boyuna donatı olarak 6 adet 12 mm çapında düz yüzeyli donatıya sahip olan, denendiği güne ait ortalama silindir beton basınç dayanımı 25.3 MPa olan ve deney sırasında etkitilen eksenel yükün, numunenin eksenel yük taşıma kapasitesine oranı %5 olan numunedir. Tablo 1. Orijinal numunelerin özellikleri No Numune f ck Donatı A s (MPa) (mm 2 ) 1 4R12-C25.3-N φ R12-C25.3-N φ R12-C25.3-N φ R12-C20.2-N φ R12-C20.6-N φ R12-C21.3-N φ R12-C21.6-N φ ρ ν Tüm numunelerde boyuna doğrultuda 12 mm çaplı düz yüzeyli donatı (BÇ I), enine doğrultuda 100 mm aralıklar ile 10 mm çaplı düz yüzeyli donatı kullanılmıştır. Çekme deneyleri sonucunda, bu donatılar için elde edilen mekanik özellikler Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2 de f yk ve f su donatı akma ve maksimum dayanımlarını, ε su ise kopma uzamasını göstermektedir. Tablo 2. Orijinal numunelerde donatı mekanik özellikleri Donatı Çap f yk f su f su / ε su (mm) (MPa) (MPa) f yk φ φ Orijinal numuneler 4~5 yerdeğiştirme süneklik düzeylerine kadar yükleme çevrimlerine maruz kalmış olduğu için, bir hayli hasar görmüş ve 30~40 mm civarında kalıcı yerdeğiştirmeler oluşmuştur. Bu nedenle onarım öncesi, tüm numunelere ters yük uygulanmış, kalıcı yerdeğiştirmelerin giderilmesine ve numunelerin

18 A. İlki, C. Demir, A. Karadeniz, N. Kumbasar orijinal şekillerine getirilmesine çalışılmıştır. Onarım çalışmasının ilk aşamasında çatlaklara epoksi enjeksiyonu yapılmıştır. Daha sonra hasarlı beton örtüsü kaldırılmış ve tamir harcı ile numuneler orijinal formlarına getirilmiştir. Epoksi reçinesi ve sertleştirici bileşenlerinden oluşan epoksi sisteminin basınç ve çekme dayanımları sırası ile 80 ve 60 MPa, elastisite modülü 3200 MPa dır. Tamir harcı çimento, kum, su ve aderans arttırıcı katkıdan oluşturulmuştur. Çimento PÇ32.5 cinsi olup, kum Adapazarı yöresindendir. Yapılan malzeme deneyleri sonucunda tamir harcının dayanımının hayli düşük olduğu görülmüştür. Tamir harcı için 90 günlük numunelerin basınç deneylerinden elde edilen gerilme-şekildeğiştirme ilişkileri Şekil 2 de sunulmuştur, bu numunelere ait ortalama basınç dayanımı 10.8 MPa dır. Gerilme (Mpa) Şekildeğiştirme Şekil 2. Tamir harcı gerilme-şekildeğiştirme ilişkileri Tablo 1 de verilen numunelerden Numune 1 e (4R12-C25.3-N5) sadece yukarıdaki paragrafta anlatılan onarım uygulanmış, herhangi bir güçlendirme yapılmamıştır. Diğer numuneler ise çelik korniyer ve lamalar kullanılarak güçlendirilmiştir. Uygulanan güçlendirme yöntemi ile ilgili detaylar aşağıda verilmiştir. Onarılan numuneler R harfi ile onarılan ve güçlendirilen numuneler ise R-S harfleri ile gösterilmiştir. Örneğin 1-R, Numune 1 in onarılması ile elde edilen numune, 2-R-S ise Numune 2 nin onarılması ve güçlendirilmesi ile elde edilen numunedir. Güçlendirme amacı ile kullanılan çelik köşebent ve lamalardan papyon şeklinde kupon numuneler oluşturulmuş, bu numuneler çekme deneyine tabi tutulmuştur. Bu güçlendirme elemanları için belirlenmiş mekanik özelliklerin ortalama değerleri Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 3. Güçlendirmede kullanılan çelik elemanların mekanik özellikleri Donatı f yk f su f su / f yk ε su (MPa) (MPa) L L Lama Güçlendirme sırasında boyuna doğrultuda kullanılan köşebent ve lamalara enine doğrultuda kaynaklanmış olan lamaların oluşturabileceği olumsuz etkinin de belirlenebilmesi için benzer kaynaklama işlemi kupon numuneler üzerinde de gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler 200 kn kapasiteli Amsler yükleme cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Numunelere uygulanan güçlendirmenin detayları Şekil 3 ve Tablo 4 te verilmiştir. Güçlendirme için öncelikle çelik elemanların yüzeyleri pas, kir ve tozdan arındırılmıştır. Daha sonra onarımı tamamlanmış olan numuneler üzerine boyuna doğrultuda epoksi harcı kullanılarak çelik elemanlar yapıştırılmıştır. Boyuna donatıların numune üzerine tam olarak yapışması sağlandıktan sonra, enine doğrultuda 40.4 boyutlarında lamalar 200 mm aralıklar ile boyuna donatılara kaynaklanmış, enine lamalar ile beton yüzeyi arasındaki boşluklar epoksi harcı ile doldurulmuştur. Güçlendirme uygulamasını gösteren bir fotoğraf Şekil 4 te sunulmuştur. Onarılmış ve güçlendirilmiş numuneler, orijinal numuneler ile aynı yükleme düzeneği ve benzer ölçüm sistemi kullanılarak denenmiştir. Numuneler, deprem yüklerini yaklaşık olarak temsil etmek üzere, sabit eksenel kuvvet ile yön değiştiren tekrarlı eğilme momenti etkileri altında deneye tabi tutulmuştur. Yükleme düzeneği Şekil 5 te şematik olarak sunulmuştur. Şekil 5 te de görüldüğü gibi eksenel yük 600 kn kapasiteli Enerpac kriko ile uygulanmış, eğilme

19 Hasarlı betonarme betonarme elemanların elemanların güçlendirilmesi güçlendirilmesi Hasarlı Enine lamalar 40.4 / 200 Boyuna lamalar Boyuna köşebentler, L veya L Şekil 3. Güçlendirilen kesitlerin şematik görünümü momenti ise 250 kn kapasiteli MTS yükleme sistemi ile gerçekleştirilmiştir. MTS yükleme sistemi kullanılarak yapılan yükleme yerdeğiştirme kontrollü olup, bilgisayar aracılığı ile uygulanmıştır. Deneysel veriler yükölçer, yerdeğiştirme ölçer, ve şekildeğiştirmeölçer kullanılarak elektronik yolla toplanmıştır. Deneyler sırasında onarılmış ve güçlendirilmiş numuneler, orijinal numuneler ile aynı yükleme patronuna maruz bırakılmıştır. Orijinal numunelere elastik bölgede itme ve çekme yönlerinde simetrik olmak üzere dört farklı seviyede yerdeğiştirme uygulanmıştır. Daha sonra itme yönünde, çekme gerilmesine maruz boyuna donatılarda akma şekildeğiştirmesine ulaşılana kadar yerdeğiştirme arttırılmıştır. Donatılarda akmaya neden olan yerdeğiştirme seviyesi (akma yerdeğiştirmesi, δy) belirlendikten sonra bu yerdeğiştirmenin çeşitli oranlarda arttırılması ile belirlenen yerdeğiştirme seviyelerinde itme ve çekme yönlerinde simetrik olmak üzere yükleme çevrimleri yapılmıştır. Genel yükleme patronu şematik olarak Şekil 6 da sunulmuştur. Bu çalışmada yerdeğiştirme süneklik oranı, µd, herhangi bir yükleme çevriminde ulaşılan en büyük yerdeğiştirmenin, δmax, akma yerdeğiştirmesine oranı olarak tanımlanmıştır. Tablo 4. Onarılmış/güçlendirilmiş numunelerin özellikleri No Boyuna güçlendirme Enine güçlendirme 1-R Sadece onarım Sadece onarım 2-R-S 8 Lama Lama / 200 (sürekli) 3-R-S 4 L Lama / R-S 8 Lama Lama / 200 (sürekli) 5-R-S 4 L Lama / R-S 4 L Lama / R-S 4 L Lama / 200 Şekil 4. Güçlendirme uygulaması

20 A. İlki, C. Demir, A. Karadeniz, N. Kumbasar Öngerme halatları MTS Yükleme sistemi, 250 kn Yükölçer, 250 kn Yerdeğiştirmeölçer (dahili) V27 H11, H12 Yükölçer, 1000 kn H28 V26 H13, H14 V16 (kontrol) H29 Kriko, 600 kn Enerpac Şekil 5. Yükleme ve ölçüm sistemleri Elastik Davranış Yerdeğiştirme İtme Çekme Elastik Ötesi Davranış Akma Yerdeğiştirmesi n1 x Akma Yerdeğiştirmesi n2 x Akma Yerdeğiştirmesi n3 x Akma Yerdeğiştirmesi Şekil 6. Yükleme patronu Deney sonuçları Deneysel sonuçlar yük-yerdeğiştirme, momenteğrilik ilişkileri ve enerji yutma özellikleri ile verilmiştir. Yük-yerdeğiştirme ilişkilerinde yük, yön değiştiren eğilme momentlerini etkitmek amacı ile MTS yükleme sistemi tarafından uygulanan yük, yerdeğiştirme ise numunenin orta noktasında V16 yerdeğiştirmeölçeri ile belirlenen yerdeğiştirmedir (Şekil 5). Numunelerin orta kesitleri için oluşturulan moment-eğrilik ilişkilerinde eğrilik, numunenin orta bölgesinde 200 mm uzunluklu bölgede yapılan yerdeğiştirme ölçümleri ile belirlenmiştir. Bu çalışmada numuneler için uygulanmış olan onarımın amacı, numunenin orijinal dayanım ve davranış özelliklerinin geri kazandırılmasıdır. Numune 1-R, diğer numunelerden farklı olarak, sadece onarım görmüş, herhangi bir güçlendirme uygulaması sözkonusu olmamıştır. Bunun amacı onarılan ve güçlendirilen numunelerde, davranışta sağlanan iyileşmede onarım ve güçlendirmenin etkilerinin daha açık belirlenmesidir. Numune 1 (orijinal) ve 1-R (onarılmış) için deneysel olarak elde edilmiş olan yük-yerdeğiştirme ilişkileri Şekil 7 de, onarılmış ve orijinal numunelerin enerji yutma özellikleri Şekil 8 de sunulmuştur. Şekil 7 ve Şekil 8 incelendiğinde, yapılan onarımın başarılı olmadığı gözlenmiştir. Onarılan numunede dayanım, enerji yutma özellikleri ve elastik davranış özellikleri orijinal numuneden oldukça kötüdür. Hem itme, hem çekme yönlerinde, µ d = 4.6 yerdeğiştirme süneklik düzeyinde onarılmış numunenin dayanımı, orijinal numunenin dayanımının sadece %57 si kadardır. Elastik ötesi davranış bölgesinde onarılmış numune tarafından yutulan enerji, orijinal