ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ÇELĠK LĠF TAKVĠYELĠ ÖNDÖKÜM BETON PANELLER ĠLE KOLON GÜÇLENDĠRMESĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ĠnĢ. Müh. Esen YILMAZ 501011102 Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 26 Nisan 2004 Tezin Savunulduğu Tarih : 21 Mayıs 2004 Tez DanıĢmanı : Yrd.Doç.Dr. Alper ĠLKĠ (ĠTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof.Dr. Mehmet Ali TAġDEMĠR (ĠTÜ) Yrd.Doç.Dr. ġevket ÖZDEN (KOÜ) MAYIS 2004
ÖNSÖZ Yüksek lisans öğrenimim ve bu tezin hazırlanması sırasında sabır, yardım ve desteklerini esirgemeyen kendisinden çok şey öğrendiğim çok değerli danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Alper İlki ye teşekkürü borç bilirim. Bu çalışmaya değerli bilgileri ve yardımları ile katkıda bulunan Prof. Dr. Mehmet Ali Taşdemir e, deneysel çalışmalar boyunca yardımlarını ile büyük destek olan değerli arkadaşlarım Volkan Koç, Cem Demir, Aynur Tezcan a teşekkür ederim. Maddi desteklerinden dolayı YKS Yapkim Yapı Kimyasalları Sanayi ve Beksa Çelik Kord San. Tic. A.Ş ye teşekkür ederim. Deneysel çalışma büyük özveri ve sabır isteyen zorlu bir süreç. Bu süreç boyunca maddi ve manevi desteklerini benden esirgemeyen hoşgörü ve sabırları ile bana destek veren aileme minnettarım. Nisan 2004 Esen Yılmaz ii
ĠÇĠNDEKĠLER TABLO LĠSTESĠ ġekġl LĠSTESĠ SEMBOL LĠSTESĠ ÖZET SUMMARY v vi x xi xiii 1. GĠRĠġ 1 2. NUMUNELERĠN TASARIMI, ÜRETĠLMESĠ VE GÜÇLENDĠRĠLMESĠ 4 2.1 Giriş 4 2.2 Numunelerin Tasarımı 4 2.2.1 Numune Kapasitesi... 5 2.2.2 Bindirme Boyu... 6 2.2.3 Numune Boyut ve Özellikleri... 8 2.3 Numunelerin Üretimi 10 2.4 Öndöküm ÇLTB Manto Panellerinin Tasarımı 14 2.4.1 Deneme Karışımları... 14 2.4.1.1 I. Grup Deneme Karışımları... 16 2.4.1.2 II. Grup Deneme Karışımları... 17 2.4.1.3 III. Grup Deneme Karışımları:... 19 2.4.2 Güçlendirme Panellerinin Boyut ve Özellikleri... 21 2.5 Güçlendirme Panellerinin Üretimi 21 2.5.1 Karışım Sırası... 22 2.5.2 Çelik Lif Takviyeli Betonun Kalıba Alınması ve Kür... 23 2.6 Güçlendirme Panellerinin Yapıştırılması ve Güçlendirme Uygulaması 23 2.6.1 Yüzey Hazırlığı... 23 2.6.2 Güçlendirme Panellerinin Yapıştırılması... 24 3. MALZEME ÖZELLĠKLERĠ VE GÜÇLENDĠRME UYGULAMASI 26 3.1 Giriş 26 3.2 Numunelerin Üretimde Kullanılan Malzemeler 26 3.2.1 Beton... 26 3.2.2 Çelik... 29 3.3 Güçlendirme Panellerinin Üretiminde Kullanılan Malzemeler 32 3.3.1 Çelik Lifler... 32 3.3.2 Hiperakışkanlaştırıcı... 33 3.3.3 Silis Dumanı... 33 3.3.4 Silis Kumu... 33 3.3.5 Çimento... 34 3.4 ÇLTB Öndöküm Güçlendirme Paneli Sertleşmiş Beton Özellikleri 34 3.4.1 Basınç ve Çekme Dayanımı... 34 iii
3.4.2 Çelik Lif Dağılımı... 36 4. DENEY DÜZENEĞĠ 38 4.1 Giriş 38 4.2 Yükleme Düzeneği ve Yükleme Adımları 38 4.3 Ölçüm Sistemi 43 5. DENEY SONUÇLARI 48 5.1 Giriş 48 5.2 Numune C-O-1 49 5.3 Numune LS-O-1 54 5.4 Numune C-O-2 59 5.5 Numune LS-O-2 64 5.6 Numune R-C-SFRC-1 70 5.7 Numune R-LS-SFRC-1 77 5.8 Numune R-C-SFRC-2 82 5.9 Numune R-LS-SFRC-2 90 6. TARTIġMA VE SONUÇLAR 98 KAYNAKLAR 105 EK A. DENEY NUMUNELERĠNĠN KAPASĠTE HESABI 109 EK B. NUMUNE DONATI DETAYLARI 111 EK C. ÇLTB KARIġIMLARININ MEKANĠK ÖZELLĠKLERĠ 113 ÖZGEÇMĠġ 117 iv
TABLO LĠSTESĠ Sayfa No Tablo 2.1 Numune Özellikleri... 9 Tablo 2.2 Karıştırma Sıraları... 15 Tablo 2.3 I. Grup Deneme Karışımları... 17 Tablo 2.4 II. Grup Deneme Karışımları... 19 Tablo 2.5 III. Grup Deneme Karışımları... 20 Tablo 3.1 Beton Karışımı... 27 Tablo 3.2 Farklı Yaşlarda Denenen Beton Silindir Basınç Deneyleri Sonuçları... 28 Tablo 3.3 Boyuna Donatı Çekme Deneyi Sonuçları... 30 Tablo 3.4 Enine Donatı Çekme Deneyi Sonuçları... 31 Tablo 3.5 Dramix ZP30/0.55 Çelik Tellerin Mekanik Özellikleri... 32 Tablo 3.6 OL 6/16 Çelik Tellerin Mekanik Özellikleri... 33 Tablo 3.7 ÇLTB Malzeme Deneyi Sonuçları... 36 Tablo 4.1 Yerdeğiştirmeölçerlerin Özellikleri... 46 Tablo 5.1 Numunelerin Gösterdikleri Performans... 48 Tablo 6.1 Deney Sonuçlarının Özeti... 99 Tablo C.1 Karışım 1 Yarma Deneyi Sonuçları... 113 Tablo C.2 Karışım 2 Yarma Deneyi Sonuçları... 113 Tablo C.3 Karışım 3 Yarma Deneyi Sonuçları... 114 Tablo C.4 Karışım 4 Yarma Deneyi Sonuçları... 115 Tablo C.5 Karışım 5 Yarma Deneyi Sonuçları... 115 Tablo C.6 Karışım 6 Yarma Deneyi Sonuçları... 116 v
ġekġl LĠSTESĠ Sayfa No Şekil 2.1 Deney Numuneleri... 5 Şekil 2.2 Numunelerin Kesit Detayları... 9 Şekil 2.3 Donatı Detayları... 11 Şekil 2.4 Şekildeğiştirmeölçer Yapıştırılmadan Önceki Yüzey Hazırlığı... 11 Şekil 2.5 Şekildeğiştirmeölçerin Yapıştırılması... 12 Şekil 2.6 N-1 ile Yalıtılmış Şekildeğiştirmeölçer... 12 Şekil 2.7 Şekildeğiştirmeölçerlerinin İzolasyon İşlemi Tamamlanmış Numunelerin Beton Dökümünden Önceki Son Hali... 13 Şekil 2.8 Beton Dökümü ve Sıkıştırılması... 13 Şekil 2.9 Mesnetlerde CFRP Uygulaması... 14 Şekil 2.10 Deneme Karışımı... 15 Şekil 2.11 ÇLTB Manto Panel Boyutları... 21 Şekil 2.12 ÇLTB Manto Panel Köşe Detayları... 21 Şekil 2.13 Düşey Karıştırıcı... 22 Şekil 2.14 Yüzey Hazırlığının Şematik Gösterimi... 24 Şekil 2.15 Yüzey Hazırlığı Tamamlanmış Numune... 24 Şekil 2.16 ÇLTB Manto Panellerinin Yapıştırılması (Epoksi uygulaması)... 25 Şekil 2.17 ÇLTB Manto Panellerinin Yapıştırılması... 25 Şekil 3.1 Taze Beton Yayılma Deneyi... 27 Şekil 3.2 28 Günlük Beton Silindir Numunelerin Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri 28 Şekil 3.3 Beton Basınç Dayanımının Zamana Göre Değişimi... 29 Şekil 3.4 Boyuna Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 14)... 30 Şekil 3.5 Boyuna Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 14)... 30 Şekil 3.6 Enine Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 8)... 31 Şekil 3.7 Enine Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 8)... 31 Şekil 3.8 Çelik Liflerin Genel Görüntüsü... 32 Şekil 3.9 Silis Kumları Elek Analizi... 34 Şekil 3.10 ÇLTB Yarma Deneyi... 35 Şekil 3.11 ÇLTB Basınç Deneyi... 35 Şekil 3.12 ÇLTB Tipik Gerilme - Şekildeğiştirme İlişkisi... 36 Şekil 3.13 Çelik Lif Dağılımı... 37 Şekil 4.1 Deney Düzeneği... 39 Şekil 4.2 Deney Düzeneğinin Üç Boyutlu Gösterimi... 39 Şekil 4.3 Yükleme Adımları... 40 Şekil 4.4 Kat Ötelenme Oranının Tayini... 41 Şekil 4.5 Eksenel Yük Düzeneği... 42 Şekil 4.6 Ölçüm Aletlerinin Konumları... 43 Şekil 4.7 Üst Kolon Ölçüm Bölgesi... 44 vi
Şekil 4.8 Moment-Eğrilik İlişkisi İçin Kullanılan Yerdeğiştirmeölçerlerin Konumu... 44 Şekil 4.9 Ortalama Eğriliğin Belirlenmesi... 45 Şekil 4.10 Boyuna Donatısı Bindirmeli Ekli Olan Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerlerin Konumları... 47 Şekil 4.11 Boyuna Donatısı Sürekli Olan Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerlerin Konumları... 47 Şekil 5.1 C-O-1 Numunesinin İlk Eğilme Çatlakları... 49 Şekil 5.2 C-O-1 Numunesi Beton Basınç Bölgesinde Ezilme... 50 Şekil 5.3 C-O-1 Numunesi Boyuna Donatının Burkulması... 51 Şekil 5.4 C-O-1 Numunesinin Deney Sonu Görüntüsü... 51 Şekil 5.5 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (C-O-1)... 52 Şekil 5.6 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-1)... 52 Şekil 5.7 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-1)... 53 Şekil 5.8 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-1)... 53 Şekil 5.9 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-1)... 54 Şekil 5.10 LS-O-1 Numunesi Boyuna Donatı Sıyrılması... 55 Şekil 5.11 LS-O-1 Numunesi Üst Kolonu Görünümü (δ=-14.25/2 mm, µ=-1.5/2). 56 Şekil 5.12 LS-O-1 Numunesi Enine Şekildeğiştirmeler... 56 Şekil 5.13 LS-O-1 Numunesinin Deney Sonrası Genel ve Bindirmeli Ek Bölgesi Durumu... 57 Şekil 5.14 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (LS-O-1)... 57 Şekil 5.15 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-1) 58 Şekil 5.16 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-1) 58 Şekil 5.17 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-1) 59 Şekil 5.18 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-1) 59 Şekil 5.19 C-O-2 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları... 60 Şekil 5.20 C-O-2 Numunesi Görünümü (δ=-14.25/2 mm, µ=-1.5/2)... 61 Şekil 5.21 C-O-2 Numunesi Betonun Ezilmesi ( =+2/1)... 61 Şekil 5.22 C-O-2 Numunesi Deney Sonrası Durumu... 62 Şekil 5.23 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (C-O-2)... 62 Şekil 5.24 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-2).. 63 Şekil 5.25 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-2).. 63 Şekil 5.26 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-2). 64 Şekil 5.27 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (C-O-2). 64 Şekil 5.28 LS-O-1 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları... 65 Şekil 5.29 LS-O-2 Numunesi Boyuna Donatı Sıyrılması... 66 Şekil 5.30 LS-O-2 Numunesi Görünümü (δ=-14.25/2 mm, µ=-1.5/2)... 66 Şekil 5.31 LS-O-2 Numunesi Enine Donatıda Açılma (µ=3/2)... 67 Şekil 5.32 LS-O-2 Numunesi Deney Sonrası Durumu... 67 Şekil 5.33 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (LS-O-2)... 68 Şekil 5.34 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-2) 68 Şekil 5.35 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-2) 69 Şekil 5.36 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-2) 69 Şekil 5.37 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (LS-O-2) 70 Şekil 5.38 R-C-SFRC-1 Numunesi Kolon-Kiriş Birleşimlerinde Beton Ezilme Başlangıcı... 71 Şekil 5.39 R-C-SFRC-1 Numunesi Mesnet Hasarı... 71 Şekil 5.40 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri... 72 vii
Şekil 5.41 Alt Kolon Güçlendirme Panellerinin Açılması (R-C-SFRC-1) (Deney Sonu) a) Numune Ön Yüz Genel Görüntüsü, b) Alt Kolon Ön Yüz Panel Ayrılması, c) Alt Kolon Arka Yüz Panel Ayrılması... 73 Şekil 5.42 R-C-SFRC-1 Numunesi Hasar Durumu (µ=-6, =-57 mm)... 74 Şekil 5.43 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (R-C-SFRC-1)... 74 Şekil 5.44 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-1)... 75 Şekil 5.45 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-1)... 75 Şekil 5.46 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-1)... 76 Şekil 5.47 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-1)... 76 Şekil 5.48 Üst Kolon Güçlendirme Panelleri Birleşiminde Oluşan C Çatlağının Gelişimi... 78 Şekil 5.49 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri... 78 Şekil 5.50 R-LS-SFRC-1 Numunesi Hasar Durumu (µ=-5.5, =-52.25 mm)... 79 Şekil 5.51 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (R-LS-SFRC-1)... 79 Şekil 5.52 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-1)... 80 Şekil 5.53 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-1)... 80 Şekil 5.54 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-1)... 81 Şekil 5.55 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-1)... 81 Şekil 5.56 R-C-SFRC-2 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları... 82 Şekil 5.57 R-C-SFRC-2 Güçlendirme Panelleri Birleşiminde Oluşan Çatlak... 83 Şekil 5.58 Beton Basınç Bölgesinde Ezilme Başlangıcı ( =-2)... 84 Şekil 5.59 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri... 84 Şekil 5.60 Güçlendirme Panel Birleşiminde Ayrılma ( =5.7)... 85 Şekil 5.61 R-C-SFRC-2 Numunesi Mesnet Hasarı... 85 Şekil 5.62 İlerleyen Aşamalarda Panel Birleşimlerindeki Çatlak (R-C-SFRC-2)... 86 Şekil 5.63 R-C-SFRC-2 Güçlendirme Panelinin Burkulması... 86 Şekil 5.64 R-C-SFRC-2 Numunesi Deney Sonu Hasar Durumu... 87 Şekil 5.65 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (R-C-SFRC-2)... 88 Şekil 5.66 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-2)... 88 Şekil 5.67 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-2)... 89 Şekil 5.68 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-2)... 89 Şekil 5.69 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-C-SFRC-2)... 90 Şekil 5.70 R-LS-SFRC-2 Numunesi İlk Eğilme Çatlakları... 91 Şekil 5.71 Güçlendirme Panelleri Birleşiminde Oluşan Çatlak (R-LS-SFRC-2) ( =2/1)... 92 Şekil 5.72 R-LS-SFRC-2 Güçlendirme Panelleri Birleşimlerinde Hasar Oluşum Düzeyleri... 92 viii
Şekil 5.73 Bindirmenin Bittiği Kesitte Oluşan Boyuna Çatlak İle Yan ve Alt Güçlendirme Panellerinin Birleşiminde Ayrılma ( =-5/1)... 93 Şekil 5.74 R-LS-SFRC-2 Numunesi Düğüm Noktasında Boyuna Donatının Burkulması... 94 Şekil 5.75 R-LS-SFRC-1 Numunesi Hasar Durumu (µ=-5.5, =-52.25 mm)... 94 Şekil 5.76 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (R-LS-SFRC-2)... 95 Şekil 5.77 Alt Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-2)... 95 Şekil 5.78 Alt Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-2)... 96 Şekil 5.79 Üst Kolon 150 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-2)... 96 Şekil 5.80 Üst Kolon 300 mm Ölçüm Boyu İçin Moment-Eğrilik İlişkisi (R-LS-SFRC-2)... 97 Şekil 6.1 Sürekli Boyuna Donatı Detayına Sahip Numunelere Ait Yük-Yerdeğiştirme Zarf Eğrileri... 100 Şekil 6.2 Sürekli Donatılı Numuneler Tarafından Yutulan Enerji... 100 Şekil 6.3 Yetersiz Bindirme Boyuna Sahip Numunelere Ait Yük-Yerdeğiştirme Zarf Eğrileri... 102 Şekil 6.5 Tüm Deney Numunelerin Yük-Yerdeğiştirme Zarf Eğrileri... 103 Şekil C.1 Karışım 1 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi... 113 Şekil C.2 Karışım 2 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi... 114 Şekil C.3 Karışım 3 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi... 114 Şekil C.4 Karışım 4 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi... 115 Şekil C.5 Karışım 5 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi... 116 Şekil C.6 Karışım 6 Eksenel Basınç Deneyi Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi... 116 ix
SEMBOL LĠSTESĠ A g : Toplam kesit alanı A s : Boyuna donatı enkesit alanı A sh : Enine donatı enkesit alanı b : Kesit genişliği E s : Çelik elastisite modülü f c : Beton basınç gerilmesi f co : Sarılmamış beton silindir basınç dayanımı f cj : j günlük beton için standart silindir basınç dayanımı f y : Boyuna donatı akma dayanımı f s : Donatı gerilmesi f yh : Enine donatı akma dayanımı h : Kesit yüksekliği M : Eğilme momenti N : Eksenel kuvvet s : Enine donatı aralığı V : Kesme kuvveti : Kesit eksenel yük kapasite oranı : Boyuna donatı oranı sh : Sargı donatısının sarılmış kesitte hacimsel oranı y : Akma yerdeğiştirmesi : Şekildeğiştirme s : Çelik şekildeğiştirmesi : Eğrilik S : Su miktarı (ağırlıkça) Ç : Çimento miktarı (ağırlıkça) x
ÇELĠK LĠF TAKVĠYELĠ ÖNDÖKÜM BETON PANELLER ĠLE KOLON GÜÇLENDĠRĠLMESĠ ÖZET Bu çalışma, yeterli sünekliğe sahip olmayan kolon sarılma bölgelerinin elastik ötesi davranışı ve bu bölgelerin çelik lif takviyeli beton (ÇLTB) öndöküm paneller ile güçlendirilmesi konusunda yapılan deneyleri içermektedir. Türkiye de mevcut betonarme yapılarda yeterli eğilme kapasitesi ve sünekliğe sahip olmayan kolonlar; yeterli kesme dayanımına sahip olmayan kolon, kiriş ve kolonkiriş birleşimleri; boyuna ve enine donatıların yetersiz ankraj ve detaylandırması; sıklıkla rastlanan eksikliklerdir. Düşük kalitede beton, yetersiz enine donatı ve/veya yetersiz bindirme boyu ile inşa edilmiş, dolayısı ile yeterli sünekliğe sahip olmayan kolonlar depremler esnasında yapının göçmesine yol açan başlıca nedenlerden biridir. Bu nedenle, can ve mal kayıplarını en aza indirebilmek için bu tür betonarme elemanların davranışlarını ve bu elemanların güçlendirilmesini konu alan deneysel ve analitik çalışmaların yapılması son derece önemlidir. Bu çalışmada düşük dayanımlı beton (f c=9.22 MPa), yetersiz enine donatı ve düz enine ve boyuna donatı ile üretilmiş sekiz adet numune sabit eksenel yük ve tekrarlı yön değiştiren yatay yükler altında denenmiştir. Bu numunelerden dört adedinin boyuna donatısı sürekli iken diğer dört adedi yetersiz bindirme boyuna sahiptir. Her bir gruptaki iki adet numune farklı kalınlıklardaki ÇLTB panelleri ile güçlendirilmiştir. Bu panellerin üretiminde 0.16 mm çapında, 6 mm boyunda Dramix OL6/0.16 ve 0.55 mm çapında 30 mm boyunda kancalı uçlu Dramix ZP30/0.55 tipi çelik lifler kullanılmıştır. Bu panellerin üretiminde kullanılan karışımlardaki toplam çelik lif miktarı hacimce %4 tür. Bu paneller İTÜ laboratuvarlarında üretilmiş ve kür uygulamasına tabi tutulmuştur. Bu karışımın elde edilmesi için 10 deneme karışımı yapılmıştır. Bu çalışmanın amacı sünek olmayan, yeterli veya yetersiz bindirme boyu ekli ve düşük dayanımlı betonarme kolonların davranışının ve yeni bir güçlendirme tekniğinin bu tip elemanların davranışına etkisinin incelenmesidir. Bu elemanların güçlendirilmesi için kolon potansiyel plastik mafsal bölgeleri öndöküm ÇLTB panelleri ile sarılmıştır. Hızlı üretim ve uygulanabilme özelliği bu tekniğin en önemli xi
avantajlarından biridir. Güçlendirilmeden denenen referans numunelerinde boyuna donatı burkulması ya da aderans kaybı yüzünden erken dayanım kaybı gözlenirken, güçlendirilmiş numunelerde çok daha iyi bir performans gözlenmiştir. İncelenen güçlendirme tekniği, boyuna donatısı hem sürekli hem de bindirmeli ekli olan numunelerin davranışını dayanım ve süneklik bakımından olumlu yönde geliştirmiştir. Bu olumlu etki boyuna donatısı sürekli olan elemanlarda daha da belirgindir. Bu teknikle güçlendirilen numunelerin rijitliklerinde herhangi bir değişim gözlenmediğinden, güçlendirme yöntemi yapının dinamik karakteristiklerini etkilememektedir. xii
COLUMN RETROFIT WITH PREFABRICATED SFRC PANELS SUMMARY In this study an experimental work was carried out on the inelastic behavior of nonductile column confining zones and retrofitting of these zones with prefabricated steel fiber reinforced concrete (SFRC) panels. Deficiencies frequently observed in existing reinforced concrete moment-resisting frame systems in Turkey are inadequate flexural strength and ductility of columns; inadequate shear strength of beams, columns, and beam-column joints; and poor anchorage and detailing of longitudinal and transverse bars. Many times these deficiencies are interrelated with each other. Non-ductile column confining zones of existing structures constructed with low strength concrete, inadequate transverse reinforcement and/or inadequate lap splice lengths are among the most commonly observed reasons for failures of structural members during earthquakes. Consequently, experimental and analytical research work on the behavior of these types of reinforced concrete structural members, and retrofit methods is vitally important for prevention and/or reduction of loss of lives and financial losses. In this study eight specimens were constructed with low strength concrete (f c=9.22 MPa) and inadequate transverse reinforcement. Both longitudinal and transverse reinforcement were plain bars. These specimens were tested under the combined effect of constant axial load and reversed cyclic lateral loads. Four of these specimens had continuous longitudinal reinforcement while the other four had inadequate lap splices. Two specimens from each group were retrofitted with prefabricated SFRC panels of altering thicknesses. Two types of steel fibers were used. Steel Fiber I (Dramix OL6/0.16) had a diameter of 0.16 mm and length of 6 mm, while the hooked end Steel Fiber II (Dramix ZP30/0.55) had 0.55 mm diameter and 30 mm length. The total volumetric steel fiber ratio of the SFRC jacket panel mix was 4 percent. These SFRC panels were cast and cured in ITU laboratories. To optimize workability of SFRC mixture 10 trials were done. The purpose of this study was to investigate the behavior of non-ductile low strength reinforced concrete columns with or without adequate longitudinal reinforcement lap splice length and to examine a new retrofitting technique. The proposed retrofitting xiii
was carried out by externally bonding prefabricated SFRC jacket panels to the column faces at potential plastic hinging zones. High production and installing speed supplied by prefabrication is a significant advantage of this technique. It was observed that reference specimens, which were not retrofitted, presented premature loss of performance either due to buckling of longitudinal reinforcement or loss of bond, while retrofitted ones exhibited a superior performance. No matter the longitudinal reinforcement is continuous or lap spliced, investigated retrofit technique improved the behavior significantly in terms of ductility and strength. The enhancement in the behavior was more pronounced in the case of the specimens without inadequate lap splices. xiv
1. GĠRĠġ Deprem kuvvetlerine karşı yapı davranışının iyileştirilmesi amacıyla son yıllarda depreme dayanıklı yapı tasarımı için öngörülen yönetmelik ve standartlar yenilenmekte ve geliştirilmektedir. Ancak yenilenen bu yönetmelik ve standartlardan önce inşa edilmiş yapılarda pek çok tasarım eksiklikleri ve uygulama yanlışlıkları bulunmaktadır. Bu eksiklerin en önemlileri taşıyıcı elemanların sarılma bölgelerinde yeterli enine donatı bulunmaması, boyuna donatı bindirme boylarının yeterli olmaması, kötü kalitede beton ve düz yüzeyli donatı çeliği kullanılmasıdır. Bu eksikliklere ek olarak kötü işçilikten kaynaklanan uygulamada yanlışlıkları yapıların depreme karşı davranışlarını olumsuz yönde etkileyen başlıca unsurlardır. Yapı elemanlarının yatay deprem kuvvetleri etkisinde yapıya aktarılan deprem enerjisinin önemli bir bölümünü elastik ötesi yerdeğiştirme ve şekildeğiştirmeler yaparak tüketmesi ve bu deprem kuvvetlerini temel zeminine kadar sürekli ve güvenli bir şekilde aktarabilmesi beklenir. Ancak mevcut yapılar göz önüne alındığında pek çoğunun yeterli rijitlik, kararlılık ve dayanıma sahip olmadığı görülmektedir. Ülkemizde meydana gelen büyük depremler mevcut yapıların oldukça büyük bir bölümü onarılması ve/veya güçlendirilmesi gerektiğini göstermiştir. Yönetmelik değişiklikleri, yapının kullanım amacının değişmesi, zamana ve çevresel şartlara bağlı hasarlar ve meydana gelen depremler sonucu ortaya çıkan hasarlar yapıların onarılması ve/veya güçlendirilmesini gerektiren başlıca nedenlerdir. Yapılar sistemleri eleman bazında güçlendirilebileceği gibi gerektiği durumlarda sistem güçlendirmesi de yapılabilir. Günümüzde pek çok yapı malzemesi kullanılarak mevcut yapıların deprem kuvvetleri etkisindeki davranışlarının iyileştirilmesine yönelik güçlendirme yöntemleri uygulanmaktadır. Taşıyıcı elemanların betonarme veya çelik profillerle mantolaması ve sisteme perde ilavesi yaygın olarak kullanılan geleneksel güçlendirme yöntemleridir. Mantolama yöntemi konusunda gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, bu yöntemin eleman davranışını 1
dayanım ve süneklik bakımından olumlu yönde etkilediğini göstermiştir, [1-9]. Son yıllarda bu geleneksel güçlendirme yöntemlerine ek olarak lif takviyeli polimer kompozitlerin onarım ve güçlendirme amaçlı kullanımı ise gün geçtikçe artmaktadır. Bu konuda pek çok araştırmacı yöntemin daha anlaşılır bir hale gelmesi için araştırmalar yapmaktadır, [10-15]. Bu çalışmanın konusu olan çelik lif takviyeli beton kullanılarak yapılan güçlendirme uygulamaları yukarıda sözü geçen güçlendirme yöntemleri içerisinde en yenisidir. Bu yöntem özellikle son yıllarda beton teknolojisindeki ilerlemelere paralel olarak gelişmektedir. Beton teknolojisinde özellikle silis dumanı gibi puzolonik özelliğe sahip çok küçük taneli mineral katkıların ve 1980 lerden itibaren süperakışkanlaştırıcıların kullanılmasıyla büyük gelişmeler elde edilmiştir. Süperakışkanlaştırıcılar su/çimento oranını önemli miktarda azaltarak dayanımı çok yüksek özel betonların üretilmesine olanak sağlamaktadır. Ancak beton gevrek bir malzemedir ve dayanımı arttıkça gevrekliğide artmaktadır. Betonun bu olumsuz etkisi beton karışımının içine lifler katılarak giderilmeye çalışılmıştır. Böylece daha sünek, yüksek performansa sahip yeni nesil betonlar üretilebilmiştir. Lif katkılı betonlarda en çok kullanılan lif türleri; metalik, mineral ve polimerik liflerdir. Metalik lifler çelik ve paslanmaz çelikten elde edilen farklı kesit ve boyutlardaki liflerdir. Cam lifi en çok kullanılan mineral liftir. Polimerik lifler sınıfına ise akrilik, aramid, karbon, naylon, polietilen, polipropilen girmektedir. Çelik lif takviyeli beton ile ilgili çalışmalar gerçek anlamda 1960 larda başlamış ve günümüze kadar çelik tel takviyeli beton (ÇLTB) üretimi ve kullanımı konusunda pek çok çalışma yapılmıştır, [16,17]. Çelik lif takviyeli betonun yapı alanında kullanımını iki ana gruba ayırmak mümkündür. Bunlardan ilki yapı elemanının ÇLTB kullanılarak üretilmesi, ikincisi ise ÇLTB nin betonarme yapı elamanlarını güçlendirme amacıyla kullanılmasıdır. ÇLTB kullanarak üretilen elemanlarla yapılan deneysel çalışmalardan davranışın özellikle süneklik ve enerji yutma kapasitesi bakımından oldukça iyileştirilebildiği bir çok araştırmacı tarafından gösterilmiştir, [18,19]. Bazı araştırmacılar çelik lifleri geleneksel enine donatının yerine kullanılarak ürettikleri elemanların kesme kuvvetleri etkisindeki davranışlarını incelemişlerdir, [20-23]. Shannag ve diğ. [24] yaptıkları çalışmada ÇLTB kullanarak mantoladıkları kolon kiriş birleşim bölgelerinin tekrarlı yön değiştiren yükler 2
etkisindeki davranışını incelemişler ve elemanların dayanım, süneklik ve enerji yutma kapasitesi bakımından çok daha iyi sonuçlar verdiğinin göstermişlerdir. Alaee ve Karihaloo [25,26] yaptıkları deneysel çalışmada betonarme kirişleri ürettikleri yüksek performanslı ÇLTB elemanlarla güçlendirmişler ve bu kirişlerin eğilme ve kesme kapasitelerini iyilileştirmişlerdir. Bu çalışmada düşük beton dayanımına sahip, yeterli enine sargı donatısına sahip olmayan, bindirme boyu yetersizliği olan ve olmayan kolon elemanların sarılma bölgeleri ÇLTB öndöküm panellerle güçlendirilmiş ve bu elemanlar sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı yatay yükler altında denenmiştir. Bu güçlendirme yönteminde kullanılan ÇLTB paneller öndöküm üretim olduğundan kalite kontrolü ve uygulanması kolaydır. Güçlendirilen eleman boyutlarının önemli ölçüde değişmemesi, uygulamanın kısa sürede ve temiz bir biçimde yapılabilmesi yöntemin diğer avantajlarıdır. Özellikle hastane ve işyeri gibi tadilat için kapatılması mümkün olmayan yerlerde çok pratik ve kısa sürede uygulanabilmesi yöntemi geleneksel yöntemlerden ayıran önemli bir avantajdır. 3
2. NUMUNELERĠN TASARIMI, ÜRETĠLMESĠ VE GÜÇLENDĠRĠLMESĠ 2.1 GiriĢ Bu çalışma kapsamında mevcut yapıların pek çoğunda karşılaşılan ve eleman davranışını olumsuz yönde etkileyen, düşük beton dayanımı, sarılma bölgesinde yetersiz enine donatı ve yetersiz boyuna donatı bindirme boyu eksiklikleri ile üretilmiş 8 adet kolon numunesi üretilmiş, sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı eğilme etkileri altında deneye tabi tutulmuştur. Bu eksiklikleri içeren kolon sarılma bölgeleri bu çalışmanın test bölgesini oluşturmaktadır, Şekil 2.1. Bu bölgeler çelik lif takviyeli öndöküm beton paneller ile güçlendirilerek, eleman davranışının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın bu bölümü numunelerin üretim amacını, tasarımını, niteliklerini, güçlendirme elemanı olarak kullanılan çelik lif takviyeli öndöküm beton panellerin tasarımlarını, üretim sürecini ve güçlendirme uygulamasını konu almaktadır. 2.2 Numunelerin Tasarımı Numuneler mevcut yapılarda sıkça karşılaşılan düşük beton dayanımı, yetersiz enine sargı donatısı ve boyuna donatı bindirme boyu yetersizliği kusurlarını içerecek şekilde tasarlanmıştır. Numunelerin tasarımı, mevcut yapıların kesit ve malzeme özellikleri, tasarım kusurları ve yükleme düzeneğinin kapasitesi göz önünde bulundurularak yapılmıştır. Ülkemizdeki mevcut yapıların ortalama beton basınç dayanımı yaklaşık 10 MPa [27], olduğundan tasarım için hedeflenen beton basınç dayanımı 10 MPa dır. Boyuna ve enine donatı olarak düz donatı çeliği kullanılmıştır. Numunelerin 4-5 katlı bir binanın küçük enkesitli alt kat kolonunu temsil etmesi ve beton basınç dayanımının düşük olması sebebiyle, numunelere deney süresine 4
uygulanan kesit eksenel yük kapasitesi oranı ( ) yüksektir. Bu oran, numune beton basınç dayanımının değişmesinden dolayı %37-47 değerleri arasında değişmektedir. Üretilen numuneler ardışık iki kat kolonlarından üst kat kolonunun alt yarısı, kat hizasında kolon-kiriş birleşim bölgesi ve alt kat kolonunun üst yarısını temsil etmektedir, Şekil 2.1. Ancak gerçek durumda kirişlere etkiyen eğilme momentleri birleşim bölgesinin alt ve üst kısmında eğriliğin ters yönlü olmasına sebep olurken, uygulanan deney düzeneğinde kiriş momentlerinin etkisi dikkate alınamadığı için tüm kolon boyunca eğrilik aynı yönlüdür. Eğriliğin yön değiştirmesi kolon-kiriş birleşim bölgesinde kesme ve aderans gerilmelerini önemli ölçüde etkileyeceğinden dolayı, kolon-kiriş birleşim bölgelerinin davranışının incelenmek istendiği çalışmalarda bu durum çözülmesi gereken önemli bir sorundur. Bu çalışmanın amacı ise kolon sarılma bölgelerinin davranışının incelenmesi ve güçlendirilmesidir. Bu nedenle birleşim bölgesindeki gerilme dağılımının modellenmesi bu çalışma için önemli değildir, [3,28,29]. Test Bölgesi A lt K olon B irleşim Ü st K olon Şekil 2.1 Deney Numuneleri 2.2.1 Numune Kapasitesi Numuneler eğilme kapasitesine ulaşılmasıyla göçecek şekilde tasarlanmışlardır. Test bölgesi seyrek enine donatı ile donatılmasına karşın oluşacak maksimum kesme kuvvetini karşılayabilecek düzeydedir. Tasarlanan numunelerin moment taşıma 5
kapasitesi 41 knm ve kritik kesitte bu momenti oluşturacak yatay kuvvet 75 kn dur. Numunelerin kesme kuvveti kapasitesi ise 84 kn ve bu kuvveti oluşturacak yatay kuvvet 168 kn dur. Numune kapasite hesabı detaylı olarak Ek A da verilmiştir. Numunenin davranışının daha iyi anlaşılabilmesi için test bölgesinin dışında hasar oluşması istenmemiş ve bu nedenle test bölgesinin dışı (birleşim ve mesnet bölgesi) deney esnasında oluşacak kesit zorlarını fazlasıyla karşılayacak şekilde donatılmıştır. 2.2.2 Bindirme Boyu TS500-1985 e göre [30], bindirme boyu (l o ), bindirme eki yapılacak donatıların akma dayanımı (f yd ) ve beton çekme dayanımı (f ctd ) kullanılarak hesaplanan kenetlenme boyuna (l b ) bağlı olarak hesaplanabilir, Denklem 2.1. l o 1 l b l b (2.1) Denklem 2.1 de verilen 1 katsayısı aynı kesitte eklenen donatı yüzdesine bağlı bir katsayı olup, aynı kesitte donatının en az yarısı ekleniyorsa 1.6, beşte biri veya daha azı ekleniyorsa 1.3 değerini alır. l b ise kanca yapılması durumunda kullanılan bir azaltma faktörüdür, düz donatı için bu azaltma miktarı 15d dir (TS500-1985 düz donatıda kanca yapılmasını zorunlu kılmaktadır). Kenetlenme boyu (l b ) ise Denklem 2.2 ile hesaplanabilir. l b f yd 0.22.d. 40.d (2.2) f ctd Denklem 2.2 de verilen d boyuna donatı çapıdır. TS500-2000 e göre [31], bindirme boyu hesabı TS500-1985 e göre küçük farklılıklar gösterir. Bindirme boyu (l o ) Denklem 2.3 kullanılarak hesaplanır. l o. l 1 b (2.3) 1 1 0.5r (2.4) Denklem 2.3 de verilen 1 katsayısı Denklem 2.4 kullanılarak hesaplanır. r aynı kesitte eklenen donatının toplam donatıya oranıdır. Bindirme eklerinin tamamının 6
aynı kesitte yapılması durumunda 1 değerine eşittir. Kenetlenme boyu (l b ) ise Denklem 2.5 ile hesaplanabilir. f yd l 0.24.d. (2.5) b f ctd ACI 318-1941 [28] yönetmeliğine göre bindirme boyu hesabın aderans gerilmeleri (u), donatı çeliği emniyet gerilmesi (f s ), ve donatı çapı (d) ye bağlı olarak hesaplanmaktadır, Denklem 2.6. l b f s 4u d (2.6) Denklem 2.6 da yer alan aderans gerilmesi (u) ise, x uzunluğunda çok küçük bir kiriş parçası için yazılabilecek denge denklemlerinden çıkarılabilir. Kiriş parçasının iki ucundaki toplam gerilme farkı ( F t ), x uzunluğundaki toplam aderans gerilmesine ve x uzunluğu boyunca M kadar değişen momentinin manivela koluna oranına eşittir. F (2.7) u. x. t o F t M jd V. x jd 2.8) Bu eşitlikler kullanılarak, aderans gerilmesi (u), u V jd. o (2.9) olarak bulunur. Burada o donatının çevresi, V kesme kuvveti, jd manivela koludur. ACI 318-1941 aderans gerilmesi hesabında düz yüzeyli donatılar için aşağıdaki bağıntıyı önermiştir. u ' 0.04 f 1.1 MPa (2.10) c 7
1990lara kadar betonarme yapı projelerinde çok yaygın olarak kullanılan malzemeler C14 betonu ve düz donatı çeliğidir. Bu malzemelerin hesap dayanımları (f ctd = 0.87 MPa, f yd =191 MPa) kullanılarak yukarıda bahsedilen yönetmeliklere göre yapılacak bir hesapta, gerilmelerin bindirmeli ek yapılmış kesitte iki boyuna donatı arasında tam anlamıyla aktarılabilmesi için gerekli bindirme boyu, TS 500-1985 e göre boyuna donatı çapının 79 katı, TS 500-2000 e göre 86 katı, ACI 318-1941 e göre ise 88 katıdır. Bindirme ekli numunelerde bindirme boyu, boyuna donatı çapının 40 katı (40d) olarak 560 mm dir. Bu durumda seçilen bindirme boyu yönetmeliklerin öngördüğü bindirme boyunun yaklaşık %45 ine karşı gelmektedir. Ancak, mevcut yapıların pek çoğu tasarlandıkları malzeme dayanımına sahip olmamakta, beton dayanımları öngörülenden daha düşük, donatı akma dayanımları ise daha yüksektir. Bu nedenle mevcut elemanlar için gerekli bindirme boyu, tasarımda öngörülenden daha büyük olmaktadır. Deney numunelerinin üretiminde kullanılan malzeme dayanımları (f ctd = 0.71 MPa, f yd =292 MPa) dikkate alındığında boyuna donatı bindirme boyu donatı çapının 145 katı olmaktadır. Bu değer dikkate alındığında seçilen bindirme boyu gerekli bindirme boyunun yaklaşık %27 ine karşı gelmektedir. 2.2.3 Numune Boyut ve Özellikleri Çalışma kapsamında 8 adet 3000 mm boyunda 200x300 mm dikdörtgen enkesitli kolon numune sabit eksenel basınç ve tekrarlı yön değiştiren yatay yükler altında denenmiştir. Numuneler, 4 adet bindirme ekli ve 4 adet sürekli donatılı olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Her gruptaki 4 adet numuneden 2 adedi güçlendirilen numunelerle karşılaştırma yapabilmek amacıyla orijinal durumunda, diğer 2 adet numune ise iki farklı kalınlık ve birleşim detayına sahip çelik lif takviyeli öndöküm beton panel elemanlarla güçlendirilerek denenmiştir. Numunelerin boyut ve kesit bilgileri Şekil 2.2 de verilmiştir. 8
8@ 100 8@ 200 B indirm e boyu : 5 8 3 8 2 14 3 8 14 8@ 200 5 8 4 8 stirrups 2 14 4 8 A -A Kesiti B -B Kesiti Tüm birimler mm dir Şekil 2.2 Numunelerin Kesit Detayları Tüm numunelerde boyuna donatı olarak 4 adet 14 mm çapında düz, enine donatı olarak ise test bölgesinde 200 mm, test bölgesinin dışında 100 mm aralıkla 8 mm çapında düz donatı kullanılmıştır. Bu donatı miktarlarına karşı gelen boyuna donatı geometrik oranı 0.010, test bölgesinde enine donatı hacimsel oranı 0.034 dür. Çalışma kapsamında denenen tüm numunelere ilişkin özellikler Tablo 2.1 de verilmiştir. Tabloda gün cinsinden beton yaşı, beton yaşına karşı gelen beton basınç dayanımı (f cj ), eksenel yük oranı ( ), numunenin boyuna donatı düzeni ve güçlendirme panel kalınlığı verilmiştir. Burada eksenel yük oranı ( ), 0.85 Ncj f ' A g (2.3) denklemi ile hesaplanmıştır. Tablo 2.1 Numune Özellikleri Numune Boyuna Yaş ÇLTB Panel f cj Donatı (gün) (MPa) kalınlığı Düzeni (mm) C-O-1 51 10.6 0.47 Sürekli - LS-O-1 58 11.0 0.45 Bindirmeli - C-O-2 69 11.7 0.42 Sürekli - LS-O-2 160 13.4 * 0.37 Bindirmeli - R-C-SFRC-1 185 13.4 * 0.37 Sürekli 30 mm R-LS-SFRC-1 199 13.4 * 0.37 Bindirmeli 30 mm R-C-SFRC-2 281 13.4 * 0.37 Sürekli 15 mm R-LS-SFRC-2 329 13.4 * 0.37 Bindirmeli 15 mm * 150 gün standart silindir deneyi sonucundan alınmıştır. 9
Numuneler isimlendirilirken bindirmeli ekli boyuna donatı düzenine sahip ise LS, sürekli boyuna donatı düzenine sahip ise C harfiyle tanımlanmış, bu harfi takip eden harf ise numunenin güçlendirme yöntemini tanımlamaktadır. Örneğin C-O-1 numunesi sürekli donatı düzenine sahip güçlendirilmeden denenmiş birinci numunedir. R-LS-SFRC-1 numunesi 30 mm kalınlığında çelik lif takviyeli öndöküm beton panel elemanlarla güçlendirilmiş boyuna donatısı bindirmeli ekli numunedir. SFRC-2 ise 15 mm kalınlığındaki çelik lif takviyeli öndöküm beton panel elemanlarla güçlendirme yapıldığını göstermektedir. Tablo 2.1 den de görülebileceği gibi denenen tüm numunelerde beton dayanımı, enine donatı hacimsel oranı ve geometrisi aynı tutulmuş, sadece güçlendirme yönteminde panel kalınlığı ve birleşim detayı değişken olarak alınmıştır. Tüm numunelerde beton yüzeyi ile enine donatı yüzeyi arasında 20 mm beton örtü tabakası oluşturacak şekilde plastik paspayı kullanılmıştır. Test bölgesinin dışında enine donatı aralığı yarıya indirilerek, hacimsel sargı donatısı oranı iki katına çıkarılmış ve hasarın deney bölgesinde oluşması sağlanmıştır. 2.3 Numunelerin Üretimi Çalışma kapsamında üretilen numuneler İstanbul Teknik Üniversitesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında üretilmişlerdir. Boyuna ve enine donatılar Ek B de detayları verilen poz numaralarına göre uygun boylarda kesilmiş ve demir anahtarı ile şekillendirilmiştir. Boyuna donatılar mesnetlerde 90 o açı ile bükülmüştür, Şekil 2.3. Enine donatılar 1998 Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmeliği nde (ABYYHY) belirtildiği gibi uçları 135 o açı ile bükülerek kancalı biçimde değil mevcut kolon donatılarında olduğu gibi 90 o bükülerek yapılmıştır. Burada amaç mevcut yapılarda karşılaşılan tasarım kusurlarını mümkün olduğunca numunelere yansıtmaktır. Şekil 2.2 de enine donatı detayı görülmektedir. 10
Şekil 2.3 Donatı Detayları Test bölgesinde iki farklı kesitte tüm donatılara ve birleşim bölgesinden sonraki 2. enine donatının tüm kollarına şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmıştır. Şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmadan önce donatı yüzeyleri zımparalanarak pas ve imalattan kaynaklanan kaplama malzemesinden arındırılmıştır. Zımparalamadan kaynaklanan toz asetonlu pamuk yardımı ile alınmış ve yüzey yapıştırılmaya hazır hale getirilmiştir, Şekil 2.4. Şekil 2.4 Şekildeğiştirmeölçer Yapıştırılmadan Önceki Yüzey Hazırlığı Hazırlanan yüzeylere Cyanoacrylat içerikli Pattex marka güçlü yapıştırıcılar kullanılarak şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmış ve yapıştırmanın tam anlamı ile sağlanması için yapıştırılan şekildeğiştirmeölçer üzerine bir dakika süre ile sabit basınç etkitilmiştir. Şekil 2.5 de şekildeğiştirmeölçerlerin yapıştırılma süreci 11
verilmiştir. Yapıştırılan şekildeğiştirmeölçerler suya karşı yalıtılmak amacı ile N-1 yalıtım malzemesi ile iki kat izole edilmiştir, Şekil 2.6. Bu uygulamanın ardından şekildeğiştirmeölçerlerin hem su yalıtımını sağlamak hem de beton dökümü esnasında zarar görmelerini önlemek amacı ile bitum esaslı VM (Vinil Mastik) ile izole edilmiş ve daha sonra VM bandın üzerine ayrı bir izolasyon bandı sarılmıştır. Bu işlem yapılırken mümkün olduğunca donatı üzerinde az bir kısmın izole edilmesine gayret sarf edilerek bu izolasyon bantlarının beton ile donatı arasındaki aderansda yaratacağı olumsuz etkinin en azda tutulması istenmiştir. Şekil 2.5 Şekildeğiştirmeölçerin Yapıştırılması Şekil 2.6 N-1 ile Yalıtılmış Şekildeğiştirmeölçer Yapıştırılan tüm şekildeğiştirmeölçerlerin kablolarına o şekildeğiştirmeölçerin konumunu belirten etiketler yapıştırılarak kalıp dışına alınmış ve beton dökümü sırasında zarar görmemesi için muhafaza edilmişlerdir. Şekildeğiştirmeölçerlerin kabloları kalıp dışına donatı üzerinde en kısa yolu takip edecek şekilde iki grup halinde donatıya bağlanarak taşınmıştır. Şekildeğiştirmeölçerleri yapıştırılan 12
numuneler sıkıştırılmış ahşap malzemeden üretilen ve kalıp yağı ile yağlanan kalıplara yerleştirilmişlerdir. Şekil 2.7 de numunelerin beton dökümünden önceki son halleri görülmektedir. Şekil 2.7 Şekildeğiştirmeölçerlerinin İzolasyon İşlemi Tamamlanmış Numunelerin Beton Dökümünden Önceki Son Hali Bu aşamadan sonra numunelerin üretim aşaması hepsi aynı gün ve aynı mikserden alınan hazır beton kullanılarak tamamlanmıştır. Betonun kalıba alınması esnasında su/çimento oranın yüksek olmasına karşın yerleşmenin iyi olmasını temin etmek amacıyla vibratör kullanılmıştır, Şekil 2.8. Şekil 2.8 Beton Dökümü ve Sıkıştırılması 13
Numuneler üretildikten sonra mesnet bölgesinde oluşan hasarın önüne geçmek amacı ile mesnet bölgeleri 3 kat karbon lif takviyeli polimer (CFRP) tabakası ile sarılmıştır. CFRP uygulamasından önce köşeler 2 cm yarıçapında yuvarlatılmış beton yüzeyindeki zayıf tabaka zımparalanarak kaldırılmıştır. Tozdan tamamen arındırıldıktan sonra beton yüzeyin tutunma yeteneğini arttırmak amacıyla astar uygulanmış, daha sonra yüzeydeki boşlukları kapatmak amacıyla macun uygulaması yapılmış ve son olarak epoksi yapıştırıcı kullanılarak CFRP tabakaları sarılmıştır. CFRP uygulaması ile ilgili adımlar Şekil 2.9 da verilmiştir. Şekil 2.9 Mesnetlerde CFRP Uygulaması 2.4 Öndöküm ÇLTB Manto Panellerinin Tasarımı Güçlendirme panellerinin üretiminde elemanların hem dayanım hem de süneklik bakımından iyi sonuç vermesi için iki farklı tipte çelik lif kullanılmıştır. Bu çelik liflerden kısa olanı (OL6/0.16) yüksek dayanım için, uzun ve kancalı uçlu olanı (Dramix ZP30/0.55) sünekliği arttırmak için kullanılmıştır [32]. Çelik lifin taze betonun işlenebilme özelliğini önemli ölçüde bozması sebebiyle güçlendirme panellerinin tasarımı aşamasında deneme karışımları yapılmıştır. Deneme karışımlarının amacı üretimde kullanılacak işlenebilir uygun karışımı elde etmek olmuştur. 2.4.1 Deneme KarıĢımları Deneme karışımları işlenebilir ve boşluksuz bir karışım elde etmek amacı ile yapılmıştır. Deneme karışımlarında kullanılan silis kumu, silis dumanı, çimento, 14
çelik lif ve hiperakışkanlaştırıcı tipi aynı kalmak kaydıyla miktarları değiştirilmiştir. Deneme karışımlarında karıştırma sırası, süresi ve malzeme miktarları değiştirilerek uygun karışım elde edilmeye çalışılmıştır. Tüm deneme karışımlarında iki farklı karıştırma sırası izlenmiştir, Tablo 2.2. Bu amaçla 10 deneme karışımı gerçekleştirilmiş ve her bir karışım 200x200x20 mm boyutlarındaki kalıplara dökülerek karışım içerisindeki çelik lif dağılımının üniform olup olmadığı, beton yüzeyinin mala ile kolayca düzeltilip düzeltilemediği gözlenmiştir. Tablo 2.2 Karıştırma Sıraları Karışım Sırası 1 2 1. Adım Silis Dumanı + Çimento Silis Kumu (Kalın) + Silis Dumanı 2. Adım Silis Kumu (Kalın + İnce) Silis Kumu (İnce) + Çimento 3. Adım %50 (Su + Hiperakışkanlaştırıcı) Çelik Lif (OL6/0.16) 4. Adım Çelik Lif (OL6/0.16) Çelik Lif (ZP30/0.55) 5. Adım Çelik Lif (ZP30/0.55) %50 (Su + Hiperakışkanlaştırıcı) 6. Adım %25 (Su + Hiperakışkanlaştırıcı) %25 (Su + Hiperakışkanlaştırıcı) 7. Adım %25 (Su + Hiperakışkanlaştırıcı) %15 (Su + Hiperakışkanlaştırıcı) 8. Adım - %10 (Su + Hiperakışkanlaştırıcı) Deneme karışımları İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Yapı Malzemesi laboratuarında 2 dm 3 kapasiteli düşey karıştırıcıda yapılmıştır, Şekil 2.10. Şekil 2.10 Deneme Karışımı 15
2.4.1.1 I. Grup Deneme KarıĢımları Bu karışımlarda 1. karıştırma sırası izlenmiştir. Her bir adımda karıştırma haznesine konulan malzemenin bir dakika karışması sağlandıktan sonra diğer malzeme karıştırma haznesine konulmuştur. Ancak karışıma en son eklenen su ve hiperakışkanlaştırıcıdan sonra 30 saniye kadar karıştırma işlemine devam edilmiş ve beton kalıba alınmıştır. Bu grupta iki deneme karışımı üretilmiştir. Bu karışımlar Tablo 2.3 de verilmiştir. Deneme karışımı 1 de çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.30:0.30:0.020:0.35 olarak alınmış ve karışımda hacimce %1 OL6/0.16 çelik lifi ve %1 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Bu karışım ile çok akıcı bir beton elde edilmiş ancak betonun kalıba alınması sırasında çelik lifin karıştırma teknesinin altında toplanarak kaldığı ve çelik lif dağılımının homojen olmadığı gözlemlenmiştir. Deneme karışımı 2 de su miktarı azaltılmış, lif miktarı arttırılmıştır. Buna göre çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.020:0.25 olmuş ve karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Bu karışım ile çok katı bir beton elde edilmiş kalıba alınması mümkün olmamıştır. 16
Tablo 2.3 I. Grup Deneme Karışımları Karışım N o D eneme 1 D eneme 2 Ç im ento (kg) 988.00 992.42 S ilis D um anı (kg) 148.20 148.86 S ilis K um u (İnce) (kg) 296.40 396.97 S ilis K um u (K alın) (kg) 296.40 396.97 H iperakışkanlaştırıcı (kg) 19.76 19.85 S u (l) 345.80 248.11 Çelik Lif 1 (D =0.16, L=6) (kg) 71.70 143.40 Çelik Lif 2 (D =0.55, L=30) (kg) 78.50 157.00 S u/ç im ento 0.35 0.25 Su/(Çimento+Silis D umanı) 0.30 0.22 Karıştırma Sırası Çok akıcı. Kalıba kendiliğinden Sonuç yerleşti. Çelik teller homojen dağılm adı. I Çok kuru. İlave su ile kıvam verildi. H omojen bir karışım olmadı. 2.4.1.2 II. Grup Deneme KarıĢımları Bu karışımlarda 2. karıştırma sırası izlenmiştir. Her bir adımda karıştırma haznesine konulan malzemeden sonra bir dakika karışması sağlandıktan sonra diğer malzeme karıştırma haznesine konulmuştur. Karışım tamamen kuru yapıldıktan sonra son olarak kademeli bir biçimde su + hiperakışkanlaştırıcı karışımı konulmuştur. Son olarak konulan %25 (su + akışkanlaştırıcı) karışımından sonra karışımın 30 saniye karışması sağlanmış ve kalıba alınmıştır. Bu grupta beş deneme karışımı yapılmış ve sonuçları Tablo 2.4 de özetlenmiştir. Bu karıştırma sırasında aşağıdaki adımlar izlenmiştir. Deneme karışımı 3 de su miktarı karışım 2 den daha fazla, karışım 1 den daha azdır. Buna göre çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.020:0.30 olarak alınmıştır. Karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Karıştırma esnasında II. karışım sırası izlenmiştir. Plastik kıvamda bir beton elde edilmiştir. Çelik liflerin taze beton içerisinde topaklanmadığı ve homojen dağıldığı gözlenmiştir. 17
Deneme karışımı 4 de karışım 2 den farklı olarak hiperakışkanlaştırıcı miktarı arttırılmış ve su miktarı azaltılmıştır. Buna göre çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.023:0.25 olarak alınmıştır. Karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Çok katı ve kalıba yerleşmesi çok zor bir beton elde edilmiştir. Deneme karışımı 5 de su ve hiperakışkanlaştırıcı miktarı karışım 4 ile aynı olacak şekilde alınmış fakat çelik lif miktarları azaltılarak çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.023:0.25 olarak alınmıştır. Karışımda hacimce %1.5 OL6/0.16 çelik lifi ve %1.5 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Bu karışımdan elde edilen beton çok kuru olmuştur. Deneme karışımı 6, karışım 4 ile benzer karışım oranına sahip ancak akışkanlaştırıcı miktarı daha fazladır. Çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.030:0.25 olarak alınmıştır. Karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Arttırılan hiperakışkanlaştırıcı miktarına karşın elde edilen beton kıvamı deneme karışımı 5 e benzer olmuştur. Deneme karışımı 7, tüm deneme karışımları içersinde en yüksek akışkanlaştırıcı miktarına sahip olandır. Çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.050:0.25 olarak alınmıştır. Karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Karıştırma esnasında II. karışım sırası izlenmiştir. Bu karışımdan elde edilen beton katı plastik kıvamdadır ve kalıba alınıp yüzey düzeltmesi zor olmuştur. 18
Tablo 2.4 II. Grup Deneme Karışımları Karışım N o D eneme 3 D eneme 4 D eneme 5 D eneme 6 D eneme 7 Çimento (kg) 943.16 989.54 999.96 982.87 964.31 Silis D umanı (kg) 141.47 148.43 149.99 147.43 144.65 Silis Kumu (İnce) (kg) 377.26 395.82 399.98 393.15 385.72 Silis Kumu (Kalın) (kg) 377.26 395.82 399.98 393.15 385.72 H iperakışkanlaştırıcı (kg) 18.86 22.76 23.00 29.49 48.22 Su (l) 282.95 247.38 249.99 245.72 241.08 Çelik Lif 1 (D =0.16, L=6) (kg) 143.40 143.40 107.55 143.40 143.40 Çelik Lif 2 (D =0.55, L=30) (kg) 157.00 157.00 117.75 157.00 157.00 Su/Çimento 0.30 0.25 0.25 0.25 0.25 Su/(Çimento+Silis D umanı) 0.26 0.22 0.22 0.22 0.22 Karıştırma Sırası II Plastik kıvamda. Çok kuru. Su ilavesi ile Katı plastik kıvamda. Sonuç Kalıba işlenebilir hale Kalıba Çok kuru. Çok kuru. yerleşmesi zor geldi. konması ve oldu. Karışım homojendi. H omojen bir karışım oldu yüzey düzeltmesi zor. 2.4.1.3 III. Grup Deneme KarıĢımları: Karıştırma sırası olarak II. grup denemelerinde takip edilen sıra izlenmiş ancak bundan farklı olarak kademeli olarak su + hiperakışkanlaştırıcı karışımının tamamı konulduktan sonra karışımın yaklaşık 10 dakika karışması sağlanmıştır. Su + hiperakışkanlaştırıcı konulduktan sonra karıştırma süresi uzatıldığında karışımının hiperakışkanlaştırıcının etkisi ile zaman içerisinde işlenebilirliğinin iyileştiği gözlemlenmiştir. Bu grupta üç deneme karışımı yapılmış ve sonuçlar Tablo 2.5 de özetlenmiştir. Deneme karışımı 8, deneme karışımı 2 ile tamamen aynı olup karıştırma sırası ve süresi farklıdır. Buna göre çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.020:0.25 olmuş ve karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Bu karışım neticesinde katı plastik kıvamda işlenebilirlik bakımından iyi olmayan bir beton elde edilmiştir. Deneme karışımı 9, karışım 8 den daha fazla akışkanlaştırıcı miktarına sahiptir. Çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.025:0.25 olarak alınmıştır. Karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Deneme 19
karışımı 8 de elde edilen betonun kıvamına yakın ancak yüzey düzeltmesi daha kolay bir beton elde edilmiştir. Deneme karışımı 10, deneme karışımı 6 ile tamamen aynı olup karıştırma sırası ve süresi farklıdır. Çimento : silis dumanı : silis kumu (ince) : silis kumu (kalın) : hiperakışkanlaştırıcı : su oranları ağırlıkça sırası ile 1:0.15:0.40:0.40:0.030:0.25 olarak alınmıştır. Karışımda hacimce %2 OL6/0.16 çelik lifi ve %2 ZP30/0.55 çelik lifi kullanılmıştır. Arttırılan hiperakışkanlaştırıcı miktarı ile plastik kıvamlı kalıba alması ve yüzey düzelmesi zor olmayan, çelik liflerin beton içersinde homojen dağıldığı bir karışım elde edilmiştir. Tablo 2.5 III. Grup Deneme Karışımları Karışım N o D eneme 8 D eneme 9 D eneme 10 Ç im ento (kg) 992.42 987.63 982.87 S ilis D um anı (kg) 148.86 148.14 147.43 S ilis K um u (İnce) (kg) 396.97 395.05 393.15 S ilis K um u (K alın) (kg) 396.97 395.05 393.15 H iperakışkanlaştırıcı (kg) 19.85 24.69 29.49 S u (l) 248.11 246.91 245.72 Çelik Lif 1 (D =0.16, L=6) (kg) 143.40 143.40 143.40 Çelik Lif 2 (D =0.55, L=30) (kg) 157.00 157.00 157.00 S u/ç im ento 0.25 0.25 0.25 Su/(Çimento+Silis D umanı) 0.22 0.22 0.22 Karışım Sırası II Katı plastik kıvamda. D eneme karışımı 8'e Plastik kıvamlı. D eneme Sonuç H omojen benzer. Y üzey dağılım. Y üzey düzeltmesi düzeltme kolay karışım 8'den karışımı 8 ve 9'dan daha değil. biraz ko lay. akışkan. Sonuç olarak deneme karışımı 10 dan elde edilen betonun uygun işlenebilirliğe sahip olması, kalıba alma ve yüzey düzeltme işleminin nispeten kolay olması ve çelik liflerin beton içerisinde homojen dağılması sebebiyle güçlendirme panellerinin üretiminde bu karışım kullanılmıştır. 20
2.4.2 Güçlendirme Panellerinin Boyut ve Özellikleri Çalışmada iki farklı kalınlıkta ve iki farklı geometriye sahip paneller üretilmiştir. ÇLTB Panel eleman boyutları ve geometrik özellikleri Şekil 2.11 de, Panel birleşim detayları Şekil 2.12 de görülmektedir. (Tüm birim ler m m 'dir) A lt K olon ÇLTB M anto Panelleri ÇLTB M anto Panelleri B irlesim ÇLTB M anto Panelleri Ü st K olon Ç LTB M anto Tip 1 Ç LTB M anto Tip 2 ÇLTB M anto Panelleri Şekil 2.11 ÇLTB Manto Panel Boyutları Ç LTB M anto Panelleri Ç LTB M anto Tip 1 K öşe D etayı Ç LTB M anto Panelleri Ç LTB M anto Tip 2 K öşe D etayı Şekil 2.12 ÇLTB Manto Panel Köşe Detayları 2.5 Güçlendirme Panellerinin Üretimi ÇLTB manto panelleri İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Yapı Malzemesi laboratuarında 0.5 m 3 kapasiteli düşey karıştırıcıda yapılmıştır, Şekil 2.13. 21
Şekil 2.13 Düşey Karıştırıcı 2.5.1 KarıĢım Sırası Çelik lif takviyeli betonun üretiminde ilk önce en ince taneli malzeme ve en kaba taneli malzeme daha sonra bir sonraki en ince taneli malzeme ile bir sonraki en kaba taneli malzeme karıştırılmış, daha sonra sırası ile kısa çelik lif (OL6/0.16), uzun kancalı uçlu çelik lif (ZP30/0.55), ve kademeli olarak su ve hiperakışkanlaştırıcı karışımı miksere eklenerek karıştırılmıştır. Üretilen çelik lif takviyeli betonun üretiminde aşağıdaki karıştırma sırası izlenmiştir: Silis dumanı (en ince) + Kalın silis kumu (en kalın) Çimento (ikinci en ince) + İnce silis kumu (ikinci en kalın) Kısa lif (OL6/0.16) Uzun kancalı uçlu çelik lif (ZP30/0.55) Su + Hiperakışkanlaştırıcı (Glenium51) (%50,25,15,10) Her bir malzeme karıştırma teknesine konulduktan sonra bir dakika karışması sağlanmıştır. Su + hiperakışkanlaştırıcı karışımının ilk önce %50 si karışıma eklenmiş ve bir süre karıştırılmış, daha sonra %25 i karışıma eklenerek bir süre daha 22
karıştırılmış ve benzer şekilde %15 i ve %10 i eklenerek tamamı miksere konulduktan sonra karıştırma işlemine yaklaşık 9~10 dakika devam edilmiştir. Su ve hiperakışkanlaştırıcı karışımı betoniyere eklendikten sonra ilk 3-4 dakikada çok kuru bir karışım görülürken daha sonra hiperakışkanlaştırıcının etkisi ile giderek işlenebilirliği artan plastik kıvamda bir beton elde edilmiştir. 2.5.2 Çelik Lif Takviyeli Betonun Kalıba Alınması ve Kür Beton üretildikten sonra kalıba alınması esnasında sarsma tablası aracılığı ile kademeli olarak üç defa 30 ar saniye titreşim uygulanmış ve betonun yerleşmesi sağlanmıştır. Kalıba alınan beton çelik mala ile düzeltilerek üzeri ıslak çuha ile kapatılmış ve 24 saat nemli odada bekletilmiştir. 24 saatin dolmasından sonra paneller kalıptan alınarak oda sıcaklığındaki havuzlara alınmış ve beton döküldüğü günden 7 gün sonra da havuzdan alınmıştır. Havuzdan alınan panel elemanlara daha sonra herhangi bir kür uygulanmamıştır. Kür süresinin seçiminde pratik uygulama şartları düşünülerek fabrikada üretilmesi halinde havuzlarda fazla yer işgal etmeden alınması düşünülmüştür. Üretilen panel elemanlar beton 28 günlük olana kadar bekletilmiş ve 28 günlük paneller kolon elemanlara epoksi ile yapıştırılmıştır. 2.6 Güçlendirme Panellerinin YapıĢtırılması ve Güçlendirme Uygulaması 2.6.1 Yüzey Hazırlığı Paneller yüzeye yapıştırılmadan önce numunenin yüzeyi zımparalanarak zayıf beton şerbeti kaldırılmış ve yüzey pürüzlendirilmiştir. Beton yüzeyi her iki doğrultuda 45 o eğimli ve 40 mm aralıklarla 3 mm genişliğinde ve yaklaşık 3 mm derinliğinde kesilerek kayma yüzeyleri arttırılmış ve panellerin kolon elemanlara daha iyi yapışması amaçlanmıştır. Yüzey hazırlığı tamamlanmış numunenin şematik görüntüsü Şekil 3.14 de, genel görüntüsü Şekil 2.15 de verilmiştir. Kesme ve zımpara işlemi tamamlandıktan sonra yüzey fırça ve hava pompası yardımı ile tamamen tozdan arındırılmıştır. 23
Şekil 2.14 Yüzey Hazırlığının Şematik Gösterimi Şekil 2.15 Yüzey Hazırlığı Tamamlanmış Numune 2.6.2 Güçlendirme Panellerinin YapıĢtırılması Paneller çelik lif takviyeli betonun dökümünden 28 gün sonra mevcut kolon elemanların sarılma bölgelerine yapıştırılmıştır. Yapıştırma işlemi YKS Compressive 1406 çift bileşenli epoksi ile gerçekleştirilmiştir. Kullanılan epoksinin 7 günlük basınç dayanımı 75 MPa, eğilme dayanımı ise 25 MPa dır. Hazırlanan epoksi harcı spatula yardımı ile tozdan arındırılmış yüzeye uygulanmış ve üniform bir epoksi kalınlığı elde etmek amacı ile 3 mm diş derinliğine sahip tırnaklı mala kullanılmıştır, Şekil 2.16. Paneller mevcut kolon elemanın durduğu pozisyona göre yere dik karşılıklı kenarlara yapıştırılmış ve işkence ile sabitlenmiştir. İlk yapıştırmadan sonraki gün numune bulunduğu yerde 90 o çevrilerek diğer kenarları yere dik konuma getirilmiş ve bu kenarlarına paneller yapıştırılmıştır. Böylece yapıştırma işlemi birbirini takip eden iki gün içerisinde tamamlanmıştır. İşkencelerin panellere zarar vermesini önlemek amacı ile panel ve işkence arasına ahşap elemanlar yerleştirilmiştir, Şekil 2.17. Yapıştırma işleminden 24 saat sonra işkenceler sökülmüştür. Güçlendirilen kolon 24
eleman yapıştırma işleminden sonra en az epoksi harcının kür süresi olan 7 gün bekletilmiş ve daha sonra test edilmiştir. Şekil 2.16 ÇLTB Manto Panellerinin Yapıştırılması (Epoksi uygulaması) Şekil 2.17 ÇLTB Manto Panellerinin Yapıştırılması 25
3. MALZEME ÖZELLĠKLERĠ VE GÜÇLENDĠRME UYGULAMASI 3.1 GiriĢ Çalışmada üretilen numunelerde kullanılan malzemeler çalışmanın genel felsefesine uygun olacak şekilde seçilmiş ve dizayn edilmiştir. Mevcut yapılarda çok sık karşılaşılan düşük beton dayanımını yansıtmak için buna uygun karışım seçilmiş, donatı olarak düz donatı kullanılmıştır. Aynı şekilde güçlendirme elemanı olarak kullanılan çelik lif takviyeli öndöküm beton panellerin tasarımında da bu amaca uygun karışım elde edilmeye çalışılmıştır. Bu bölümde deney numunelerinin ve güçlendirme panellerinin üretiminde kullanılan malzemelerin genel özellikleri, malzeme deneylerinden elde edilen sonuçlar sunulmaktadır. 3.2 Numunelerin Üretimde Kullanılan Malzemeler 3.2.1 Beton Tüm numuneler Set Beton tarafından çalışmanın amacına uygun olarak üretilen özel tasarlanmış düşük dayanımlı hazır beton kullanılarak bir seferde dökülmüştür. Beton karışımı Tablo 3.1 de verilmiştir. Çimento olarak Set Marmara Çimentonun PÇ 42.5 normal portland çimentosu kullanılmıştır. Karışımda mineral katkı olarak Çatalağzı uçucu külü kullanılmıştır. Kullanılan taş kumu ve 1 Nolu mıcır Cebeci Dalbay Taşocağından elde edilmiş ve sırasıyla maksimum tane çapları 0.7 mm ve 5-15 mm dir. Karışımda Akpınar Sülün Ocağından elde edilen maksimum tane çapı 0.5 mm olan kum kullanılmıştır. Orta düzey akışkanlaştırıcı olarak Grace WRDA 90 W kullanılmıştır. Su/çimento oranı 1.06 olan karışımın 28 günlük standart silindir basınç dayanımı 9.22 MPa olarak bulunmuştur. 26
Tablo 3.1 Beton Karışımı M alzeme M iktar kg/m 3 Çimento (ç) 155 Kum 670 M ıcır I 988 T. Kumu 303 Su (s) 165 A kışkanlaştırıcı 1.22 M ineral Katkı 40 2322 s/ç = 1.06 Taze betonda çökme 24~25 cm, yayılma çapı 40~45 cm olarak bulunmuştur, Şekil 3.1. Betonun farklı yaşlardaki dayanımının belirlenebilmesi için 28., 90. ve 150. günlerde standart silindir basınç deneyleri yapılmıştır. Deneyler 500 ton kapasiteli Amsler 500 yükleme cihazında yapılmıştır. 28 günlük üç standart silindir numunesinin testinden elde edilen gerilme-şekildeğiştirme ilişkileri Şekil 3.2 de verilmiştir. Tablo 3.2 de farklı yaşlarda basınç deneyine tabi tutulan silindir numuneleri için deney sonuçları verilmiştir. Bu tabloda f c standart silindir basınç dayanımını, E c beton elastisite modülünü göstermektedir. Şekil 3.3 de ise beton basınç dayanımının zamana bağlı değişimi verilmiştir. Şekil 3.1 Taze Beton Yayılma Deneyi 27
15 G erilme, (M Pa) 10 5 0 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 Şekildeğiştirme, Şekil 3.2 28 Günlük Beton Silindir Numunelerin Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri Tablo 3.2 Farklı Yaşlarda Denenen Beton Silindir Basınç Deneyleri Sonuçları Numune yaşı f c E c Ort. f c Ort. E c Numune (gün) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) SS28-1 28 8.72 7324 SS28-4 28 9.39 7452 9.22 6867 SS28-5 28 9.55 5826 SS90-1 90 13.89 10156 SS90-2 90 11.94 7751 12.96 9137 SS90-3 90 13.05 9504 SS150-1 150 14.39 8596 SS150-2 150 13.27 10405 13.41 10175 SS150-3 150 12.58 11525 28
G erilme (M Pa) 15 10 5 9.22 12.96 13.41 0 0 0 30 60 90 120 150 180 Süre (G ün) Şekil 3.3 Beton Basınç Dayanımının Zamana Göre Değişimi 3.2.2 Çelik Tüm numunelerde hem boyuna, hem de enine donatı için düz yüzeyli donatı çeliği kullanılmıştır. Boyuna donatı olarak 14 mm çapında ortalama 336 MPa akma dayanımına sahip, enine donatı olarak ise 8 mm çapında ve ortalama 383 MPa akma dayanımına sahip donatı çeliği kullanılmıştır. Çelik çekme deneyleri İTÜ İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Laboratuvarında 20 t kapasiteli Amsler mekanik çekme cihazı kullanılarak TS708 standardına [33] uygun olarak yapılmıştır. Boyuna donatı çeliği için yapılan çelik çekme deneyi sonuçları Tablo 3.3 de, gerilmeşekildeğiştirme ilişkileri Şekil 3.4 ve Şekil 3.5 de verilmiştir. Tabloda E s, donatı elastisite modülünü göstermektedir. Enine donatı çeliği için yapılan çelik çekme deneyi sonuçları ise Tablo 3.4 de ve gerilme-şekildeğiştirme ilişkileri Şekil 3.6 ve Şekil 3.7 de verilmiştir. 29
Tablo 3.3 Boyuna Donatı Çekme Deneyi Sonuçları 14 No.1 No.2 No.3 Ortalama Donatı Çapı (mm) 13.7 13.7 13.4 13.6 Akma Gerilmesi (MPa) 336 330 341 336 Akma Şekildeğ. 0.002 0.002 0.002 0.002 Pekleşme Gerilmesi (MPa) 340 343 334 339 Pekleşme Şekildeğ. 0.027 0.027 0.027 0.027 Maksimum Gerilme (MPa) 487 485 489 487 Maksimum Şekildeğ. 0.215 0.188 0.223 0.209 Kopma Gerilmesi (MPa) 360 339 333 344 Kopma Şekildeğ. 0.304 0.276 0.289 0.290 E s (MPa) 208871 200745 237813 215810 500 Gerilme, (MPa) 400 300 200 100 0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 Şekildeğiştirme, Şekil 3.4 Boyuna Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 14) 500 Gerilme, (MPa) 400 300 200 100 0 0.000 0.100 0.200 0.300 Şekildeğiştirme, Şekil 3.5 Boyuna Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 14) 30
Tablo 3.4 Enine Donatı Çekme Deneyi Sonuçları 8 No.1 No.2 No.3 Ortalama Donatı Çapı (mm) 8.2 8.2 8.2 8.2 Akma Gerilmesi (MPa) 383 387 379 383 Akma Şekildeğ. 0.002 0.002 0.002 0.002 Pekleşme Gerilmesi (MPa) 388 396 394 393 Pekleşme Şekildeğ. 0.022 0.022 0.020 0.021 Maksimum Gerilme (MPa) 561 572 561 565 Maksimum Şekildeğ. 0.178 0.159 0.176 0.171 Kopma Gerilmesi (MPa) 360 379 436 392 Kopma Şekildeğ. 0.286 0.281 0.286 0.284 E s (MPa) 194788 200458 212466 202571 500 Gerilme, (MPa) 400 300 200 100 0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 Şekildeğiştirme, Şekil 3.6 Enine Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 8) 600 Gerilme, (MPa) 500 400 300 200 100 0 0.000 0.100 0.200 0.300 Şekildeğiştirme, Şekil 3.7 Enine Donatı Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi ( 8) 31
3.3 Güçlendirme Panellerinin Üretiminde Kullanılan Malzemeler Güçlendirme panellerinin üretiminde Beksa dan temin edilen Dramix ZP30/0.55 ve OL6/0.16 çelik lifleri, YKS-Degussa Glenium 51 hiperakışkanlaştırıcı, Şişecam dan temin edilen silis kumu, Elkem tarafından üretilen silis dumanı ve Akçansa Çimento tarafından üretilen PÇ 42.5 çimento kullanılmıştır. 3.3.1 Çelik Lifler Güçlendirme panellerinin üretiminde iki farklı çelik lif kullanılmıştır, Şekil 3.8. Bunlardan biri, Dramix ZP30/0.55, iki ucu kancalı olup birbirlerine özel yapıştırıcı ile yapıştırılmıştır. Bu yapıştırıcı su ile karıştırıldığında çözülmekte ve lifler beton içerisinde homojen dağılmaktadır. Dramix ZP30/0.55 in mekanik özellikleri Tablo 3.5 de verilmiştir. Şekil 3.8 Çelik Liflerin Genel Görüntüsü Tablo 3.5 Dramix ZP30/0.55 Çelik Tellerin Mekanik Özellikleri T eknik Ö zellikler Çapı (mm) : 0.55 U zunluğu (mm) : 30 N arinlik (l/d) : 55 Y oğunluk (kg/dm 3 ) : 7.85 Çekme D ayanımı (M pa) : 1100 Kaplama : Y ok 32
Üretimde kullanılan diğer bir çelik lif ise düz kısa kesilmiş ve pirinç kaplı olan Dramix OL6/0.16 dır. Dramix OL6/0.16 nın mekanik özellikleri Tablo 3.6 da verilmiştir. Tablo 3.6 OL 6/16 Çelik Tellerin Mekanik Özellikleri T eknik Ö zellikler Çapı (mm) : 0.16 U zunluğu (mm) : 6 N arinlik (l/d) : 37.5 Y oğunluk (kg/dm 3 ) : 7.17 Çekme D ayanımı (M pa) : 2250 Kaplama : Pirinç 3.3.2 HiperakıĢkanlaĢtırıcı Katkı malzemesi olarak YKS-Degussa Glenium 51 hiperakışkanlaştırıcı kullanılmıştır. Glenium 51 özellikle prefabrik beton endüstrisi için üretilmiş, düşük su/çimento oranında işlenebilirliği son derece arttırabilen klor içermeyen, modifiye edilmiş polikarboksilik eter esaslı yeni nesil bir hiperakışkanlaştırıcıdır. 3.3.3 Silis Dumanı Çalışmada Elkem tarafından üretilen silis dumanı kullanılmıştır. Özgül ağırlığı 2.25 kg/dm 3 olup çok ince tanelidir (Maksimum tane çapı 500 mikron). Silis dumanı karışımda toz halinde kullanılmıştır. 3.3.4 Silis Kumu Çalışmada Şişecam dan temin edilen iki farklı silis kumu kullanılmıştır. Kullanılan silis kumlarının biri diğerine göre daha ince olmakla birlikte iki tip silis kumunun da maksimum tane çapı 500 mikrondan küçüktür. Şekil 3.9 de silis kumları elek analizi sonuçları verilmiştir. Özgül ağırlıkları birbirine eşit ve 2.66 kg/dm 3 dür. 33
120 Geçen (%) 100 80 60 40 Silis Kumu 1 Silis Kumu 2 20 0 500 250 177 125 105 Elek Çapı ( ) Şekil 3.9 Silis Kumları Elek Analizi 3.3.5 Çimento Güçlendirme panellerinin üretiminde Akçansa Çimento tarafından PÇ 42.5 normal portland çimentosu kullanılmıştır. 3.4 ÇLTB Öndöküm Güçlendirme Paneli SertleĢmiĢ Beton Özellikleri 3.4.1 Basınç ve Çekme Dayanımı Üretilen her bir güçlendirme paneli beton karışımından dört adet 150x300 mm standart silindir alınmıştır. Bu silindirlerden 3 ü basınç dayanımı deneylerinde, diğeri ise yaklaşık 90 mm yüksekliğinde üç parçaya bölünerek yarma deneylerinde kullanılmıştır. Şekil 3.10 de yarma deneyi, Şekil 3.11 de ise basınç deneyi fotoğrafları verilmiştir. Basınç dayanımı ve yarma dayanımı testleri ÇLTB paneller ile güçlendirilen numunenin denendiği gün yapılmıştır. Beton basınç deneylerinden elde edilen gerilme-şekildeğiştirme ilişkileri her bir numune için çizilmiş ve sonuçların birbirine çok yakın olduğu görülmüştür. Bu da karışımların birbirlerine yakın üniformlukta olduklarını göstermektedir. 34
Şekil 3.10 ÇLTB Yarma Deneyi Şekil 3.11 ÇLTB Basınç Deneyi Şekil 3.12 da tipik ÇLTB güçlendirme paneli betonu gerilme-şekildeğiştirme ilişkisi verilmiştir. Diğer deney sonuçları Ek C de verilmiştir. Tablo 3.7 de beton yaşı, beton basınç dayanımı (f c), yarma dayanımı (f cts ) ve elastisite modülü (E c ) verilmiştir. 35
100 80 G erilm e, (M Pa) 60 40 20 0 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 Şekildeğiştirm e, Şekil 3.12 ÇLTB Tipik Gerilme - Şekildeğiştirme İlişkisi Tablo 3.7 ÇLTB Malzeme Deneyi Sonuçları Beton Yaşı (Gün) f c f cts E c Kullanıldığı Numune Karışım No (MPa) (MPa) (MPa) Karışım 1 77 92.29 9.94 R-C-SFRC-1 Karışım 2 78 92.86 9.37 R-C-SFRC-1 Karışım 3 82 87.29 10.23 R-LS-SFRC-1 Karışım 4 82 84.79 9.18 R-LS-SFRC-1 Karışım 5 74 90.53 10.10 37242 R-C-SFRC-2 Karışım 6 120 91.27 10.69 31473 R-LS-SFRC-2 Silindir yarma deneyinden betonun çekme dayanımı, elastisite teorisi kullanılarak denklem (3.1) den hesaplanmıştır. f cts 2P (3.1).d.l Burada f cts = silindir yarma çekme dayanımı, P = yarma yükü, d = silindir çapı, l = silindir boyudur. 3.4.2 Çelik Lif Dağılımı Alınan standart silindirlerden yarma deneyi için kullanılanlar kesilerek üç parçaya bölünmüştür. Silindir numunelerin en kesitlerindeki çelik lif dağılımı gözlemlenmiş ve dağılımın oldukça homojen olduğu görülmüştür. Şekil 3.13 da çelik lif dağılımlarının görüntüsü verilmiştir. 36
Şekil 3.13 Çelik Lif Dağılımı 37
4. DENEY DÜZENEĞĠ 4.1 GiriĢ İstanbul Teknik Üniversitesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında kurulan deney düzeneğinin benzeri daha önce çeşitli çalışmalarda denenmiş ve sistemin çalıştığı görülmüştür. Ayrıca benzer deney düzeneği ile Park, Pristley ve Rodrigues in de deneysel çalışmaları olmuştur [28,29,3]. Bu bölümde deney düzeneği, yükleme sistemi, yükleme adımları ve ölçüm sistemiyle ilgili kullanılan ekipman ve değerlendirilmeleri ile ilgili bilgiler verilmiştir. 4.2 Yükleme Düzeneği ve Yükleme Adımları Deney düzeneği kapalı ve rijit bir yükleme çerçevesi içinde çelik profiller, levhalar, yüksek mukavemetli bulonlar, öngerme halatları ve kabloların sabitlenmesi için kullanılan çenelerle oluşturulmuştur. Bir numunenin deney sırasındaki görünüşü Şekil 4.1 de verilmiştir. Numuneler iki kenarından deney düzeneğine basit mesnetli olarak bağlanarak, sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı yatay yükler etkisinde denenmişlerdir. Numuneler deney düzeneği içerisine yatay konumda yerleştirildiği için, yatay yükler düşey doğrultuda uygulanmıştır, Şekil 4.2. 38
Şekil 4.1 Deney Düzeneği Şekil 4.2 Deney Düzeneğinin Üç Boyutlu Gösterimi Deprem esnasında yapı elemanları dinamik yön değiştiren tekrarlı eğilme ve kesme kuvvetlerinin yanı sıra değişken eksenel kuvvetlerin etkisindedir. Ancak bu durumun 39
laboratuvar ortamında modellenmesi oldukça zor olduğundan yükler statik olarak etkitilmiştir. Statik yüklemeli deneylerin en büyük avantajı yüklemenin adım adım ve geniş bir zaman aralığında gerçekleşmesi nedeniyle eleman davranışının ve hasar durumunun çok daha sağlıklı ve detaylı bir şekilde gözlenebilmesidir. Tüm numunelere aynı yükleme adımları uygulanmıştır. Şekil 4.3 de görüldüğü gibi yatay yükleme adımları elastik ve elastik ötesi bölge olarak iki bölüme ayrılmıştır. Elastik bölgede yükleme adımları kat ötelenme oranı olarak tanımlanan /L nin katları olacak şekilde simetrik itme ve çekme yerdeğiştirme düzeylerinden ( /L= ±0.0025, ±0.003, ±0.0045, ±0.006) oluşmaktadır. Kat ötelenme oranının da kullanılan ve L Şekil 4.4 de şematik olarak gösterilmiştir. Elastik bölge, deney esnasında çekme gerilmesi alan donatılarda akma şekildeğiştirmesine (akma yerdeğiştirmesi, y ) ulaşılmasıyla sonlanmakta ve bu andaki yerdeğiştirme miktarının bir yerdeğiştirme süneklik seviyesine ( ) karşı geldiği kabul edilmektedir. Elastik ötesi bölgede yükleme adımları, belirlenen bu yerdeğiştirme süneklik seviyesinin katları ( =±1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0) olarak tanımlanmıştır.elastik ötesi bölgede her bir hedef yerdeğiştirme adımı itme ve çekme ikişer kez tekrarlanmıştır, Şekil 4.3. Deney sonu yerdeğiştirme hedefleri sürekli boyuna donatıya sahip güçlendirilmiş numunelerde =±6.0, yetersiz bindirme boyuna olan sahip güçlendirilmiş numunelerde =±5.5 olmuştur. Yerdeğiştirm e (m m ) 66.5 57.0 47.5 38.0 28.5 19.0 9.5 0.0-9.5-19.0-28.5-38.0-47.5-57.0-66.5 µ=5.5 µ=6 µ=5 µ=4.5 µ=4 µ=3.5 µ=3 µ= 2.5 µ=2 µ=1.5 µ=1 µ= -1 µ= -1.5 µ=-2 µ= -2.5 µ= -3 µ= -3.5 E lastik E lastik Ö tesi µ= -4 B ölge B ölge µ=-4.5 µ=-5 µ= -5.5 µ= -6 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 Ç evrim Sayısı Şekil 4.3 Yükleme Adımları 40
L=1100 L=1100 Şekil 4.4 Kat Ötelenme Oranının Tayini Yükleme çevrimleri numuneye adım adım uygulanan yerdeğiştirmeler ile gerçekleştirilmiştir. Her bir yerdeğiştirme adımı 7 saniyelik sürede verilmiştir. Bu sürenin ilk 2 saniyesinde hedeflenen yerdeğiştirme artışı gerçekleşmektedir. Sonraki 1 saniyede yükleme sistemi veri toplama sistemine sinyal göndermekte, son 4 saniyede ise ölçüm cihazlarından alınan veriler toplanmaktadır. Veri toplama sistemi 1 kanaldan 0.06 saniyede veri alabilmektedir. Her bir yükleme adımında verilen yerdeğiştirme artışı genel olarak o çevrimdeki hedef yerdeğiştirmenin 1/10 u kadar olacak şekilde belirlenmiştir. Ancak büyük hedef deplasmanlara ulaşıldığında yükleme hızı hiç bir zaman 1 mm/adım seviyesinin üzerine çıkarılmamıştır. Eğilme momenti ve kesme kuvveti oluşturmak üzere uygulanan yatay yükler bilgisayar kontrollü MTS hidrolik veren kullanılarak etkitilmiştir. Tekrarlı ve yön değiştiren yatay yük numunelerin ortasında bulunan 200x600 mm enkesitli kiriş parçasına etkitilmiştir. Hidrolik veren itme ve çekmede 250 kn yük kapasitesine ve toplam 600 mm yerdeğiştirme kapasitesine sahiptir. Tüm deneyler yerdeğiştirme kontrollü olarak yapılmış ve kontrol sisteminde MTS verenin yerdeğiştirme aralığı 150 mm olarak tanımlanmıştır. Yükleme hem itme, hem çekme yönünde yapılmış mesnetlerde numunenin alt ve üstüne yerleştirilen 100 200 mm boyutlarında dolu gövdeli çelik silindirler basit mesnet koşullarını sağlamıştır. Çelik silindirler U profillerin içine yerleştirilmiş ve profiller birbirlerine yüksek dayanımlı bulonlarla bağlanmıştır. Bu mesnet noktaları mevcut bir yapıda kolon orta noktalarına karşı gelmektedir. 41
Eksenel yükün uygulanması için numune, yükölçer ve hidrolik kriko, iki kalın çelik levha arasına 4 adet 4 m boyunda öngerme kablosu ile sıkıştırılarak yerleştirilmiştir. Daha sonra hidrolik krikoya yük verilerek, numuneye öngerme kabloları aracılığı ile eksenel kuvvet etkitilmesi sağlanmıştır. Eksenel yükleme düzeneğinin detayları Şekil 4.5 de verilen üç boyutlu çizimde görülmektedir. Şekil 4.5 Eksenel Yük Düzeneği Eksenel kuvvet 600 kn kapasiteli Enerpac hidrolik kriko kullanılarak uygulanmıştır. Deney süresince numuneye 252 kn luk sabit eksenel yük uygulanmıştır. Bu eksenel yük miktarı numunenin test edildiği günkü beton dayanımına göre eksenel yük kapasitesinin %37 ile %47 si arasında değişen bir orana karşı gelmektedir. Deney boyunca numune ile kriko arasına yerleştirilen 1000 kn kapasiteli TML (CLP- 100CMP) yükölçer aracılığı ile eksenel yük seviyesi kontrol edilmiş ve gerektiğinde kriko kullanılarak eksenel yükün 252 kn da sabit kalması sağlanmıştır. Eksenel yükün numune üzerinde üniform dağılmasını sağlamak amacıyla numunenin iki ucunda 10 mm kalınlığında çelik levhalar yerleştirilmiştir. Ayrıca eksenel yük dağılımın üniform olup olmadığı donatılara yapıştırılan şekildeğiştirmeölçerler yardımıyla kontrol edilmiştir. Deney öncesinde bir miktar eksenel yük verilerek şekildeğiştirme dağılımı gözlenmiş, şekildeğiştirme dağılımın üniform olmaması halinde öngerme halatlarının gerginliği değiştirilerek dağılımın mümkün olduğunca düzgün olması sağlanmıştır. 42
4.3 Ölçüm Sistemi Deney esnasında uygulanan yük ve bu yük değerine karşı gelen yerdeğiştirme, kolon sarılma bölgesindeki ortalama şekildeğiştirmeler (150 mm ve 300 mm olmak üzere iki farklı ölçüm boyunda), boyuna ve enine donatılarda şekildeğiştirme değerleri her bir yükleme adımında ölçülmüş ve veri çoğaltma kutusuna aktarılarak TDS 303 veri toplayıcısına gönderilmiş ve kaydedilmiş, ardından da verilerin işlendiği bilgisayara aktarılmıştır. Tüm numunelerde aynı ölçüm sistemi kullanılmıştır, Şekil 4.6. Deneylerde her bir hedef yükleme adımında oluşan çatlak ve hasarlar çizelgelere işlenmiş, fotoğraf ve video kayıtlarıyla belgelenmiştir. M TS V eren C D P25 M esnet Ö ngerm e H alatları C D P25 Y ükölçer H idrolik K riko C D P25 C D P25 C D P50 SD P200 C D P25 SD P200 C D P50 Ç elik Levha Şekil 4.6 Ölçüm Aletlerinin Konumları Eksenel yük numune ve kriko arasına yerleştirilen 1000 kn kapasiteli TML (CLP-100CMP) yükölçer aracılığı ile ölçülmüştür. Yükölçerin hassasiyeti 0.35 kn dur. Numunede eğilme momenti oluşturmak amacı ile düşey yönde MTS hidrolik veren tarafından etkitilen yük hidrolik veren bünyesindeki dahili yükölçer ile ölçülmüştür. Numunelerde hedef yerdeğiştirmeler birleşim bölgesinin altına yerleştirilen 2 adet TML SDP200D yerdeğiştirmeölçerler aracılığı ile ölçülmüştür. Her adımdaki yerdeğiştirmeler bu iki yerdeğiştirmeölçerin ortalaması alınarak belirlenmiştir. Ayrıca deney bölgesindeki moment-eğrilik ilişkilerinin belirlenmesi için 6 adet alt 43
kolonda 6 adet de üst kolonda olmak üzere toplam 12 adet TML CDP50 yerdeğiştirmeölçer kullanılmıştır, Şekil 4.7. Şekil 4.8 de 150 ve 300 mm ölçüm boyuna sahip yerdeğiştirmeölçerlerin plandaki konumları da görülmektedir. 300 mm lik ölçüm boyu 150 mm lik ölçüm boyu Şekil 4.7 Üst Kolon Ölçüm Bölgesi Şekil 4.8 Moment-Eğrilik İlişkisi İçin Kullanılan Yerdeğiştirmeölçerlerin Konumu Ortalama eğrilikler belirlenirken eğilme öncesi düzlem olan kesitlerin eğilme sonrasında da düzlem kaldığı kabulü yapılmıştır. Yerdeğiştirme ölçümlerinden yararlanarak ortalama eğriliğin hesaplanma şekli Şekil 4.9 da şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 4.9 da 1 ve 2 numunenin kiriş yüzeyinden itibaren 150 ve 300 mm uzunluğundaki ölçüm bölgelerinde kesit üst ve altında yerdeğiştirmeölçerlerin bulunduğu seviyede ortalama fiktif şekildeğiştirmeler, ise bu şekildeğiştirmeler yardımı ile belirlenen ortalama eğriliktir. 150 mm ölçüm boyundan alınan şekildeğiştirmeler, bu ölçüm boyunda ikişer yerdeğiştirmeölçer bulunduğundan bunların ortalaması alınarak hesaplanmıştır. 300 mm den alınan ölçümlerde ise bir yerdeğiştirmeölçer kullanılmıştır. 1, 2 ve (4.1), (4.2) ve (4.3) bağıntıları ile hesaplanmıştır. 44
H11, H12 B irleşim Y üzeyi 1 N um une H13, H14 2 Şekil 4.9 Ortalama Eğriliğin Belirlenmesi 1,150 H 11 H 12 2 L, 1,300 H 15 L (4.1) 2,150 H 13 H 14 2 L, 2,300 H 16 L (4.2) 1 2 H (4.3) Bu bağıntılarda H11, H12, H13 ve H14, 150 mm ölçüm boyu için kullanılan yerdeğiştirmeölçerler tarafından ölçülen yerdeğiştirmeler (mm), H15 ve H16, 300 mm ölçüm boyu için kullanılan yerdeğiştirmeölçerler tarafından ölçülen yerdeğiştirmeler (mm), L ölçüm bölgesi uzunluğu (mm), H ise 1 ve 2 şekildeğiştirmelerinin belirlendiği noktalar arasındaki mesafedir. Her H mesafesi deneyden önce H11, H12, H13, H14, H15 ve H16 yerdeğiştirmeölçerleri için ölçülmüştür. Ayrıca ölçüm bölgesi uzunluğu olan L de, 150 ve 300 mm lik ölçüm boyları için her deney öncesinde ölçülerek tam değeri not edilmiştir. Yukarıdaki bağıntılar kullanıldığında eğrilik 1/mm biriminde elde edilir. Yapılan diğer yerdeğiştirme ölçümleri deney düzeneğinin sağlıklı olarak kurulup kurulmadığını ve yüklemenin sağlıklı olarak sürdürülüp sürdürülmediğinin kontrol 45
edilmesi amacı ile kullanılmıştır. Bu ölçümler mesnetlerdeki düşey hareketler, mesnette ve açıklıkta düzlem dışı yatay hareketlerdir. Deney boyunca bu yerdeğiştirme kayıtları kontrol edilmiş ve hiçbir deneyde deney sonuçları etkileyecek mertebede mesnet hareketi ve düzlem dışı hareket kaydedilmiştir. Tablo 4.1 Yerdeğiştirmeölçerlerin Özellikleri Ġsim Cins Kapasite Hassasiyet Yer, doğrultu, amaç (TML) (mm) 10-6 ( s/mm) H11 CDP50 50 200 Alt kolon üst yatay- eğrilik (150 mm) H12 CDP50 50 200 Alt kolon üst yatay eğrilik (150 mm) H13 CDP50 50 200 Alt kolon alt yatay eğrilik (150 mm) H14 CDP50 50 200 Alt kolon alt yatay eğrilik (150 mm) H15 CDP50 50 200 Alt kolon üst yatay eğrilik (300 mm) H16 CDP50 50 200 Alt kolon alt yatay eğrilik (300 mm) H21 CDP50 50 200 Üst kolon üst yatay eğrilik (150 mm) H22 CDP50 50 200 Üst kolon üst yatay eğrilik (150 mm) H23 CDP50 50 200 Üst kolon alt yatay eğrilik (150 mm) H24 CDP50 50 200 Üst kolon alt yatay eğrilik (150 mm) H25 CDP50 50 200 Üst kolon üst yatay eğrilik (300 mm) H26 CDP50 50 200 Üst kolon alt yatay eğrilik (300 mm) V30 SDP200D 200 50 Orta kesit düşey yükleme kontrol V31 SDP200D 200 50 Orta kesit düşey yükleme kontrol MAD(sol) CDP25 25 500 Sol mesnet alt düşey düzenek kontrol MUD(sol) CDP25 25 500 Sol mesnet üst düşey düzenek kontrol MDD(sol) CDP25 25 500 Sol mesnet düzlem dışı yatay ADD CDP25 25 500 Açıklık düzlem dışı yatay MUD(sağ) CDP25 25 500 Sağ mesnet üst düşey düzenek kontrol Sürekli donatı düzenine sahip numunelerde boyuna donatılardaki şekildeğiştirmelerin ölçülebilmesi için 9, boyuna donatısı bindirmeli ekli olan numunelerde ise 18 adet TML marka YFLA-5 tipi şekildeğiştirmeölçerler donatılara yapıştırılmıştır. YFLA-5 tipi şekildeğiştirmeölçerler donatının akmasından sonra da görevini sürdürmektedir. Boyuna donatıların haricinde düğüm noktasından sonraki 2. enine donatının dört koluna 4 adet TML FLA-3 şekildeğiştirmeölçer yapıştırılmıştır. Şekildeğiştirmeölçerlerin konumları Şekil 4.10 ve Şekil 4.11 de görülmektedir. 46
Şekildeğiştirmeölçerler Şekil 4.10 Boyuna Donatısı Bindirmeli Ekli Olan Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerlerin Konumları Şekildeğiştirmeölçerler Şekil 4.11 Boyuna Donatısı Sürekli Olan Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerlerin Konumları 47