Betonarme kirişlerde onarım ve güçlendirme yöntemlerinin deneysel olarak irdelenmesi ve maliyet analizi

Abstract

Betonarme yapı elemanlarının güçlendirilmesi amacıyla farklı tekniklerin uygulandığı bilinmektedir. Bu çalışmayla betonarme yapılarda önemli bir yeri olan kirişlerin eğilme ve kesme etkisi altındaki davranışları incelenmiştir. Bunun için ilk olarak kirişlere ön hasar verilmiş ardından karbon fiber takviyeli polimer (CFRP), çelik plaka ve mekanik bağlayıcılar ile onarım/güçlendirme yöntemleri denenmiştir. Yapılan deneysel çalışmada ½ ölçekli toplam 20 adet kiriş numunesi hazırlanmıştır. Numuneler 125x250x2500 mm boyutlarında dikdörtgen kesitli çekme bölgesinde 3Ф12, basınç bölgesinde 2Ф8 ve etriye aralıkları eğilme için Ф5/10 cm, kesme için Ф5/35 cm olacak şekilde üretilmiştir. Deney numuneleri dört noktadan statik düşey yüklemelere maruz kalmış olup a/d oranı 3.11 olarak ayarlanmıştır. Eğilme ve kesme kirişleri için bir adet referans kirişler belirlendikten sonra geriye kalan 9 adet eğilme ve 9 adet kesme kirişleri üçerli gruplara ayrılmıştır. Eğilme kirişleri için ayrılan her bir grup TBDY-2018'de var olan %1, %2 ve %3 deplasman hasar seviyelerine kadar yüklenmiştir. Ardından üç farklı malzeme ile onarım/güçlendirme yapılarak kapasitelerindeki değişim incelenmiştir. Kesme kirişleri ise referans numunenin maksimum yük taşıma kapasitesi belirlendikten sonra %50, %65 ve %85 seviyelerine kadar ön hasar deneylerine tabi tutulmuştur. Ardından üç farklı onarım/güçlendirme malzemeleri yardımıyla desteklendikten sonra yeniden teste tabi tutularak kapasitedeki değişim gözlenmiştir. Yapılan çalışmanın ardından eğilme kirişlerinde %1 hasar seviyesi için kapasitedeki %20 artışla karbon fiber ile onarım/güçlendirme yöntemi, %2 hasar seviyesi için %28 artışla karbon fiber ile onarım/güçlendirme yöntemi, %3 hasar seviyesi için için %23 artışla karbon fiber ile onarım/güçlendirme yönteminin en etkili olduğu görülmüştür. Kesme kirişleri için ise %50 hasar seviyesi için %41 artışla karbon fiber ile onarım/güçlendirme yöntemi, %65 hasar seviyesi için %47 artışla mekanik bağlayıcılar ile onarım/güçlendirme yöntemi ve %85 hasar seviyesi için %50 artışla mekanik bağlayıcılar ile onarım/güçlendirme yönteminin en başarılı yöntem olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Yapılan onarım ve güçlendirme çalışmalarında ise maliyet bakımından optimum sonucu mekanik bağlayıcıların verdiği görülmüştür.

It is known that different techniques are applied in order to strengthen reinforced concrete structural elements. In this study, the behavior of beams, which are of great importance in reinforced concrete structures, under bending and shear effects was investigated. Initially, the beams were pre-damaged, followed by repair / strengthening methods with carbon fiber reinforced polymer (CFRP), steel plate and mechanical binders. In the experimental study, a total of 20 ½ scale beam samples were prepared. Samples are produced in the dimensions of 125x250x2500 mm rectangular cross-section, 3Ф12 rebar in the tension zone, 2Ф8 rebar in the compression zone, and the spacing of the confinement bars is Ф5 / 10 cm for the bending behavior, and Ф5 / 35 cm for the beams where the shear behavior is desired. The test specimens were subjected to static vertical loading at four points and the ratio of a / d ( length of shear zone / effective cross sectional height) was set to 3.11. After determining one reference beams for each bending and shear tests, the remaining 9 bending and 9 cutting beams were divided into three groups. Each group allocated for bending beams was loaded up to the damage levels of 1%, 2% and 3% displacement present in TSC-2018. Then the repair / strengthening process was carried out with three different materials and the change in capacity was examined. Shear beams were subjected to preliminary tests up to 50%, 65% and 85% damage after determining the maximum load carrying capacity of the reference sample. After being strengthened by three different repair / strengthening materials, the capacities of the beams were investigated. Following the study, repair / strengthening method with CFRP increases the capacity up to 20% for 1% damage level in bending beams, repair / strengthening method with CFRP increases the capacity up to 28% for 2% damage level, repair / strengthening method with CFRP increases the capacity up to 23% for 3% damage level. According to these results, CFRP was found to be the most effective material for repair / strengthening the beams which damaged under bending effect. Repair / strengthening method with CFRP increases the capacity up to 41% for 50% damage level in shear beams, repair / strengthening method with mechanical binders increases the capacity up to 47% for 65% damage level and repair / strengthening method with mechanical binders increases the capacity up to 50% for 85% damage level. According to these results, mechanical binders was found to be the most effective material for repair / strengthening the beams which damaged under shear effect. The optimum result in terms of the cost for repair / strengthening, has found to be mechanical binders.