Güçlendirilmiş çelik kirişlerin yorulma analizi

Abstract

Dünyada birçok çelik yapıda tekrarlı yüklemelerden dolayı hasar meydana gelmektedir. Bu hasarı gidermek için yapıyı yıkıp tekrar yapmak yerine güçlendirmek hem maliyet hem de süre açısından avantaj sağlamaktadır. Bu tez kapsamında, Çelik yapılar yönetmeliğindeki bulonlu ek levhaların bulon mesafeleri hasarlı çelik kiriş üzerinde tekrarlı yükleme altındaki performansları araştırılmıştır. Bunun yanında, aynı hasarlı kirişler CFRP ile güçlendirilmiştir ve yorulma performansları karşılaştırılmıştır. Toplamda 6 adet S275 malzemesinden IPE120 kirişlerinin; 2 adet kontrol numunesi, 3 adet bulonlu çelik plaka ve 1 adet CFRP ile güçlendirme numuneleri, yorulma deneyleri yapılmıştır. Deneylerde çevrimsel yükleme altında dört noktalı eğilme düzeneği kullanılmıştır. Çevrimsel yükleme sabit genlikli, gerilme oranı 0,1 ve yükleme hızı 2 Hertz'dir. Ayrıca deney sırasında, ilk kırılma çevrimi sayısı ve belirli aralıklarla çatlak boyunun çevrime göre değişimi ve rijitlik değişimleri izlenmiştir. Deney sonuçları AASHTO da bulunan S-N grafikleri kullanılarak irdelenmiştir. Deneylerde kullanılan numunelerin sonlu elemanlar yöntemi (ABAQUS Paket Programı) kullanılarak simülasyonları yapılmıştır. Bu bölümde üç farklı durum; farklı çatlak derinliğine sahip, farklı güçlendirme metotları kullanarak ve aynı işlemleri çatlak geometrisini değiştirip modellenen kirişler için gerilme, gerinme ve yer değiştirme verileri kontrol edilmiştir. Bunun yanında parametrik bir çalışma da yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bu çalışma sonunda çelik plakalarda bulonlar arasındaki mesafe arttıkça yorulma ömrü artmaktadır. Ek levhası bulon delikleri şartnameye göre en kısa olduğu ile en uzun olduğu duruma göre yorulma ömrünü 1,5 ila 2,1 kat arasında uzatmaktadır. Fakat CFRP ile yapılan güçlendirme yorulma ömrünü 1,5 kat arttırmasına rağmen CFRP malzemesi ile çelik yüzeyleri arasında sıyırma probleminden dolayı iyi performans gösterememiştir.

Many steel structures around the world occur damage because of cyclic loading. To cope with this situation, It is more advantages to strengthen damaged steel structures than rebuilding damaged steel structures. In this study, The performance on pre-cracked steel beams under cyclic loading was investigated on bolt space of the bolted cover plate to Turkish Steel Structure Code. In addition, The pre-cracked steel beam was strengthened with CFRP and compared fatigue performance. Total six specimens were performed using IPE120 profile made of S275 steel material, two of those experiments were performed using unstrengthened specimens, three of them were performed using specimens strengthened with bolted steel plates, one of them was performed using specimen strengthened with CFRP patches. The four-point bending test installation was performed under cyclic loading. The cyclic loading had a constant amplitude, stress ratio was 0.1 and a loading rate was 2 Hertz. Furthermore, the number of initial crack cycles, the change crack length frequently and stiffness changes until fracture were observed during the experimental tests. Experimental results were analyzed using S-N graphs in AASHTO. The specimens used in the experiments were simulated using the finite element method (ABAQUS Packet Program). In this chapter, stress analysis is controlled stress, strain and displacement for three different cases; analyses of beams with different crack lengths, the pre-cracked beams strengthened with different strengthening methods and the crack geometry was changed. In addition, parametric study was practiced and compared results. At the end of this study, as the distance between the bolts of bolted steel plates increases, the fatigue life increases. The shortest and longest to Turkish Code bolt space of the bolted cover plates were extended fatigue life between 1.5 and 2.1. Pre-cracked steel beam with strengthened with CFRP patches did not perform well due to the problem of debonding between CFRP material and steel surfaces, although it increased the fatigue life 1.5 times.