Normal dayanımlı betonda donatı kenetlenme özelliklerinin karbon elyaf sargısı ile iyileştirilmesi

Abstract

ÖZET NORMAL DAYANIMLI BETONDA DONATI KENETLENME ÖZELLİKLERİNİN KARBON ELYAF SARGISI İLE İYİLEŞTİRİLMESİ Erkan AKPINAR Anahtar Kelimeler : Aderans, Betonarme, Sargılama, Sıyrılma, Karbon Elyaf Takviyeli Polimer, Cam Elyaf Takviyeli Polimer. Eğilme etkisindeki denge altı donatılı betonarme kesitlerin hesabında, eleman boyuna donatısının, ankraj ve sıyrılma problemi olmadan akma gerilmesine ulaştığı kabul edilerek, kesit kapasitesi hesaplanmaktadır. Söz konusu kapasiteye ulaşılabilmesi için etki altındaki elemanda beton ve çeliğin ortak deformasyonlar yapabilmesi, bunun için de iki malzeme arasında gerilmelerin birbirilerine uygun biçimde aktarılabilmesi gereklidir. Kesit içerisinde bu aktarımı sağlayacak aderans gerilmesini oluşturan ana unsurlar, donatı ile beton arasındaki yapışma, sürtünme ve nervürlü donatılarda oluşan mekanik diş etkisidir. Her üç faktör de donatı eksenine paralel aderans gerilmesi oluştururken, mekanik diş etkisindeki aderans gerilmesinin çubuk eksenine dik ve paralel bileşenleri mevcuttur. Çubuk eksenine paralel olan mekanik aderans gerilmesi çubuğun sıyrılmasını engellerken, çubuk eksenine dik bileşen, donatı çevresindeki beton katmanda çekme gerilmelerine sebep olmaktadır. Ankraj boyunun yeterli olmadığı durumlarda donatı çubuğu, çubuk yüzeyinin geometrisine bağlı olarak sıyrılıp çıkabilir (özellikle düz yüzeyli donatılarda) veya etrafındaki beton katmanın yarılmasına sebep olabilir. Aderans gerilmelerini etkileyen faktörler incelendiğinde beton kalitesinin, dolayısı ile betonun çekme kapasitesinin, donatı çapının, ve donatı yerinin önemli olduğu görülmektedir. Ankraj kapasitesinin arttırılmasında, beton kalitesindeki artışın veya çekme kapasitesinin ötesinde gerilmelere maruz kalan betonun dağılmasını önlemek üzere kullanılan sargılama donatısının, aderans gerilmelerini arttırıcı yönde etkisinin olduğu bilinmektedir. Bu çalışma, tasarım veya imalat aşamalarında yetersiz ankraj boyu uygulaması yapılmış betonarme elemanların iyileştirilmesini hedef almaktadır. Söz konusu kesitin, dışarıdan sargılanması sonucu aderans özeli iklerindeki değişiklikler incelenmiştir. Kesit dışından uygulanacak olan sargılamanın miktar ve mekanik özelliklerinin yanında, beton kalitesi ve donatı çapının da aderans gerilmeleri üzerinde etkisinin olduğu bir gerçektir. Deneysel çalışmada, iki ayrı beton kalitesi ve bu beton elemanlara gerekenden az ve sabit beton örtü kalınlığı ile ankrajlanmış üç farklı donatı çapı kullanılmıştır. Çekme-çekme türü yük çevrimlerine maruz bırakılan donatılarda, aderans gerilmelerindeki iyileştirme iki farklı malzeme (CFRP, GFRP) ve değişik sargılama miktarları için incelenmiştir.

ABSTRACT UPGRADING THE BOND STRENGTH OF REBARS EMBEDDED IN NORMAL STRENGTH CONCRETE BY CFRP CONFINEMENT Erkan AKPINAR Keywords : Bond, Reinforced Concrete, Confinement, Slip, Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). It is assumed that the longitudinal reinforcement yields at failure in members under flexure, in condition that the section is under-reinforced and the anchorage length of the re-bars is sufficient. The slip-out failure of the re-bar or the splitting of the concrete cover leads this assumption to failure. The bond strength between the concrete and the loaded re-bar consists of chemical, frictional and mechanical components. The chemical and frictional components of the bond strength is developed parallel to the re-bar longitudinal axis, while the mechanical bond stress has two components, one being parallel and the other being perpendicular to the ribbed reinforcing bar longitudinal axis. The parallel component of the mechanical bond has a positive effect to increase the bond strength. On the other hand, the perpendicular component has a splitting effect on the perimeter concrete resulting a total loss of bond. Due to the insufficient anchorage length, re-bars either are pulled-out or splits the perimeter concrete. Assuming that the splitting type of failure occurs when the tensile stresses in the perimeter concrete exceeds the tensile strength of concrete, it should either the tensile capacity of the concrete be increased or the exceeding tensile stresses should be carried by a confining reinforcement crossing the probable cracks. It is observed that the effect of conventional hoop reinforcement on the bond strength increase of re- bars is already investigated and empirically formulated. For the cases of error in design or deficiencies in production, where conventional hoop reinforcement can not be used any more for the confining effect, externally applied confinement may well be used to increase the bond strength of the re-bar anchorages. In this study, the upgrading of bond strength in Normal Strength Concrete (NSC) members with FRP confining overlays is studied. Test specimens are produced with two different concrete classes and with three different re-bar diameters. Specimens are confined with CFRP and GFRP sheets to observe the effect of such confinement on the bond performance of re-bars. Specimens are tested under tension-tension type of loading to simulate the reversed cyclic loading to a certain extend. Cover thickness and re-bar spacing is outside the scope of the current investigation. m