Nano partikül takviyeli kompozit malzemelerle yığma kemerlerin güçlendirilmesi

Abstract

İnşaat mühendisliğinin ilk uygulama örneklerinden sayılan yığma yapılar tarih öncesi çağlara kadar uzanan bir mühendislik geçmişine sahiptirler. İnsanlığın ortak mirası olarak kabul edilen bu yapıların doğru tekniklerle korunması ve gelecek kuşaklara güvenle devredilmesi günümüzde evrensel bir konu haline gelmiştir. Teknolojideki ilerlemelere paralel olarak geleneksel güçlendirme yöntemlerinin yetersiz kaldığı bir çok durum için bilimsel bulgularla ve uygulamalarla güvenilirliği kanıtlanmış yeni güçlendirme malzemeleri ve restorasyon yöntemleri tercih edilmeye başlanılmıştır. Özellikle son yıllarda farklı mühendislik özelliklerine sahip kompozit malzemelerin üretilmesi ve restorasyon çalışmalarında güçlendirme elemanı olarak kullanılması büyük oranda artış göstermiştir. Bu tez çalışmasında, normal prepreg (NP) kompozitler ve nano partikül (grafen nano platelets) takviyeli prepreg (NPTP) kompozitler üretilerek yığma kemerlerin bu yeni malzemeler ile güçlendirilmesi üzerinde durulmuştur. Bu amaçla laboratuvar ortamında aynı malzeme ve geometriye sahip farklı yığma kemer yapılmış ve üretilen kompozit malzemeler yardımıyla yığma kemerler alttan, üstten, alttan ve üstten ve parçalı olmak üzere dört farklı şekilde güçlendirilmiştir. Güçlendirme çalışmalarında kemerler iki gruba ayrılmış ve kemerlerin yarısı NP kompozitlerle diğer yarısı ise NPTP kompozitlerle aynı şekilde güçlendirilmiştir. Güçlendirme çalışmaları tamamlandıktan sonra, kemerler üzerinde statik ve dinamik analizler yapılarak güçlendirme elemanlarının etkileri ayrı ayrı araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında, NP ve NPTP kompozitlerin tüm güçlendirme türlerinde kemerlerin taşıma gücünü ve frekanslarını arttırdığı ve güçlendirilen kemerlerin enerji sönümleme oranlarının arttığı belirlenmiştir. Ayrıca, statik ve dinamik açıdan NPTP kompozitlerin NP kompozitlere nazaran yığma kemerler üzerinde daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Prepreg kompozitler, nano partiküller, grafen, Horasan harcı, yığma kemerler, yığma yapıların güçlendirilmesi, sonlu elemanlar yöntemi.

Being the first examples of civil engineering structures, masonry structures have an old background of engineering that goes back to the pre-historical ages. Those structures are accepted as the common heritage of humanity and the protection of these structures with the right techniques and the safe delivery to the next generations is a global issue of today. In parallel with the technological advancements, several new reinforcement materials and restoration methods have been developed for the cases where traditional reinforcement techniques are insufficient. Especially, the production of composite materials, which have different engineering properties and the use of those materials as a reinforcement material in the restoration studies, has considerably increased over the last years. In this study, the production of nano particle (graphene nano platelets) reinforced prepreg (NPTP) composite and normal prepregs (NP) composite and the reinforcement of the masonry arches by those prepregs has been the main focus. For this reason, different masonry arches have been produced in the laboratory and masonry arches have been reinforced in four different configurations, at their intrados, extrados, intrados and extrados, local. In the strengthening studies, the arches have been divided into two groups and one group is strengthened with NPTP composites while the other group is strengthened with NP composites. The static and dynamic analyses have been conducted and the impacts of the reinforcement elements have been investigated right after the completion of reinforcement studies. The findings of the study show that in all strengthening configurations, the frequencies, the load bearing capacities, and the rate of energy dissipation were increased with the prepreg composites. NPTP composites have shown better results compared to the NP composites on the masonry arches. Moreover, these two new materials have been proved to be very efficient in terms of reinforcement especially in the restoration studies.Keywords: Prepreg composites, nano particles, graphene, horasan mortar, masonry arches, strengthening of masonry structures, finite element analysis