Dolgu duvarlı betonarme çerçevelerde karbon lifler kullanılarak güçlendirme

Abstract

ÖZET Betonarme çerçevelerde kullanılan dolgu duvarlar genel olarak hesaplarda yapısal olmayan elemanlar olarak hesaba katılırlar. Halbuki dolgu duvarlar hem kütle hem de yatay rij itlik açısından yapı davranışında etkilidir. Yüksek lisans tezi olarak sunulan bu çalışmada, dolgu duvarların ve karbon lif ile güçlendirilmiş dolgu duvarların betonarme çerçeve davranışına etkilerinin bulunması ve betonarme çerçeve sistemlerin malzeme bakımından doğrusal olmayan çözümlemesinin bir bilgisayar programı yardımıyla yapılması amaçlanmıştır. Bu çalışmada, çıplak çerçeve, dolgu duvarlı çerçeve ve karbon lif ile güçlendirilmiş dolgu duvarlı çerçeveden oluşan üç ayrı numune üzerinde yük artımı yöntemi uygulanarak elde edilen sonuçlar kuramsal çözümlemeden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmasından oluşmaktadır. Bu kapsamda çalışma altı ana bölümü içermektedir. Birinci bölümde, depreme dayanıklı yapı tasarımı ve çalışmanın amacı ve kapsamı hakkında bilgi verilmiştir. ikinci bölümde, betonarme çubukların doğrusal olmayan davranışı incelenmiştir. Betonarme çubukların iç kuvvet-şekildeğiştirme bağıntılarında etkili beton ve donatı davranışları hakkında bilgi verilmiş ve betonarme kesitler için akma koşullan ve moment-eğrilik bağıntısı ve bu bağıntının idealleştirlimesi hakkında ayrıntılı bilgi verilmiştir. Kuramsal çalışmada kullanılacak olan moment-eğrilik bağıntısının bulunması amacıyla M-KAPA isimli bir bilgisayar programından faydalanılmıştır. Bu programda kullanılacak olan sarılmış betona ait gerilme-şekildeğiştirme ilişkisi için Saatçioğlu-Ravzi sarılmış beton modeli ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Üçüncü bölümde, dolgu duvarlarının modellenmesi hakkında bilgiler verilmiştir. Dolgu duvarlarım temsil etmek için kuramsal modelde eşdeğer sanal çubuk modeli dikkate alınarak bu modelin ayrıntıları ve eşdeğer sanal çubuğa ait bazı büyüklüklerin bulunması için çeşitli araştırmacılar tarafından önerilen bağıntılar anlatılmıştır. Ayrıca dolgu duvarlara uygulanan çapraz karbon lif takviyesinin kuramsal modelde temsili için de kullanılan bağıntılara yer verilmiştir. Dördüncü bölümde, dolgu duvarlar ve karbon lif ile güçlendirilmiş dolgu duvarlarının yapı davranışına etkilerinin anlaşılması amacıyla yapılan bir grup deney anlatılmıştır. Numunelerin özellikleri, üretim aşamaları, deneyde kullanılan yükleme sistemi, veri toplama sistemi ve beton, donatı, harç gibi malzeme deneyleri bu bölümde ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Öncelikle dolgu duvarlarının çerçeve sistem içerisinde nasıl davranacağının bulunması ve yük taşıma kapasitelerinin önceden anlaşılabilmesi için her çerçeve içindeki dolgu duvarı temsil eden dolgu duvarlar oluşturulmuş ve bunlarla basit kayma deneyleri uygulanmıştır. Bu basit kayma xvıdeneylerinden elde edilen sonuçlar kuramsal çalışmada dolgu duvarı karakteristikleri olarak kullanılmıştır. Çerçeve deneyleri için, iki katlı tek açıklıklı üç adet betonarme çerçeve tekrarlı yatay yükler altında, yerdeğiştirme kontrollü olarak denenmiştir. Bunlardan birinci numune dolgu duvarsız yanı çıplak çerçeve, ikinci numune dolgu duvarlı çerçeve, üçüncü numune ise karbon lif ile çapraz olarak güçlendirilen çerçeveden oluşmaktadır. Beşinci bölümde, deneysel olarak çalışılan numunelerin kuramsal olarak incelenmesini içermektedir. Bunun için, SAP2000 adlı bilgisayar programın yardımıyla, denenen betonarme çerçeve numunelerinin matematiksel modelleri oluşturulmuş ve daha sonra yük artımı yöntemi uygulanmıştır. Altıncı bölümde, elde edilen deneysel ve kuramsal sonuçlar karşılaştırılarak sonuçlar grafikler halinde gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlardan bazıları kısaca aşağıdaki gibidir: Dolgu duvarlı çerçevenin yanal rijitliği ve dayanımı çıplak çerçeveye göre önemli derecede büyümektedir. Karbon lif ile güçlendirme sonucunda dolgu duvar köşe kırılmaları ve çapraz çatlaklar dolgu duvarın tamamına yayılarak, hasarın belirli bölgelerde toplanması önlemektedir. Bu sayede dolgu duvarın tümden göçmesi engellenmektedir. Dolgu Duvarlar yatay yük taşıma kapasitesini çıplak çerçeveye göre yaklaşık 4 kat arttırmaktadır. Karbon lif takviyesi ise yatay yük taşıma kapasitesini dolgu duvarlı çerçeveye göre yaklaşık 1.3 kat arttırmıştır. Karbon lif ile güçlendirme, uygulamanın kolaylığı ve yapı kullanım alanının olumsuz etkilenmemesinden dolayı büyük bir avantaja sahip olmaktadır. Bu sayede yapılar boşaltılmadan yapının depreme karşı güçlendirilmesi sağlanabilmektedir. Yeni deprem yönetmeliğinin 1. taslak çalışmasında da karbon lif ile güçlendirmeye yer verilmiş olması gösteriyor ki karbon lif kullanımı önümüzdeki dönemde daha yaygın bir şekilde güçlendirme alanında karşımıza çıkacaktır. XVII

RETROFITTING OF INFILLED RC FRAMES WITH CARBON FIBER REINFORCED POLYMER (CFRP) SUMMARY Infill walls being used in reinforced concrete frames are generally considered as non structural elements. In fact, infill walls are effective in building behaviour with regards to both mass and lateral stiffness. In this study which is being presented as a master's thesis, it is aimed to find out the effects of infill walls and retrofitted infill walls with carbon fibre on the response of reinforced concrete frame. The non-linear analysis of reinforced concrete frames have been performed by means of a computer program. The results of the experimental study which consists of bare frame, infilled frame and retrofitted infilled frame with carbon fiber are compared with the results of the theoretical analysis. In this context, the study includes six main chapters. In the first chapter, the general information is given on the designing of earthquake resistant buildings. The purpose and scope of the study are also given in this chapter. In the second chapter, non-linear behaviours of reinforced concrete members are examined. Detailed information is given on the behavior of concrete and steel. Moment-curvature relationship and idealization of it has been discussed in this chapter in detail. A computer software called M-KAPA has been used for the purpose of obtaining moment-curvature relationships of the reinforced concrete cross sections. Saatcioglu-Razvi confined concrete model has been used for the determination of moment-curvature relationships of reinforced concrete sections. In chapter three, information is given on the modelling of infill walls. Consideration of equivalent strut model in the theoretical model, details of this model and parameters proposed by various researchers for the determination of some characteristics of equivalent strut model have been recounted. The equations for the represantion of retrofitted infill wall with carbon fiber is also included in this chapter. In chapter four, a series of experimental work has been conducted to evaluate the effectiveness of infill wall and carbon fibre reinforced infill wall on the behaviour of building type structure. Characteristics of the specimens, production stages, loading system employed in the tests, data collection system and material tests like those on concrete, steel, plaster have been explained elaborately in this chapter. First of all, infill wall specimens have been formed and simple shear tests have been applied on them in order to find out how infill walls will behave within the frame system and to xvmperceive their capacity to bearing loads. Conclusions obtained from these simple sliding tests have been used as infilled wall characteristics in the theoretical study. As for the frame tests, three reinforced concrete frames of two story and single span have been tested under the reversed static loads. The control mode of the tests is displacement control. The first of these specimens is a bare frame, while the second one is infilled frame, and the third is the infilled frame retrofitted with carbon fibre. Chapter five covers the theoretical examination of the tested specimens. For this purpose, mathematical models of the tested reinforced concrete frames are prepared using the very well known computer program SAP2000. Nonlinear static analysis has been conducted for all the specimens. In chapter six, through comparison of derived experimental and theoretical conclusions, results have been portrayed in graphics. Some of the derived conclusions are briefly as below: Lateral stiffness and strength of the infilled frame is significantly bigger than those of corresponding bare frame. As a result of retrofitting with carbon fibre, infill wall corner crushing and diagonal cracking can be spread over the entire wall, thus it is prevented from being concentrated in certain regions. Infill wall increases approximately four times the lateral load carrying capacity of the reinforced concrete bare frame. On the other hand, carbon fibre reinforcement increases almost 1.3 times the lateral load carrying capacity of infilled frame. Carbon fibre reinforcement has several advantages such as convenience of the application and the fact that building utilisation area is not negatively effected. Therefore buildings can be retrofitted against earthquake effects without evacuation. Also, with the inclusion of FRP in first draft of the new earthquake regulation, it is expected that FRP utilisation for the retrofitting of existing buildings will increase in the near future. xix