Using fiber reinforced polymer composites in bridge structures

Abstract

Fiber takviyeli polimer (FRP) kompozitler, daha yüksek dayanım ve rijitlik, daha büyük yorulma dayanımı ve enerji yutma kapasitesi, korozyona, yangına, mikroorganizmalara, böcekler ve diğer zararlılara karşı daha iyi dayanım, daha düşük kurulum, işletim ve bakım maliyetleri açısından yapısal sistemlerde kullanılan çelik takviyeli beton (SRC) gibi konvansiyonel malzemelerin yerine geçme potansiyeline sahip bir malzemedir. Araştırmacı, bu tez çalışmasında birçok inşaat sistemlerinde FRP kompozit uygulamalarının geliştirilmesi üzere odaklanmıştır. Bu yeni güçlü malzemeden yararlanan büyük inşaat alanlarından biri de karayolu yapılarından biri olan köprülerdir. Bu tez çalışmasında ilk olarak köprü tipi yapılardaki FRP kompozitlerin halihazırdaki yapısal uygulamalarını gözden geçirilmekte ve köprü uygulamalarındaki FRP nin avantajları incelenmektedir. Bu araştırmada köprüde kullanılan malzemelerin davranışı ve performansını simüle etmek için sonlu elemanlar analiz programı kullanılmıştır. Yazar, köprü mühendisliğinde kullanılan FRP kompozit malzeme çeşitleri ve bunların kullanım özellikleri, köprüelemandaki uygulamaları ve betonarme ile öngerilmeli beton köprü kiriş ve kolonlarının rehabilitasyonu uygulamaları üzerinde yoğunlaşmış. Son olarak FRP ve konvansiyonel malzemeler ile yapılmış köprülerin tasarımı, analizi ve yapısal bileşimleri karşılaştırmalı olarak incelemiştir. Sonuç olarak, FRP ile yapılmış bir köprü daha sürdürülebilir görünmekte ve önemli miktarda maliyet tasarrufu sağlamaktadır.

Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have the potential to replace conventional materials such as steel or concrete in infrastructure systems, owing to their higher specific strength and stiffness, greater fatigue strength and energy absorption capacity, better resistance to corrosion, fire, attacks from microorganisms, insects, and other pests, and lower installation, operation, and maintenance costs. Researchers have been focusing on developing FRP composites for applications of many civil infrastructure systems. One major area benefitting from this new powerful innovation is the highway infrastructure like bridges. This study first reviews current structural applications of FRP composites in bridge structures, and describes advantages of FRP in bridge applications. Finite element analysis program was used to simulate the behavior and performance of the material on the bridge in this study. The authors focused on the type of FRP composite materials used in bridge engineering, their in-service properties and their applications in bridge enclosures and the rehabilitation of reinforced and pre-stressed concrete bridge beams and columns. The thesis finally presents the structural components, design and analysis of FRP bridge as well as comparison with that made from conventional material. The FRP bridge appears to be more sustainable and offers a life saving cost of bridges.