FRP elemanlarla güçlendirilmiş hasarlı betonarme kirişlerin doğrusal olmayan sonlu elemanlar yöntemiyle analizi

Abstract

Betonarme kirişlerin, dıştan Fiber Takviyeli Polimer malzemelerle güçlendirilmesi, güçlendirmede etkin bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Yöntem, FRP malzemesinin, yüksek dayanım-ağırlık oranı, iyi korozyon direnci, farklı kesitlere kolayca uygulanabilirlik avantajlarından dolayı yapı mühendisliğinde sıkça kullanılır olmuştur. Yöntemin kirişler üzerindeki etkileri araştırmak üzere son 30 yıldır gerek deneysel gerekse nümerik olarak birçok çalışma yapılmıştır. Hasarlı kirişlerin güçlendirilmesi üzerine yapılan deneysel ve nümerik çalışmalar çok az ve yetersiz kalmıştır.Bu tez çalışmasında hasarlı kirişlerin nümerik olarak modellenebilmesi için çatlak varlığını dikkate alan bir sonlu elemanlar modeli önerilmiştir. Bu amaçla öncelikle hasarsız yalın kirişlerin nümerik modeli için altyapı hazırlanmış uygun modelleme tekniği ve malzeme modelleri belirlendikten sonra 2. aşama da hasarsız ve güçlendirilmiş kirişlerin modellemesi yapılmıştır. Önerilen modelin doğruluğu farklı laboratuar deneyleriyle test edildikten sonra 3. aşamada hasarlı kirişlerin modellemesine geçilmiştir. Literatürden elde edilen farklı hasar derecelerine sahip güçlendirilmiş kirişlerin modellenmesinde, deneylerde gözlenen çatlak varlıkları dikkate alınmıştır.Çatlaklar kirişlerde geometrik boşluklarla temsil edilmiş, uygun çatlak boyu, çatlak genişliği ve aralığının belirlenmesi için parametrik çalışmalar yapılmıştır. Son aşamada ise elde edilen çatlaklı kiriş modelinin farklı özellikteki kirişlerde dayanım gücüne etkisini araştırmak üzere 192 adet kiriş elemanı türetilmiştir. Çatlaklı ve çatlaksız kirişlerle yapılan analizlerle kirişlerin dayanım gücündeki azalım faktörü incelenmiştir. Uygulanan yöntemde, çatlak varlığının dikkate alınmasıyla moment kapasitesinde bir düşüş gözlemlendiği ve bu değerin d/b>1 olan kirişlerde önemli farklar ortaya çıkardığı anlaşılmıştır.

The use of externally bonded Fiber Reinforced Plastics for strengthening of reinforced concrete beams has become an effective method. This method is used because of the material properties of FRP materials such as their high strength-to-weight ratio, good corrosion resistance, and easy to apply. Many studies on this theme have been carried out in the last 30 years either numerically or experimentally. Even at the level of experiments, most studies on FRP-rehabilitation have been conducted on virgin, uncracked specimens, providing an estimate of ultimate strengthening capacity but neglecting important effects of defects due to existing damage and very little effort have focused on behavior of damaged beams.In this study a finite element method which takes into consideration of crack existence has been proposed. At the first stage of the study proper material models and techniques determined for the finite element analysis of virgin uncracked beam. After the verification of this model with laboratory studies from literature, at the second stage, virgin uncracked and strengthened beam model has been established. Satisfying this model with the different strengthened four point bending beam test results at the third stage damaged and cracked beams are modeled. With this purpose cracks are inserted discreetly as geometrical discontinuities to the beams as observed at the laboratory tests. Reasonable crack widths, lengths and intervals are investigated with parametric studies. At the last stage a series of parametric studies has been carried out to understand the specific performance ranges of proposed cracked beam model on 192 beams which has different cross section, length and concrete properties. It is well understood that proposed crack model are effective on beams moment capacity and the beams in which has d/b>1 has fairly less moment capacity than uncracked beams.