Isıl işlem görmüş hasarlı artı kesitli çelik basınç elemanlarının FRP ile güçlendirilmesi

Abstract

Çelik yapı elemanları gerek eğilmede gerekse eksenel basınç yükleri altında yerel burkulma problemleriyle karşı karşıyadırlar. Hasar gören bu elemanların yenisi ile değiştirilmesi yerine ısıl işlem uygulanarak düzeltilmesi mümkündür. Böylece deprem gibi acil durumlarda yerel burkulma gözlenen yapı elemanları hızlı bir şekilde onarılabilir. Ancak elemana uygulanan ısıl işlem, gerek elemanın rijitliğinde azalma meydana getireceğinden gerekse elemanda kalıcı geometrik kusurlar oluşturacağından dolayı geçici bir onarımdır. Bu tezin amacı, çelik yapı elemanlarına uygulanan geçici onarım tekniklerinden biri olan ısıl işlem ile düzeltmenin eleman için kalıcı bir onarım haline dönüştürülebileceğini göstermektir. Yapılan deneysel ve nümerik çalışmalar, ısıl işlem nedeni ile onarım görmüş elemanlarda gözlenen zayıflıkların, elemanlara yapıştırılan fiber takviyeli polimer plakalar ile giderilebildiğini göstermektedir. Deneysel çalışmalarda, iki kenarından mesnetlenerek rijitleştirilmemiş ve üç kenarından mesnetlenerek rijitleştirilmiş çelik plakalar olmak üzere iki tipte deney numuneleri seçilmiştir. Bu deney numuneleri gerçekte çelik profillerin kesitlerinin çelik plakların birleştirilmesi ile oluştuğu düşünülerek seçilmiştir. Bu numuneler üzerine farklı yerleşim düzenlerine sahip FRP plaklar yerleştirilmiştir. Bu şekilde yapılan bir onarım ile ısıl işlem sonrası azalan rijitlik ve dayanım kayıplarını artırmak hedeflenmiştir. Deneyler sonucunda dayanım ve rijitlik artışında en önemli olanın FRP plakaların özelliklerinin değil yapıştırıcının özelliklerinin olduğu görülmüştür. Parametrik çalışmalarda, ilk olarak deneylerden elde edilen sonuçlar doğrulanarak nümerik modeller oluşturulmuştur. Doğrulama işleminden sonra, uygulaması kolay, ekonomik, yeterli dayanım ve rijitliğe sahip deney numunesi seçilerek bu numunenin çelik kesit özellikleri, ve üzerine yerleştirilen GFRP plakanın yerleşim ve boyutları değiştirilerek 200 adet sayısal deney numuneleri hazırlanmıştır. Çalışma sonuçları değerlendirilerek b/t oranına göre değişen yerleşim düzeni önerilmiştir. Deneysel ve parametrik çalışmalar sonucunda ısıl işlem sonrası FRP plakalar yapıştırılarak kalıcı bir onarım ede edilebileceği ve GFRP ile güçlendirilen çelik plakalar için b/t oranına bağlı olan formül üretilmiştir.

Steel structural elements face local buckling problems under both bending and axial compressive loads. It is possible to rectify this buckled element by applying heat treatment method instead of replacing it with a new one. This retrofit process can quickly be performed to repair locally buckled structural elements in emergency situations such as earthquakes. However; heat treatment technique is addressed as temporary retrofit due to the decrease in the stiffness of the original material and the existence of permanent geometrical imperfections implemented in the repaired structural element. Buckling behavior of the repaired element truly will be different from the original element because of these effects. The aim of this study is to prove that heat treatment, being one of the temporary retrofits, can be used as a permanent one. The experimental and numerical studies illustrated the fact that the weaknesses of rectified structural elements due to heat treatment can be overcome by using fiber reinforced polymers. For the experimental purposes, two different types of test samples were selected. While one was fixed through two support, the other one was fixed through three points. In addition, it was considered that these samples were obtained by joining cross sectional-steel profiles with steel plates. Furthermore, FRP plates having different locational arrangements were bonded on these samples. By doing this, it was targeted that the reduced rigidness and strength of the samples resulting from heat treatment could be improved. The outcomes obtained proved that the main factor to increase the rigidness and strength was primarily related to the adhesive rather than physical and mechanical properties of FRP plates. In parametric studies, numerical models were initially established by validating the experimental results. Following, 200 hundred numerical experimental samples were prepared by choosing easily applicable, economical test sample having also enough rigidness and strength. The cross-sectional parameters along with the size and locations of the bonded GFRP plates of this sample were also changed to obtain the samples. The close relationship between b/t ratio and the placement of GFRP plates were introduced through the results obtained. It was shown after experimental and parametric studies that permanent retrofit could be attained by bonding FRP plates after heat treatment. The formulae were further developed based on the b/t ratio for the steel plates strengthened by GFRP.