Beton dayanımı düşük betonarme yapı elemanlarının lifli kompozitlerle güçlendirilmesi ve karşılaştırılması

Abstract

Son yıllarda yaşanan depremlerde oluşan can kayıpları ve hasarlar, mevcut yapı stokunun olası depremlere karşı yeterli güvenliğe sahip olmadığını ve güçlendirmeye gereksinim duyabileceklerini ortaya çıkarmıştır. Bu güçlendirme ihtiyacı, yapıların kullanım amacı ve servis yüklerinin değişmesi, projelendirme ve uygulama hataları, donatı yetersizliği, düşük dayanımlı beton kullanımı, depremlerin vermiş olduğu zararlar, yapının zamanla dayanıklılığını kaybetmesi ve mevcut standartlar ve yönetmeliklerdeki değişiklikler gibi nedenlerle oluşabilmektedir. Bu çalışmada; Türkiye’deki mevcut yapılarda yaygın olarak karşılaşılan ve güçlendirilmeye ihtiyaç duyulan betonarme elemanlardaki düşük dayanımlı betonlar dikkate alınmış ve bu tür elemanların güçlendirilmesinde CFRP kompozitler yerine GFRP kompozitlerin etkin bir şekilde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, deneyler üç farklı modelde kurgulanmıştır. İlk deney modelinde, üç farklı basınç dayanımında üretilen deney numuneleri, ikinci deney modelinde C16/20 kalitesinde üretilen betonarme kirişler ve üçüncü deney modelinde ise laboratuvar ortamında eğilme ve kesme hasarına uğratılmış betonarme kirişler CFRP ve GFRP ile güçlendirilerek test edilmiştir. Deney elemanlarının taşıma gücü, süneklikleri, deformasyon yapma ve enerji yutma kapasiteleri incelenmiştir. FRP’lerle güçlendirilen numunelerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve elemanların güçlendirilmesinde CFRP yerine daha ekonomik olan GFRP kompozitlerin kullanılabilirliği araştırılmıştır. FRP kompozitlerle güçlendirilen düşük dayanımlı beton numunelerin yük taşıma ve şekil değiştirme kapasitelerinde önemli artışlar olduğu belirlenmiştir. Betonarme kirişler üzerinde yapılan çalışmada ise, GFRP ile güçlendirilen betonarme kirişlerin CFRP ile güçlendirilen betonarme kirişlere göre eğilme ve kesme dayanımları kısmen düşük olmasına rağmen süneklik ve enerji yutma kapasiteleri oldukça yüksek olduğu belirlenmiştir. Epoksi enjeksiyonu ile onarılan hasarlı betonarme kirişlerin de GFRP ile etkili bir şekilde güçlendirilebileceği tespit edilmiştir. Cam elyafın daha ekonomik olması, yerli olarak üretilebiliyor olması, şekil değiştirme kapasitesinin daha yüksek olması gibi avantajlar da dikkate alındığında düşük dayanımlı beton kullanılarak üretilen betonarme elemanların güçlendirilmesinde GFRP kompozitlerin çok daha etkin bir şekilde kullanılabileceği açıktır.

The loss of lives and damages caused by the recent years earthquakes revealed the fact that the existing building stock did not have sufficient safety against earthquakes, hence, may need to be strengthened. The need to strengthen emerges due to changes in the intended use of structures and service charges, design and implementation errors, lack of reinforcement, the use of low-strength concrete, damages caused by earthquakes, loss of strength of the structure in time, changes to the current standards and regulations. In this study, low-strength concretes commonly encountered in existing reinforced concrete buildings in Turkey were taken into account and the effective use of GFRP composites instead of CFRP were investigated for the strengthening of these structures. For this purpose, the experiments were carried out through three different models. While test specimens produced under three different compressive strength were tested by the first experimental model, reinforced beams produced with the quality of C16/20 concrete were tested in the second model. In the third experiment, damaged reinforced concrete beams formed under laboratory conditions by using bending - shearing forces and strengthened with CFRP and GFRP materials were tested. The test specimens were investigated in terms of their bearing capacity, ductility, energy absorption and deformation capacity. The results obtained from the samples strengthened with FRP were compared and the utility of GFRP composites more economical than CFRP composites were investigated with regard to strengthening elements. The results obtained from the samples strengthened with FRP were compared and the utility of GFRP composites more economical than CFRP composites were investigated with regard to strengthening elements. Although concrete beams reinforced with GFRP had relatively low flexural and shear strength compare to reinforced concrete beams strengthened with CFRP, their ductility and energy absorption capacity were higher. It was also found that the damaged reinforced concrete beams repaired with epoxy injection could be effectively strengthened with GFRP. As the Glass Fiber is more economic, produced locally and has higher capacity of strain, the GFRP composites should be used much more efficiently in the strengthening of reinforced concrete structures constructed with low-strength concrete.