Effect of mechanical anchorage in heat treated beams retrofitted by cfrp plate

Abstract

Yerel burkulma nedeniyle hasar görmüş çelik kirişler ısıl işlemle geçici olarak onarılabilmektedir. Ancak bu uygulama elemanın yük kapasitesinde azalmaya neden olmaktadır. ısıl işlemi ek olarak, elyaf takviyeli polimer şeritler hasar görmüş yapı elemanlarının iyileştirilmesi için kullanılmaktadır. Bu çalışmanın ilk aşamasında, ısıl işlem görmüş ve Karbon Fiber Takviyeli Polimer (CFRP) levhalarla güçlendirilmiş IPE-80 enkesitli bir kiriş yük altındaki deneysel olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmanın sonucunda CFRP levhalarla yapılan güçlendirmenin yük kapasitesinde belirgin bir artışa neden olduğu, ancak epoksinin erken sıyrılması nedeniyle CFRP'nin dayanımından yeteri kadar yararlanılamadığı gözlenmiştir. Bu amaçla, öncelikle CFRP kumaşların epoksi yardımıyla ısıl işlem görmüş çelik kirişe ankrajı, ve sonraki aşamada ise CFRP malzemenin bulonlar kullanılarak daha kalıcı şekilde hasarlı bölgeye ankre edibilmesiyle çelik kirişlerin dayanımları deneysel olarak araştırılmıştır. Çelik plakalara uygulanan eğilme deneylerinde bulon kullanılarak yapılan güçlendirme ile CFRP kumaştan yapılan ankraj kullanılarak yapılan güçlendirme karşılaştırıldığında, bulonlu ankaraj uygulamasının daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Deneysel çalışmaların üçüncü aşamasında ölçeklendirilmiş IPE80 enkesitli çelik kirişlere üç nokta eğilme deneyi uygulanmıştır. Gerçek boyutlu kirişlerin analizi için deneysel sonuçları sonlu elemanlar modeliyle doğrulandıktan sonra yüksel narinlikli gerçek boyutlu kirişlerde de 35,6'ya dayanımı arttırdığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Hasarlı çelik kirişler, Isıl işlem, Güçlendirme, CFRP, Bulonlu ankaraj

Locally deformed beams and girders can be temporarily repaired by heat treatment but this practice causes decrease in the load capacities of the members. Besides, fiber reinforced polymer strips can be used to gain permanent retrofitting solution for the damaged members. In this study initially, the behavior of a heat treated beam with IPE-80 cross-section strengthened by Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) plates bonded with epoxy is studied. This repair technique is observed to causes a significant increase in load capacity but it is also being recognized that epoxy scatters earlier, which causes premature failure of the CFRP plate. This study suggests the implementation of anchorages through bolts or CFRP fabrics along with epoxy bonding while placing CFRP plates to retrofit the heat treated elements. Preliminary experiments conducted on plates specimen show that using anchorage by employing bolt lead to large increase compared to using anchorage made by CFRP fabric only. Then, scaled steel beams with IPE80 sections are selected and they are subjected to the three-point bending test. In the fınal stage of the study, finite element models are constructed to examine the effects of bolt anchorage on larger specimens. After verification of the finite element model, to obtain the most effective specimen a parametric study is carried out. The experimental and FEM studies determines that additional anchorage provides better bonding and causes the elements to resist larger loads. The practice medium span non-compact section with the highest web slenderness ratio has mostly increased the load capacity of its related Reference beam (35.6 %) compared to its other counterparts. Keywords: Locally damaged beams, Heat treatment, Repair, CFRP, Bolt Anchorage