Eğilmeye karşı FRP kompozitler ile güçlendirilen betonarme kirişlerin sonlu eleman yöntemi ile analizi

Abstract

Bu çalışmada, eğilme yüküne karşı Elyaf Takviyeli Polimer (FRP) kompozitler ile güçlendirilmiş betonarme kirişlerin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi üzerine çalışılmıştır. Yetersiz eğilme ve kesme donatısı kullanılarak üretilen dikdörtgen kesitli betonarme kirişlerde, düşük dayanımlı beton, tek doğrultulu karbon ve cam kumaşlar kullanılmıştır. Karbon ve Cam Elyaf Takviyeli Polimer (CFRP ve GFRP) kompozitler enine ve boyuna doğrultularda yönlendirilerek kirişler U şeklinde güçlendirilmiştir. Dört nokta eğilme testi ile test edilen kirişlerin eğilme davranışları tespit edilerek Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) ile doğrulama çalışması yapılmıştır. SEM programında istenen parametreler, deneysel çalışmalardan, literatürden, modellemede yaygın olarak kullanılan bazı temel formüllerden elde edilmiştir. Çözüm ağı boyutu ve şekli, Dilasyon Açısı (DA), viskozite parametreleri ve araştırmacıların önerdiği bazı modeller kullanılarak betonarme kiriş numunelerinin davranışları SEM analizleri ile doğrulanmaya çalışılmıştır. Yük ve sınır şartları deneysel çalışmadaki gibi modele tanımlanmıştır. Betonarme kontrol kirişinin yük- sehim davranışı SEM analizi ile doğrulanarak FRP kompozitler ile güçlendirilmiş kirişlerin modeline geçilmiştir. SEM paket programına FRP kompozitler kabuk eleman olarak kirişin yüzeylerine tanımlanmıştır. Kirişlerin SEM analiz sonuçları deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Modellenen betonarme kiriş numunemi üzerinde sadece güçlendirme şekilleri değiştirilerek veya güçlendirme şekilleri değiştirilmeden sadece boyuna ve enine donatılar değiştirilerek parametrik çalışma yapılmıştır. SEM analizlerinden elde sonuçlara göre çözüm ağı boyutu ve şekli DA ve viskozite gibi model parametreleri, betonarme kirişin davranışını önemli ölçüde etkilediği tespit edilmiş ve betonarme kirişler için en uygun parametreler tespit edilmiştir. CFRP ve GFRP ile güçlendirilmiş kirişlerin eğilme davranışları SEM analizleri ile iyi bir yakınsama ile doğrulanmıştır. Ayrıca güçlendirilmiş kiriş yük taşıma kapasitesi ve sehim değeri SEM analizi ile de doğrulanmıştır. SEM ile yeni deney numuneleri üretilerek güçlendirmeye etkiyen parametreler tespit edilmiştir.

In this study, the behaviour of reinforced concreted beams strengthened with fiber Reinforced Polymer (FRP) composites is modelled by using finite element method under Flexural loads. Rectangular cross section reinforced concrete beams obtained by using low strength concrete, insufficient bending and shear reinforcement are strengthened using U shaped carbon and glass fiber (CFRP and GFRP) fabrics in transverse and longitudinal directions. The Flexural behaviour of the beams is determined by the four-point bending experiment and verified using Finite Element Method (FEM). The parameters required in the FEM program were obtained from experimental studies, literature and some basic formulas commonly used in modelling. Model parameters, such as mesh size, geometric shape, dilation angle and viscosity and some models proposed by researchers are used to confirm reinforced concrete beam samples behaviour by FEM numerical analysis. Load and boundary conditions are defined like the experimental studies. The load-displacement behaviour of the control RC beam was confirmed by FEM analysis and the model of strengthened beams with FRP composites was introduced. FRP composites in FEM program are defined as shell elements on surfaces of the beam. The FEM results were compared with the experimental studies. parametric studies are carried out by only changing the shape of retrofit or by only changing longitudinal and transverse reinforcement while keeping the retrofit shape fixed. According to the FEM analysis results, model parameters, like mesh size, geometric shape, dilation angle and viscosity have significant effect on the reinforced concrete beam behaviour, and the most suitable parameters have been determined. The flexure behaviour of RC beams strengthened by CFRP or GFRP was confirmed by a good convergence with FEM analysis. In addition, the strength capacity and deflection values of RC beams were confirmed by the FEM analysis. By using the FEM models, new numerical samples were produced and the parameters affecting the strengthening were determined.