Hibrit donatı ve FRP sargı ile optimum şekilde güçlendirilen betonarme kolonların basınç performansının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the compressive performance of reinforced concrete columns optimally strengthened with hybrid rebar and FRP wrap
- Tez No: 1024705
- Danışmanlar: PROF. DR. HABİB UYSAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekanik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu çalışmada, cam fibertakviyeli polimer (GFRP) tüp kullanılarak üretilen hibrit donatı sistemlerinin betonarme kolonların eksenel basınç davranışı üzerindeki etkilerini deneysel ve nümerik yöntemlerle incelemek ve topoloji optimizasyonunun kolonların taşıma kapasitesi ile malzeme kullanım verimliliğine katkısını değerlendirmektir. Yöntem: Çalışma kapsamında, GFRP tüplerin içlerinin harç ile doldurulmasıyla hibrit tüpler ve bu tüplerin merkezine çelik donatı yerleştirilerek hibrit donatı sistemleri oluşturulmuştur. Daha sonra belirlenen konfigürasyonlara uygun olarak 150 × 150 × 350 mm boyutlarında kolonlar üretilmiştir. Üretilen kolonlar, dıştan karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) ile sargılanmış ve sargısız olmak üzere iki farklı grupta değerlendirilmiştir. Kolonların eksenel basınç yükü altındaki taşıma kapasiteleri ile hasar mekanizmaları deneysel olarak incelenmiştir. Ayrıca hibrit donatı sistemleri ve dıştan CFRP sargı uygulamalarına ilişkin topoloji optimizasyonları ANSYS Workbench 2021 R1 yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen optimize edilmiş geometriler doğrultusunda kolon numuneleri yeniden üretilmiş ve bu kolonların eksenel basınç yükü altındaki taşıma kapasiteleri ile hasar mekanizmaları, optimize edilmemiş kolonlarla karşılaştrılımıştır. Bulgular: Deneysel ve nümerik analizler sonucunda, hibrit donatı kullanılan kolonların geleneksel betonarme kolonlara göre daha yüksek taşıma kapasitesi ve daha dengeli yük–deplasman davranışı sergilediği, dıştan CFRP ile sargılanan numunelerde ise betonun yanal deformasyonunun sınırlandırılmasıyla taşıma kapasitesi ve sünekliğin arttığı gözlenmiştir. Nümerik analizlerden elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla uyum göstermiş, oluşturulan sonlu eleman modellerinin kolon davranışını başarılı bir şekilde temsil ettiği belirlenmiştir. Topoloji optimizasyonu sonucunda elde edilen modellerde yük taşıma kapasiteleri büyük ölçüde korunurken malzeme kullanımında iyileşme sağlanmıştır. Sonuç: Çalışma sonucunda hibrit donatı sistemlerinin ve CFRP sargının kolonların taşıma kapasitesi ile sünekliğine genel olarak olumlu katkı sağladığı belirlenmiştir. Deneysel ve nümerik analizler arasında elde edilen uyum, geliştirilen sonlu eleman modelinin güvenilirliğini ortaya koymuş ve topoloji optimizasyonu uygulamalarının verimli malzeme kullanımına katkı sağladığını göstermiştir. Elde edilen bulgular, hibrit donatı sistemleri ile topoloji optimizasyonunun birlikte kullanılmasının betonarme kolon tasarımında hem yapısal performansın artırılması hem de malzeme kullanımının optimize edilmesi açısından uygulanabilir ve umut vadeden bir yaklaşım olduğunu ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Purpose: The aim of this study is to investigate the effects of hybrid reinforcement systems incorporating glass fiber-reinforced polymer (GFRP) tubes on the axial compressive behavior of reinforced concrete columns through both experimental and numerical methods, and to evaluate the contribution of topology optimization to the load-carrying capacity and material-use efficiency of the columns. Method: In this study, hybrid tubes were fabricated by filling GFRP tubes with mortar, and hybrid reinforcement systems were developed by placing steel reinforcement at the center of these tubes. Subsequently, reinforced concrete columns with dimensions of 150 × 150 × 350 mm were fabricated according to the predetermined configurations. The specimens were classified into two groups: unconfined columns and columns externally confined with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP). The axial load-carrying capacities and failure mechanisms of the columns under axial compression were investigated experimentally. In addition, topology optimization of the hybrid reinforcement systems and externally applied CFRP confinement was carried out using ANSYS Workbench 2021 R1. Based on the optimized geometries, a new series of column specimens was fabricated, and their axial load-carrying capacities and failure mechanisms under axial compression were compared with those of the non-optimized specimens. Findigs: The experimental and numerical results demonstrated that the columns incorporating hybrid reinforcement systems exhibited higher load-carrying capacities and more stable load–displacement responses than conventional reinforced concrete columns. Furthermore, the specimens externally confined with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) exhibited enhanced load-carrying capacity and ductility due to the restriction of the lateral deformation of the concrete. The numerical results showed good agreement with the experimental findings, confirming that the developed finite element models accurately represented the structural behavior of the columns. Moreover, the topology-optimized models maintained their load-carrying capacities to a large extent while achieving improved material-use efficiency. Results: The results of this study indicate that the use of hybrid reinforcement systems and CFRP confinement generally enhances the load-carrying capacity and ductility of reinforced concrete columns. The close agreement between the experimental and numerical results confirms the reliability of the developed finite element model and demonstrates that topology optimization contributes to more efficient material utilization. Overall, the findings suggest that the combined application of hybrid reinforcement systems and topology optimization represents a feasible and promising approach for improving the structural performance of reinforced concrete columns while optimizing material usage.
Benzer Tezler
- Kemalpaşa etlik piliç işletmelerinin teknik ve ekonomik yönden incelenmesi
Başlık çevirisi yok
HAYRİ TUNA YÜKSELEN
- Rana ridibunda (anura-ranidae) kompleksi üzerinde morfolojik, serolojik ve ekolojik araştırmalar
Başlık çevirisi yok
HÜSEYİN ARIKAN
- Beyaz yumurtacı yerli otoseks hibritlerin elde edilmesinde ikili ve dörtlü melezleme yöntemlerinin karşılaştırılması
Başlık çevirisi yok
MUSA SARICA
- Konikal horn antenler
Başlık çevirisi yok
SALİH CÜCE
Yüksek Lisans
Türkçe
1989
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. H. ERGUN BAYRAKÇI