Use of carbon fiber layers and steel plates to repair fatigue damage at the rib-to-rib butt-welded connections of orthotropic steel deck under fatigue loading
Yorulma tipi yüklemeye maruz orthotropik çelik tabliyelerin uç uca kaynaklı boyuna kirislerindeki yorulma hasarlarının karbon fiber takabakalar ve çelik levhalarla tamiri
- Tez No: 645014
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH ALEMDAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Orthotropik çelik köprü tabliyeleri ölü ağırlığın önemli bir faktör olduğu büyük açıklıklı köprülerde sıklıkla kullanımaktadır. Son bir kaç on sene zarfında bu tip tabliyelerde özellikle kaynak bölgelerinde çatlaklarla sıklıkla karşılaşılmaya başlanmıştır. Çatlak gelişiminin en büyük nedenlerinden birisinin ağır taşıt yükleri altında tabliyenin yeterli rijitliğe sahip olmaması dolayısıyla özellikle kaynak bölgelerindeki gerilme yığılmaları olduğu düşünülmektedir. Literatürde bu yapıların bu tip hasarları üzerindeki çalışmalar sınırlıdır. Bu çalışma kapsamında trapezoidal kesitli körü kirişleri üzerindeki enine birleşim kaynaklarının tekrarlı yükler altında ilerlemesi hem deneysel hem de nümerik olarak çalışılmış ve bunların tamiri için iki yöntem önerilmiştir. Yöntemlerin ilki karbon fiberle güçlendirilmiş polimer (CFRP) esaslı olup diğeri ise kiriş gövdesine açılan delikler vasıtasıyla ekstra çelik levhaların kirişse bulonlanarak eklenmesine dayanmaktadır. Uygulanan tamir tekniklerinin temel amacı özellikle varolan çatlaklar çevresindeki gerilme değerlerini düşürmek ve dolayısıyla servis ömrünü artırmaktır. Öncelikle test düzeneği statik yükleme aldında alınan strain gage okumaları ve karşılıklı sonlu eleman analizleri ile doğrulanmıştır. Daha sonra trapezoidal kesit bir ilk çatlak oluşacak şekilde kesilmiş ve tekrarlı yüklere maruz bırakılmıştır. Bu deneylerde numune tamamen güç tükenmesine ulaşana kadar dinamik rijitliği ve toplam çatlak uzunluğu karşılık gelen tekrar sayısıyla kayıt altına alınmıştır. Boyama tekniği ve dinamik rijitlik ölçümleri ile çatlağın ilerlemesi izlenmiştir. CFRP ve çelik levha teknikleri ayrı ayrı numunelere uygulanarak tekrarlı testlere devam edilmiştir. Bunlar sonucunda tamir edilmiş numunelerin AASHTO kategorisinde sonsuz servis ömrü seviyesine geçtiği gözlemlenmiştir. Deneysel sonuçları daha iyi anlamak için detaylı sonlu eleman modelleri kurulmuştur. Bunlar ile çatlak civarındaki gerilme dağılımlarının tamirden önce ve sonraki durumları ile çatlak ilerlemesinde önemli bir faktör olan enerji salınım oranları hesaplanmıştır. Bu sonuçların deneylerle uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Buna göre tamiratlar sonucunda gerilme değerleri büyük oranda düşmektedir bu da numunelerin ömrünü arttırmaktadır. Genel olarak bu iki tip hafif onarım metodunun başarılı olduğunu gösteren ve orthotropik tabliyelerin tamiri için önemli dizayn verilerinin derlendiği bir çalışma ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
Orthotropic steel decks (OSDs) are one of the most chosen solutions when the dead-weight is the primary concern. Due to their light construction style and low rigidity fatigue have been observed as cracks running through especially in the connections because of concentrated and residual stresses at welded details. Studies concerning the cases which use (RR) butt-welded connections are limited in the literature. In this study, a set of cyclic loading experiments is carried out for the investigation of the fatigue life and crack propagation characteristics of full-scale rib-to-rib (RR) butt-welded connections with trapezoidal cross-sections. Two repairment methods based on bonded carbon fiber reinforced polymer layers (CFRP) and bolted steel plates (BSP) for the failed specimens are utilized and fatigue life improvements are tested. The cyclic test rig is first verified under static loading with strain gage readings which are compared to finite element simulations. Crack growth characteristics are observed as provided by dye-penetrant and dynamic stiffness crack detection methods. Crack lengths against the number of cycles were recorded for construction of the fatigue strength (S-N) Curves as given in AASHTO (2007). The test revealed that as long as the bond quality of the CFRP layers the steel plates were maintained, the decrease in stress demand was enough to extend the fatigue life from AASHTO fatigue-design Category E' for the unrepaired configuration to the infinite fatigue life range. Test results also showed that the dynamic stiffness curve was drastically improved for the repaired specimens. To better understand the experimental results a numerical study based on finite element simulations is undertaken as well. The results indicate a remarkable decrease in stress levels in fatigue sensitive details after the application of proposed repair methods. Overall, the performance of these two lightweight methods for repairing movable OSD proved to be efficient and durable.
Benzer Tezler
- CFRP elemanlarla güçlendirilmiş tüp kesitli çelik çaprazların histeretik davranışı
Hysteretic behavior of tubular steel braces retrofitted with CFRP memebers
CEM HAYDAROĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
- Hafifletilmiş zırh optimizasyonu ve tasarımı
Lighted armor optimization and design
HALİL İBRAHİM KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR
- Karbon kompozitlerin cıvatalı ve yapıştırmalı bağlantılarında hasar analizi
Failure analysis of bolted and bonded carbon composite joints
AHMET FARUK KURAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. LEVENT KIRKAYAK
- Uzun kemik kırıklarında kullanılan farklı kompozit plakların iyileşme sürecinde gerilme analizlerinin incelenmesi
Investigation of stress analysis of different composite plates used in long bone fractures in the healing process
VEDA KABA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiAksaray ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. SEMİH BENLİ
- Takviyeli kompozit bir plakanın dinamik analizi
Dynamic analysis of a stiffened composite plate
HALDUN AKDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN