Strengthening Shear Deficient Thin-Walled Steel Beams byBonding Pultruded GFRP Sections
İnce Cidarlı Çelik Kirişlerin Burkulma Dayanımlarının Cam Elyaf Kompozit Profil Yapıştırılarak Güçlendirilmesi
- Tez No: 733069
- Danışmanlar: PROF. DR. AYMAN OKEIL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Louisiana State University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Yapı Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 178
Özet
Yapı güçlendirme metodları eski yapıların yenilenmesinde daha ekonomik ve uygulanabilir seçenekler sunmaktadır. Bu konuda yapılan uygulama ve araştırma çalısmalarında, kompozit malzemelerin kullanımı geniş ölçüde araştırılmaktadır. Kompozitlerin yüksek mukavemeti, hafifliği, korozyona ve yorulmaya karşı direnci geleneksel yapı malzemelerine kıyasla öne çıkan temel özelliklerdir. Yeni bir yapı güclendirme metodu Louisiana State Universitesinde geliştirlimiş ve“Strengthening-by-Stiffening”, SBS, olarak isimlendirilmiştir. Bu yöntemde ince cidarlı çelik yapı elemanının cam elyaf kompozit profil yapıştırılarak burkulma dayanımının arttırılması amaçlanmıştır. Geleneksel olarak kompozit yapıştırılarak yapılan uygulamaların ve eksenel mukavemetin kullanımının aksine, çekme profil haline getirilmiş kompozit yapı elemanlarının burkulma ekseni mukavemetinin burkulma direncine katkısı deneysel calışmalarla araştırılmıştır. Bu kapsamda, 1:1 ölçekli çelik kirişler SBS yöntemi uygulanarak basit mesnetli tekil yük altında test edilmiş, ve güçlendirme yapılmamış kontrol kirişin elastik ve plastik yük taşıma kapasiteleri ile karşılaştırılmıştır. Uygulanan yeni metodla, çelik kirişin yük taşıma kapasitesi %56 kadar arttırılabilmektedir. Bu araştırma kapsamında farklı cidar kalınlıkları, farklı yapısal yapıstırıcı türleri, farklı özellikte kompozit profiller ve farklı ebatlarda çelik kirişler göz önünde bulundurulmuştur. SBS yöntemine ek olarak, geleneksel yöntem olan çelik plaka kaynaklanması ve farklı bir kompozit malzeme kullanımı olan karbon elyaf kumaş yapıştırlması uygulamaları deneysel olarak test edilmiştir. Deneysel olarak teste tabi tutulan farklı yöntemler, bilgisayar ortamında da sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analiz edilmişleridir. Ekonomik açıdan deneyi mümkün olmayan fakat yeni metodun uygulanmasında ve tasarımında etkin parametreler, sonlu elemanlar modeli kullanılarak araştırılmıştır. Burkulma neticesinde yapıstırıcının kırılıp/deforme olup baglantı yüzeyinden ayrılarak kirişin yük taşıma kapasitesini kaybettigi gözlenmiştir. Micro ve macro düzeyde kullanılan yapısal yapıştırıcı türlerinin ayrılma mukavemet deneyleri yapılmış ve yapısal davranışları araştırılmıştır. Yapilan analizlerde, güçlendirilmiş çelik kirişin yük taşıma kapasitesinin azalmasında ve burkulmasında, en etken nedenlerden birinin yapıştırılmış yüzeyin süneklik düzeyinin olduğu tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Rehabilitation and retrofitting methods offer economical and feasible alternatives for upgrading aged and deficient structures. Structural strengthening using Fiber Reinforced Polymer (FRP) composites have been widely investigated by researchers and used in field applications. The main advantage of FRP composites is the superior mechanical properties they offer over traditional structural materials. One novel alternative of these retrofitting methods was developed at Louisiana State University and called“Strengthening-by-Stiffening”(SBS). In SBS, the external strengthening of shear deficient thin-walled steel structures is achieved by bonding pultruded FRP sections to buckling prone web panels. Contrary to the commonly used uniaxial tension resistance of fibers, here, the geometric properties of pultruded FRP sections play the most important role in stiffening vulnerable thin plates. The research started by testing a series of full size steel beams before and after introducing SBS. The first web panel between the bearing and transverse steel stiffeners was selected as a control panel, and a point load was chosen in an asymmetric three-point loading setup. The experimental investigation was conducted considering different web panel aspect ratios (1.0:1.0; 1.5:1.0), web thicknesses (1/8; 5/32 inch), epoxy types (brittle; ductile), Glass FRP (GFRP) configuration (geometry and orientation). For comparison purposes, one conventionally strengthened beam (by welding additional steel stiffeners) and one beam strengthened by bonding Carbon FRP (CFRP) sheets to the critical web panel were also tested. The experimental tests showed that the global failure mechanism was mainly controlled by the debonding of adhesive layer. Therefore, failure modes and phase angles were investigated for the GFRP/steel interface. Local traction-separation laws for Mode I and Mode II failure modes were determined by conducting single leg bending (SLB) tests, in which digital image capturing and processing techniques were used to determine crack tip displacement fields. Delamination failure within the pultruded GFRP stiffeners was also simulated following Hashin's failure criteria. Finally, effective SBS design parameters were investigated using an FE model that takes the adhesive's mixed mode fracture into account using a cohesive zone model (CZM), which was validated using experimental results. Possible extension of SBS to new construction was studied to explore creating beams free from transverse steel stiffeners by fully bonding the GFRP stiffeners as a substitute for welding of transverse and bearing steel stiffeners as a means for improving the fatigue.
Benzer Tezler
- Kesme kapasitesi yetersiz betonarme kirişlerin karbon lifli polimerler ile güçlendirilmesinin statik ve dinamik olarak incelenmesi
Static and dynamic investigation of shear deficient reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer strips
RAMAZAN ORUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiAksaray Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET AYDIN KÖMÜR
- Kesme yetersiz ve düşük dayanımlı betonarme kirişlerin FRP kompozitleri kullanılarak güçlendirilmesi
Strengthening of shear-deficient and low-strength reinforced concrete beams using FRP composites
EMİNE BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NALAN KAYA
- Hasarlı betonarme kirişlerin dış donatılar ile güçlendirilmesi
Strengthening with external clamps of damaged reinforced concrete beams
BATUHAN YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat MühendisliğiCelal Bayar Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ DEMİR
- Betonarme kirişlerin kesme dayanımlarının lifli polimerlerle arttırılması
Shear strenghtening of reinforced concrete beams using FRP strips
YILMAZ ZAFER VULAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
İnşaat MühendisliğiKocaeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞEVKET ÖZDEN
