Geri Dön

Axial behavior of low strength concrete prisms confined with hybrid fiber reinforced polymers

Hibrit lifli polimer malzeme ile sargılanmış düşük dayanımlı beton prizmaların eksenel davranışı

PDF İndir

  1. Tez No: 941797
  2. Yazar: İSMAİL SENCAR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 109

Özet

Her yıl on binlerce insan doğal afetler sonucu hayatını kaybediyor. Etkileri bakımından en yıkıcı doğal afetlerden biri de depremdir. Deprem kaynaklı can kayıplarının büyük bir bölümünün depremin yapı üzerindeki etkilerinden dolayı gerçekleştiği bilinmektedir. Can kaybı riskini neredeyse tamamen ortadan kaldırabilecek mühendislik çözümlerinin varlığına rağmen can kayıplarının olmaya devam etmesi, sosyolojik ve psikolojik açılardan irdelememiz gereken bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Mühendisler olarak, yenilikçi, olabildiğince ekonomik ve uygulanabilir çözümler üretmek ve karşılaştığımız sorunları çözmek bizim sorumluluğumuzdur. Bu sorumluluğun gereği olarak, can kaybını önlemek için, mevcut yapıların deprem güvenliğini sağlayan acil stratejiler geliştirmek gerekmektedir. Ancak, bu stratejilerin etkili olması için aynı zamanda uygun maliyetli ve sürdürülebilir olmaları gerekir. Deprem açısından riskli yapıları yıkıp yerine yönetmeliklere uyan ve depreme dayanıklı binalar inşa etmek her zaman uygulanabilir, sürdürülebilir ve hızlı bir çözüm olamayabilir. Bilindiği üzere, deprem güvenliği yetersiz yapılar can ve mal kaybına neden olmaktadır. Deprem sonrası yapılan incelemeler ve araştırmalar, şartnamelere uygun olarak inşa edilmeyen yapıların (standart altı yapılar) deprem etkileri nedeni ile göçmeye varabilecek boyutlarda hasar aldığını göstermektedir. Bu yapılarda; taşıyıcı sistem eleman boyutlarının uygun olmaması, düşük dayanımlı beton kullanımı, boyuna ve enine donatı oranın yetersiz oluşu ve/veya donatı detaylarının uygun olmayışı vb. durumlara rastlanmaktadır. Oluşacak hasar veya yıkımı en aza indirmek için bu tür yapıların deprem performansını artırmaya yönelik çalışmalara odaklanılması gerekmektedir. Bu gereklilik, yapı elemanlarının güçlendirilmesini konu alan araştırma sayısının artmasını ve son yıllarda dünya çapında yapıların güçlendirmesi uygulamalarında artış sağlamıştır. Lifli takviyeli polimer (LP) ile güçlendirme, deprem performansı açısından yeterli seviyede olmayan mevcut betonarme kolon, kiriş ve döşemelerin güçlendirilmesi için kullanılan teknikler arasında yer almaktadır. Karbon LP ile sargılama uygulaması 1990'ların başında başlamış ve günümüzde standart bir uygulama haline gelmiştir. LP sargılama yönteminin öne çıkan avantajları arasında her türlü geometriye uyum sağlama yeteneği, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, işletmenin faaliyetlerine devam etmesini sağlayan kolay uygulanabilirlik, korozyon direnci, düşük bakım gereksinimleri ve hızlı uygulanabilirlik yer almaktadır. Bilindiği üzere, kolon güçlendirilme uygulamalarında LP; kolonun çevresine, lifler enine donatılara paralel olacak şekilde sarılarak kullanılır. LP'nin beton yüzeyine yapışması ve LP katmanlar arası yapıştırmayı sağlamak için epoksi vb. reçineler kullanılmaktadır. Son yıllarda, geleneksel LP ((karbon, cam, bazalt ve aramid) malzemelere alternatif olarak büyük uzama kapasitesine (LRS) sahip polietilen tereftalat (PET) LP üzerine araştırmalar yaygınlaşmıştır. Maliyet açısından PET, geleneksel LP'lere kıyasla daha ucuz bir malzemedir. Bu çalışmada kullanılan PET kumaşlar, geri dönüşüm yoluyla elde edildiği için çevre dostu ve sürdürülebilir niteliklere sahiptir. Bu tez çalışmasında; çekme dayanımı ve elastisite modülü yüksek karbon kumaşlar ile deformasyon kabiliyeti yüksek PET (Polietilen Tereftalat) LP'lerin bir arada kullanılarak hem performansı iyileştirilmiş hem de maliyeti düşürülmüş bir hibrit sargılama uygulamasının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Hibrit sargılamanın amacı, iki farklı LP malzemenin avantajlarından yararlanarak kolon sünekliğini artırmak ve ciddi hasar seviyelerinde eleman bütünlüğünü korumaktır. Ayrıca PET'in geri dönüştürülmüş bir malzeme olması (lastik üretimi için gerekli kort bezinin üretimi sırasında kullanılmayan lif atıklardan üretilmiştir) ve geleneksel lifli polimerlere göre daha ucuz olması nedeniyle, LP sargılama maliyetlerinin azaltılması ve olumlu çevresel etkiler de hedeflenen faydalar arasında yer almaktadır. Tez çalışmasında, hibrit sargılamanın eksenel basınç yüklemeleri altındaki etkinliğini araştırmak üzere deneysel bir çalışma planlanmıştır. Deneysel çalışmanın başlangıcında Karbon LP ve PET LP malzemelerin çekme etkileri altındaki davranışını belirlemek üzere ASTM D3039 standardı esas alınarak kupon numuneler hazırlanmış ve bu numunelerin çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Kupon çekme test sonuçları kullanılarak; Karbon LP ve PET LP malzemelerinin çekme dayanımı, kopma birim uzaması, çekme gerilmesi-birim uzama ilişkisi, elastisite modülü ve göçme modları elde edilmiştir. Karbon LP'nin gerilme-birim uzama ilişkisi lineer elastik iken, PET LP'nin ilişkisi iki lineer elastik doğrudan oluşmaktadır. Karbon LP için ortalama yaklaşık değerler: çekme dayanımı 2535 MPa, ortalama kopma birim uzaması %1.08 ve elastisite modülü 240 GPa olarak elde edilmiştir. PET LP için ortalama yaklaşık değerler: çekme dayanımı 490 MPa, kopma birim uzaması %7.2, birinci elastisite modülü 15.2 GPa ve ikinci elastisite modülü 5.5 GPa olarak hesaplanmıştır. Deneysel çalışmanın devamında kesitleri 150 mm x 275 mm, yüksekliği 550 mm ve köşe yarı çapı 30 mm olan 17 adet prizmatik beton numune düşük dayanımlı hazır betonla üretilmiştir. Bu numune grubunun test değişkenleri; LP türü (karbon, PET ve hibrit) ve PET LP katman sayısı (1, 2 ve 3). İki adet numune, referans için sargılanmamış ve diğerleri enine doğrultuda Karbon LP, PET LP ve Hibrit LP ile sargılanmıştır. Daha sonra, numuneler monoton artan basınç yüklerine tabi tutularak test edilmiştir. Enine doğrultudaki birim uzamaları ölçmek için şekildeğiştirmeölçer; düşey doğrultudaki eksenel deformasyonlar ölçmek için 50 mm kapasiteli LVDT'ler (doğrusal değişken deplasmanlı dönüştürücüler) kullanılmıştır. Deney boyunca saniyede bir alınan okumalar, data toplayıcı aracılığıyla bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda sargılanmamış numuneye göre; Karbon LP ile güçlendirmenin numunelerin basınç dayanımını yaklaşık %20 oranında artırdığı, PET LP ile güçlendirmenin numunelerin deformasyon kapasitesini yaklaşık %150 (1P), %310 (2P) ve %430 (3P) oranında artırdığı görülmüştür. Hibrit FRP ile sargılamanın, her iki malzeme avantajını koruyarak dayanım, deformasyon ve süneklik açısından olumlu etkileri olduğu gözlemlenmiştir. Kullanılan malzemelerin kat sayısının arttırılması, dayanım ve süneklikte daha yüksek artış oranlarının elde edilmesini sağlamıştır. Ayrıca, tek tip LP ile güçlendirilen ve hibrit LP ile güçlendirilen numunelerin davranışları karşılaştırılmıştır. Test edilen numunelerin basınç dayanımı ve eksenel şekildeğiştirme değerleri, mevcut analitik modeller kullanılarak tahmin edilmiştir. Deneysel olarak saptanan şekildeğiştirme değerleri ile tahmini değerler arasında önemli düzeyde fark olduğu görülmüştür. Ilki vd. (2004) Karbon LP sargılanan numelerin; Pimanmas & Saleem (2019), Yuan (2022) ve Zeng (2023) modelleri PET LP ile sargılanan numunelerin basınç dayanımını yeteri doğrulukta tahmin edebilmiştir. Hibrit LP ile sargılanan numunelerin basınç dayanımlarının tahmini için PET LP için önerilen Pimanmas & Saleem (2019) ve Zeng (2020) modelleri; Ispir vd. (2018)'de hibrit sargılama için önerilen algoritma izlenerek uygulanmış ve bu modellerin basınç dayanımı tahminleri başarılı bulunmuştur.

Özet (Çeviri)

Tens of thousands of people lose their lives due to natural disasters every year. Earthquakes are one of the most devastating of these natural disasters, and it is known that most of the deaths occur due to the collapse of buildings. Despite the existence of engineering solutions that can almost completely eliminate the risk of loss of life, loss of life continues to occur, and this situation presents a critical problem that needs to be examined from a sociological and psychological perspective. As engineers, it is our responsibility to solve these problems faced by society and, if necessary, produce innovative solutions. In order to prevent loss of life, it is of great importance to develop emergency strategies that will increase the earthquake resistance of buildings. But for these strategies to be effective, they must also be cost-effective and sustainable. Demolishing risky structures and replacing them with code-compliant, earthquake-resistant structures may not always be a feasible, sustainable, or fast solution. It is known that structures with poor seismic performance pose significant risks in terms of loss of life and property. Post-earthquake assessments/observations and research have shown that structures constructed without complying to seismic codes, specifications, and standards (substandard structures) sustain severe damage, often leading to collapse. Common deficiencies in such buildings include inadequate dimensions of load-bearing structural elements, the use of low-strength concrete, insufficient longitudinal and transverse reinforcement ratios, and improper reinforcement detailing. In order to minimize the damage or destruction efforts should be focused on improving the seismic performance of these structures. For this purpose, implementation of retrofitting applications has become a highly preferred practice worldwide in the last decades. A technique used to improve the seismic performance of inadequately designed reinforced concrete (RC) columns, beams and slabs is the application of fiber-reinforced polymers (FRPs) retrofitting. The practice of CFRP confinement began in the early 1990s and has become a standard practice today. The FRP confiniement method, which provides benefits in terms of time and cost by preventing the demolition and reconstruction of structures, also has important features that distinguish it from other strengthening methods. These include the ability to adapt to any geometry, high strength/weight ratio, easy applicability that allows the business to continue operating, corrosion resistance, low maintenance requirements, and rapid applicability. In RC column strengthening applications, FRP is typically wrapped around the column with fibers aligned parallel to the transverse reinforcement. Epoxy or similar resins are used to ensure the adhesion of FRP to the concrete surface and to bond multiple layers of FRP together. In recent years, research on polyethylene terephthalate (PET) fiber-reinforced polymers (FRP) with large rupture strain (LRS) capacity has gained widespread attention as an alternative to traditional FRP materials (carbon, glass, basalt, and aramid). PET is a more economical material compared to conventional FRPs. The PET fabrics used in this study were obtained through recycling, making them environmentally friendly and sustainable. In this thesis, it is aimed to obtain a hybrid confining material with both improved structural performance and reduced cost by combining carbon fiber fabrics with superior strength and rigidity, and PET (Polyethylene Terephthalate) fiber fabrics with superior deformation ability. The primary objective of hybrid confinement is to utilize the advantages of both FRP materials to enhance column ductility and maintain element integrity under severe damage conditions. Additionally, since PET is a recycled material (produced from unused fiber waste generated during the manufacturing of tire cord fabric) and is more affordable than traditional FRPs, the study also aims to reduce FRP confinement costs while achieving positive environmental benefits. An experimental study was designed to investigate the effectiveness of hybrid confinement under axial compression loading. At the initial stage of the experimental study, coupon specimens were prepared following ASTM D3039 standards to evaluate the tensile behavior of CFRP and PET FRP materials. Tensile tests were conducted on these specimens to determine the tensile strength, ultimate strain, stress-strain relationship, modulus of elasticity, and failure modes of both FRP materials. The stress-strain relationship of CFRP exhibited a linear elastic behavior, whereas PET FRP demonstrated a bilinear response. The tests show that CFRP has a tensile strength of approximately 2535 MPa, ultimate strain of 1.08%, and modulus of elasticity of 240 GPa. PET FRP has a tensile strength of 490 MPa, ultimate strain of 7.2%, first modulus of elasticity of 15.2 GPa, and second modulus of elasticity of 5.5 GPa. In the following phase of the experimental study, nineteen prismatic concrete specimens were produced using low-strength ready-mix concrete. The specimens had cross-sectional dimensions of 150 mm × 275 mm, a height of 550 mm, and a corner radius of 30 mm. The test variables included the FRP type (carbon, PET, and hybrid) and the number of PET FRP layers (1, 2, and 3). Two specimens were left unconfined as reference samples, while the remaining specimens were confined transversely with CFRP, PET FRP, and hybrid FRP. Then, specimens were subjected to monotonically increasing axial compressive loads. To measure transverse strains, strain gauges were used, while axial deformations in the vertical direction were measured using 50 mm capacity linear variable displacement transducers (LVDTs). The readings were collected every second and transferred to a computer via a data logger until specimen lost its integrity. The experimental results revealed that, compared to unconfined specimens, CFRP confinement increased the compressive strength of the specimens by approximately 20%, while PET FRP confinement significantly enhanced the deformation capacity by approximately 150% for 1P, 310% for 2P, and 430% for 3P specimens. Hybrid FRP confinement demonstrated beneficial effects in terms of strength, and axial deformation ductility, preserving the advantages of both FRP materials. An increase in the number of FRP layers further improved the strength and ductility. The compressive strength and axial deformation capacity of the tested specimens were predicted using existing analytical models. A significant discrepancy was observed between the experimental deformation values and the predicted values. The models proposed by Ilki et al. (2004) accurately predicted the compressive strength of CFRP confined specimens, while the models proposed by Pimanmas & Saleem (2019), Yuan (2022), and Zeng (2023) were able to predict the compressive strength of PET FRP confined specimens with sufficient accuracy. For hybrid FRP confinement, the models proposed by Pimanmas & Saleem (2019) and Zeng (2020) for PET FRP confinement were applied, following the hybrid confinement algorithm suggested by Ispir et al. (2018). The strength predictions of these models for hybrid FRP-confined specimens were found to be successful.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    944206

    Yüksek dayanımlı kompozit tabakayla sargılanan düşük dayanımlı betonun eksenel davranışı

    Axial behavior of low strength concrete wrapped with high strength composite layer

    ZEYNEP UTMA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    İnşaat MühendisliğiMersin Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMRE AKIN

  2. Tez No

    675836

    Axial behavior of concrete confined with flax fiber-reinforced polymers

    Keten elyaf katkılı polimer kompozitlerle sargılanmış betonun eksenel davranışı

    MAROUF RASHIDI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    İnşaat MühendisliğiAydın Adnan Menderes Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE AKIN

  3. Tez No

    676983

    Axial behavior of FRP confined square columns with polyurea

    Polyurea ile takviye edilmiş FRP sargılı kare kolonların eksenel davranışı

    SELİN TAYLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    İnşaat MühendisliğiAydın Adnan Menderes Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE AKIN

  4. Tez No

    538023

    FRP kompozitler ile güçlendirilen eksenel yük etkisindeki silindir beton elemanların sonlu elemanlar yöntemi ile analizi

    Finite elemet analysis of low-strength cylinder concrete element strengthened with FRP composites.

    AMEEN ALI ALFAQEEH

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ SARIBIYIK

  5. Tez No

    393030

    Strengthening of low-strength short columns with sprayed up textile reinforced gfrc

    Püskürtme bazalt tekstil takviyeli gfrc ile düşük dayanımlı kolonların güçlendirmesi

    SOHEİL KHOSHKHOLGHİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

Geri Dön