Deprem performansı yetersiz binalarda lifli polimer ve betonarme perde ile güçlendirme yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of retrofitting methods using fiber reinforced polymer and reinforced concrete shear walls in buildings with inadequate seismic performance
- Tez No: 949444
- Danışmanlar: PROF. DR. KADİR GÜLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Bu çalışma kapsamında, Türkiye'deki mevcut bina stokunda sıkça karşılaşılan yetersiz etriye aralığı, yetersiz boyuna donatı, 90° (135° olmayan) etriye uygulaması, düşük beton basınç dayanımı, süneklik yetersizliği, moment ve kesme kapasitesi yetersizlikleri gibi çeşitli yapısal zayıflıklardan/yetersizliklerden bir veya birkaçına sahip iki farklı betonarme bina ele alınmıştır. İncelenen binalara eleman bazlı güçlendirme yöntemi olan lifli polimer ile kolon sargılama ve mevcut binaya sistem bazında güçlendirme için betonarme perde duvar ilavesi gibi iki farklı güçlendirme yöntemi uygulanmış ve her iki yöntemin mevcut bina taşıyıcı sistemlerine etkisi karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Çalışmada, öncelikle binaların mevcut durumları analiz edilmiş, ardından her iki güçlendirme tekniği ayrı ayrı uygulanarak elde edilen performans kazanımları TBDY-2018 yönetmeliği esas alınarak değerlendirilmiştir. Seçilen binaların mevcut ve güçlendirilmiş durumdaki taşıyıcı sistem analizleri, sektörde uluslararası bir şekilde yaygın olarak kabul gören ETABS ve SAP2000 yazılımları aracılığıyla doğrusal ve doğrusal olmayan analiz yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Mevcut ve güçlendirilmiş binaların performans değerlendirmesi için yapılan analizlerde, TBDY-2018 esas alınmış, ayrıca lifli polimer için ACI-440 kılavuzundaki esaslar da göz önünde bulundurulmuştur. Analizlerde kullanılan yazılımların seçimi, sektörel geçerlilik ve kullanım yaygınlığı dikkate alınarak yapılmış; çalışma aynı zamanda yeni mezun mühendisler ve konuya yeni başlayan araştırmacılar için yol gösterici bir kaynak olacak nitelikte hazırlanmıştır. Yapılan analizler sonucunda, lifli polimer ile kolon sargılamanın, eleman düzeyinde süneklik, kesme kuvveti ve eksenel taşıma kapasitesinde önemli kazanımlar sağladığı; ancak binanın genel rijitliği, periyot değeri ve rijitlik yetersizliği bulunan taşıyıcı sistemin performansı üzerinde çok sınırlı olumlu etkiler oluşturabildiği tespit edilmiştir. Bu yönüyle lifli polimer uygulamasının, taşıyıcı sistem bazında yetersizlikler içeren binalar için tek başına yeterli olamayacağı ve kapsamlı statik analiz yapılmaksızın uygulanmasının, riskli sonuçlar doğurabileceği ortaya konmuştur. Gerçekleştirilen analizlerde, yalnızca lifli polimer ile güçlendirilmiş binaların, TBDY-2018 yönetmeliğinde tanımlanan kontrollü hasar performans düzeyine erişemediği gözlemlenmiştir. Özellikle 6 Şubat 2023 Kahramanmaraş depremleri sonrasında birçok binada, gerekli statik analizler yapılmaksızın gerçekleştirilen yetersiz güçlendirme uygulamaları nedeniyle oluşabilecek ekonomik kayıplar ve yapısal riskler dikkate alındığında, bu çalışmanın hatalı uygulamaların önüne geçilmesi açısından önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Çalışma ayrıca lifli polimer sargılama uygulamalarının, kolon geometrisine bağlı olarak kesme kuvveti kapasitesinde ve sargılama etkisi ile betonun basınç dayanımında sağladığı artışlar ile eleman bazındaki yetersizliklerin giderilmesinde etkili bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır. Mevcut bina stokunun genelinde sistem düzeyinde yetersizliklerin yaygın olduğu göz önüne alındığında, taşıyıcı sistem performansını iyileştirmede betonarme perde ilavesi ya da çelik çapraz vb. sistem düzeyinde müdahalelerin öncelikli olarak değerlendirilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Mevcut bina taşıyıcı sistemine betonarme perde ilave edilerek yapılan sistem düzeyindeki güçlendirmenin, binanın yanal rijitliğini arttırarak, göreli kat ötelemelerini, 2.mertebe etkilerini azaltmakta ve enerji sönümleme kapasitesini artırarak, taşıyıcı sistemin deprem davranışını olumlu yönde etkilemektedir. Bu çalışmada incelenen ve perde ilavesi ile sistem bazında güçlendirilen binalardan biri, doğrudan TBDY-2018'de belirtilen kontrollü hasar performans düzeyine ulaşırken, diğer binanın eleman düzeyinde bazı yetersizlikler barındırdığı ve bu yetersizliklerin lifli polimer sargı veya çelik mantolama gibi eleman bazlı güçlendirme yöntemleri ile giderilmesi sonucunda, TBDY-2018'de belirtilen hedef performans düzeyine ulaştığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, güçlendirme yöntemi seçiminde, her binanın özgün yapısal özellikleri ve yetersizlikleri dikkate alınmalı; sistem düzeyinde yetersizlik barındıran binalarda sadece eleman bazlı müdahalelerle yetinilmemeli, sistem bazında güçlendirme yöntemleri önceliklendirilmeli, eleman bazında gerekli olabilecek süneklik artışının sağlanması da göz ardı edilmemelidir. Bina stoğunun mevcut taşıyıcı sistem yetersizlikleri göz önüne alındığında, yapısal gerekliliğe göre hem sistem bazlı hem de eleman bazlı güçlendirme yöntemlerinin birlikte uygulanması önerilmektedir. Yeniden yapım kararı veya güçlendirme sürecinde; maliyet, uygulanabilirlik ve yapının özel koşulları göz önüne alınarak, verilecek kararın bütüncül bir mühendislik yaklaşımıyla değerlendirilmesi gerekmektedir.
Özet (Çeviri)
Within the scope of this study, two different reinforced concrete buildings exhibiting one or more common structural deficiencies frequently encountered in Turkey's existing building stock were examined. These deficiencies include insufficient stirrup spacing, inadequate longitudinal reinforcement, use of 90° (non-135°) stirrups, low concrete compressive strength, lack of ductility, and deficiencies in moment and shear capacity. Two different retrofitting methods were applied to the buildings: fiber reinforced polymer wrapping for element-based retrofitting, and the addition of reinforced concrete shear walls for system-based retrofitting. The effects of both retrofitting methods for existing structural system were comparatively evaluated. Initially, the current structural conditions of the buildings were analyzed. Subsequently, each retrofitting technique was applied independently, and the resulting performance gains were assessed in accordance with the Turkish Building Earthquake Code (TBDY-2018). Structural system analyses of both the existing and retrofitted states of the buildings were conducted using linear and nonlinear analysis methods via ETABS and SAP2000, which are widely recognized and accepted in the engineering industry. While TBDY-2018 formed the basis of the performance evaluations, the guidelines of ACI-440 were also considered for the fiber reinforced polymer applications. The selection of the analysis software was based on industry validity and widespread usage. This study is also intended to serve as a guiding resource for newly graduated engineers and researchers who are new to the subject. The analysis results revealed that fiber reinforced polymer wrapping of columns significantly improved ductility, shear force capacity, and axial load-carrying capacity at the element based. However, its effect on global parameters such as building stiffness, structural period, and overall performance was found to be very limited. Consequently, it was concluded that fiber reinforced polymer wrapping application alone is not sufficient for buildings with structural system-based deficiencies, and its use without comprehensive structural analysis may result in risky outcomes. Specifically, for examined buildings, buildings that retrofitted solely with fiber reinforced polymer did not meet the“controlled damage”performance level defined in TBDY-2018. Considering the possible economical losses and structural risks observed after the February 6, 2023 Kahramanmaraş earthquakes mainly due to inadequate retrofitting interventions conducted without necessary structural assessments this study is expected to contribute significantly to preventing similar errors in future applications. Moreover, the study demonstrates that fiber reinforced polymer wrapping, depending on the column geometry, effectively enhances shear capacity and concrete compressive strength through confinement effects, thus proving useful in addressing element-based deficiencies. Given the widespread presence of system-based weaknesses in the existing building stock, it was concluded that interventions at the system base such as the addition of reinforced concrete shear walls or buckling restrained braces, etc. should be prioritized for improving structural performance. System-based retrofitting by adding shear walls to existing building, increases lateral stiffness, enhances energy dissipation capacity, reduces relative story drifts and second-order (P-Δ) effects, thereby positively influencing the seismic behavior of the structure. Among the buildings analyzed, one reached the“controlled damage”performance level specified by TBDY-2018 solely through the addition of shear walls to existing building, while the other required supplementary element-based retrofitting (e.g., fiber reinforced polymer wrapping or jacketing) to achieve the target performance level. In conclusion, the selection of retrofitting methods should be based on the structural characteristics and deficiencies of each building. For buildings with system-based deficiencies, relying solely on element-based interventions is insufficient; system-level retrofitting techniques should be prioritized and the potential needs for increase in ductility at the element level should not be overlooked. Considering the existing deficiencies of the structural system in the building stock where structurally necessary, a combined application of both system-based and element-based retrofitting methods is recommended. During the decision-making process for reconstruction or retrofitting, factors such as cost, feasibility, and the specific conditions of the structure should be evaluated within a comprehensive engineering framework.
Benzer Tezler
- 12 derslikli tip okul binalarının lifli polimer (FRP) yardımıyla yapısal güçlendirilmesi ve fayda/maliyet analizi değerlendirmesi
Structural strengthening of 12-classroom type school buildings with fiber reinforced polymer (FRP) and cost-benefit analysis
GÖKHAN TATAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Deprem MühendisliğiFırat Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KÜRŞAT ESAT ALYAMAÇ
- Betonarme kolonların depreme karşı güçlendirilmesinde aramid lifli polimer güçlendirme donatılarının kolon temeline ankrajı
Anchorage of aramid laminates used for seismic flexural strengthening of concrete columns
AHMET UZUNHASANOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Yüksek eksenel yük ve kesme oranlarına maruz standart altı kolonların hibrit ince mantolama yöntemi ile güçlendirilmesi
Seismic strengthening with novel hybrid thin jacketing methods of sub-standard rc columns exposed to high axi̇al load and shear rati̇os
FURKAN NARLITEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiAfet Yönetimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
- 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
İSMAİL SENCAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN
- Seismic retrofit of full-scale substandard rectangular RC columns through cfrp jacketing and external steel ties
LP kompozitler ile mevcut betonarme binalardaki dikdörtgen kesitli kolonların dayanım ve sünekliklerinin geliştirilmesi
HAMID FARROKH GHATTE
Doktora
İngilizce
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ