Geri Dön

Betonarme manto ile güçlendirmede yeni ve mevcut beton arasındaki arayüz özelliklerinin belirlenmesi

Investigating interface characteristics between new and existing concrete on shear transfer in RC jacketing of substandard concrete columns

PDF İndir

  1. Tez No: 979414
  2. Yazar: ÇAĞDAŞ ILGAZ ŞENEL
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Türkiye'de beklenen depremlere karşı mevcut binaların depreme dayanıklı hale getirilmesi hem güvenlik hem de ekonomik açıdan büyük önem taşımaktadır. Ülkemizde, özellikle 2000 yılı öncesinde inşa edilen ve çoğunlukla yeterli mühendislik hizmeti almamış geniş bir yapı stoku bulunmaktadır. Bu mevcut yapıların deprem performansını araştırmak ve gerekliliği tespit edilen durumlarda iyileştirme çözümleri üretmek, bir zorunluluk haline gelmiştir. Yapıların yıkılması ve yeniden inşa edilmesi ekonomik açıdan her zaman uygun olmayabileceği gibi, çevresel açıdan da riskler taşımaktadır. Bu nedenle, mevcut yapıları güçlendirmek, daha sürdürülebilir ve maliyet etkin bir çözüm seçeneği olarak ön plana çıkmaktadır. Bilindiği üzere, hedeflenen faydanın gerçekleşmesi için, yapıların performansını artırmak üzere benimsenen güçlendirme yönteminin doğru şekilde tasarlanması ve uygulanabilir olması gerekmektedir. Betonarme mantolama, en çok tercih edilen kolon güçlendirme yöntemleri arasında yer almaktadır. Özellikle, mevcut kolonlardaki yetersiz kesitler ve düşük dayanımlı beton nedeniyle, kolonların eksenel yük taşıma kapasiteleri sınırda çalışmakta ve bu da sınırlı eğilme kapasitesine yol açmaktadır. Bu sorunu aşmak için, betonarme kolon mantolama yöntemi, kesitin büyütülmesini sağlayarak etkili bir çözüm sunmaktadır. Ancak, Türkiye'deki yapı stokunun büyük bir kısmı, düşük dayanımlı betonla inşa edilmiş ve bu durum, güçlendirme çalışmalarının uygulanabilirliğini zorlaştırmakta ve güçlendirme yönteminin etkin olmasını sağlamak için alınabilecek önlemlerin araştırılmasını zorunlu kılmaktadır. Betonarme mantonun düşük dayanımlı betonla (PIR: post-install reinforcement) çalışma mekanizması üzerine araştırma yapılması gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bu araştırma konusu, İTÜ-Hilti iş birliği çalışmasının odağına alınarak kapsamlı bir deneysel çalışma yürütülmüştür. 6 adet tam ölçekli betonarme kolon düşük dayanımlı beton ve düz donatı ile üretilmiş; daha sonra yüksek dayanımlı beton ve nervürlü boyuna/enine donatıyla manto katmanı oluşturulmuştur. Çekirdek beton yüzeyinin pürüzlülüğü (pürüzlü, pürüzsüz) ile çekirdek beton ve manto betonunu yatay eksende birbirine bağlayan kayma elemanlarının durumu (var, yok) ve türü, deneysel değişkenler olarak ele alınmıştır. Bu kolon numuneler, deprem etkilerini temsil edeceği düşünülen çevrimsel yanal yükler altında test edilmiştir. Böylelikle, söz konusu değişkenlerin mantolanmış betonarme kolonların yanal yükleme altındaki performansına etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışma sonuçlarına dayanarak değişkenlerin etkilerinin anlaşılması ve mantolama için tasarım kriterlerini geliştirmek mümkün olabilmiştir. Bu tez çalışması, İTÜ–Hilti iş birliği kapsamında gerçekleştirilen deneysel programda test edilen iki adet kolon üzerinde odaklanmaktadır. Çalışma, söz konusu kolonların tasarımı, üretimi, test öncesi hazırlıkları, deneysel süreçleri ve elde edilen sonuçları kapsamaktadır. Birinci kolon, referans numunesi olarak monolitik beton dökümüyle üretilmiş olup, manto ve çekirdek betonun birlikte tam kompozit çalıştığı davranışı temsil etmektedir. İkinci kolon ise pürüzsüz yüzeyli bir arayüzde, başlıklı ankrajların mekanik bağlantı aracılığıyla kayma elemanı olarak kullanıldığı numunedir. Deney öncesinde, başlıklı ankrajların kayma elemanı olarak kullanıldığı beton kalınlaştırma (concrete overlay) uygulamalarında arayüz tasarımına ilişkin değerlendirmeler, EOTA TR066 teknik raporundaki tasarım esasları doğrultusunda yapılmıştır. Ayrıca, tam kompozit davranışın dikkate alındığı her iki numuneye ait kesitlerin, maksimum moment kapasiteleri ve beklenen göçme modları kesit analizi ile belirlenmiştir. Bu sayede analizlerden elde edilen sonuçlar ile deneysel bulgular karşılaştırılarak, tam kompozit davranışa ne ölçüde yaklaşılabildiği gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, TR066 tasarım metodunda sunulan tasarım kriterlerinin deneysel sonuçlar ile ne derece örtüştüğü de değerlendirilmiştir. Yanal yükleme altında gerçekleştirilen deney sonuçlarına göre, betonarme manto katmanı ile güçlendirilen ve manto betonu ile mevcut çekirdek betonu arasındaki aderansın mekanik ankrajlarla sağlandığı kolon, monolitik kolona benzer bir performans sergilemiştir.

Özet (Çeviri)

Strengthening the existing building stock in Türkiye against anticipated earthquakes is of paramount importance from both safety and economic perspectives. A large proportion of these structures, particularly those built before 2000 without adequate engineering supervision, suffer from severe structural deficiencies—such as low-strength concrete, inadequate reinforcement ratios, insufficient transverse confinement, and poor construction quality. Since demolition and reconstruction are neither economically nor environmentally sustainable, retrofitting has emerged as a more viable and resource-efficient alternative. Compared to rebuilding, structural strengthening significantly reduces material consumption, construction time, and waste generation, aligning with contemporary principles of sustainable urban development. Among various strengthening techniques—such as the addition of shear walls, fiber-reinforced polymer (FRP) wrapping, or steel bracing—reinforced concrete (RC) jacketing stands out as one of the most practical and widely adopted solutions. By increasing the cross-sectional area and providing additional confinement, RC jacketing improves both axial and flexural capacities while enhancing ductility. However, the effectiveness of this method strongly depends on the composite action between the existing (substrate) and newly cast concrete layers. For buildings constructed with low-strength concrete, typically around 10 MPa, achieving reliable bond and shear transfer at the interface remains a major challenge. Current technical documents, such as EOTA TR066 (2020) and TR069 (2021), provide design recommendations for post-installed connectors but are limited to concrete grades of C20/25 or higher, leaving a critical knowledge gap for weaker materials that characterize a significant portion of the Turkish building stock. This study addresses this gap through an experimental investigation conducted within the framework of the ITU–Hilti collaboration project. The research focuses on the cyclic lateral load behavior of RC columns strengthened by jacketing, emphasizing the effects of interface characteristics and shear transfer mechanisms on overall structural performance. A total of six full-scale column specimens were produced, each consisting of a low-strength core concrete element (≈12 MPa) encased with a higher-strength RC jacket (≈30 MPa). The experimental parameters included the surface condition of the interface (smooth or rough) and the presence and type of shear connectors (headed screw anchors and hooked rebars with chemical anchorage). Two representative specimens were selected for detailed presentation in this thesis: a monolithic reference specimen, cast integrally to represent perfect composite behavior; and a mechanically connected specimen with a smooth interface where headed screw anchors were used as shear connectors. Prior to testing, the design of the post-installed connectors was carried out by the author and subsequently verified according to the provisions of the EOTA TR066 Technical Report. Following this verification, the experimentally obtained results were compared with the design capacities predicted by TR066 to evaluate the consistency and applicability of its design methodology for low-strength concrete. Numerical analyses were also performed to estimate the moment capacities, stiffness characteristics, and expected failure modes under the assumption of full composite behavior. These analytical predictions were then compared with the experimental findings to assess how closely the mechanically connected system approached monolithic behavior and to further evaluate the applicability of TR066 provisions for low-strength concrete applications. All specimens were tested under quasi-static reversed cyclic lateral loading, with no axial load applied during the tests. The loading protocol was designed to represent the cyclic displacement demands typically observed in lateral load–resisting elements. Throughout the experiments, the lateral load–drift relationships, stiffness degradation, energy dissipation, and failure mechanisms were systematically recorded and analyzed. The results demonstrated that the mechanically connected specimen exhibited a markedly enhanced load bearing and deformation capacity compared to the unconnected configuration, confirming that headed screw anchors effectively mobilizing shear transfer and maintaining composite action even when embedded in low-strength concrete. Although minor slippage was observed at the interface, the overall response remained stable up to large drift ratios, indicating stable cyclic performance. When compared with the monolithic reference specimen, the difference in strength and stiffness was relatively limited, suggesting that the mechanical connectors provided sufficient shear transfer capacity to achieve near-monolithic behavior under quasi-static cyclic lateral loading. A comparison between experimental and numerical results demonstrated good agreement in terms of peak strength and failure modes, validating the analytical assumptions for composite behavior. Nevertheless, the study also highlighted that existing TR066-based design criteria tend to be conservative when applied to low-strength concrete, particularly regarding allowable shear stress and anchor spacing. Adjustments to these parameters may therefore enhance the practicality and economy of strengthening designs. In conclusion, this research provides valuable insights into the shear transfer mechanisms, interface behavior, and overall performance of RC jacketing systems applied to low-strength concrete. The experimental evidence confirms that the use of post-installed headed screw anchors can effectively restore composite behavior between the jacket and the existing column, even under cyclic lateral loads. The results contribute to the development of improved design recommendations and pave the way for future guidelines addressing retrofitting applications in substandard concrete structures, thereby promoting safer and more resilient infrastructure across earthquake-prone regions.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    461718

    Betonarme manto ile güçlendirilmiş betonarme kolonlarda ara yüzey kayma katsayısının irdelenmesi

    Investigation of intermediate surface of reinforced concrete jacketed columns

    AHMED FARHAN FARAH

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NACİ ÇAĞLAR

  2. Tez No

    398037

    Betonarme binaların enerji sönümleyici yastıklarla bağlı önüretim perdelerle dışarıdan güçlendirilmesi

    Strengthening of rc structures with external energy dissipating rc walls

    SELÇUK ZENGİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İHSAN ENGİN BAL

  3. Tez No

    166301

    Öndöküm SFRC paneller ile güçlendirilen kolon sarılma bölgelerinin davranışı

    Behaviour of reinforced concrete columns jacketed with prefabricated SFRC panels

    TOLGAHAN KOZBAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALPER İLKİ

  4. Tez No

    138946

    Hasar görmüş betonarme kirişlerin deneysel incelenmesi

    An Experimental study of the damaged reinforced concrete beams

    MUSTAFA VEKLİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    İnşaat Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FATİH ALTUN

  5. Tez No

    620395

    Mevcut bir betonarme binanın 2007 ve 2018 Türkiye bina deprem yönetmeliklerine göre deprem performansının değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi

    The performance based assesment and retrofit of an existing reinforced concrete structure according to the Turkish seismic design code-2007 and 2018

    UFUK AYAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    İnşaat MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BÜLENT AKBAŞ

Geri Dön