FRP ile betonarme kolonların güçlendirilmesi

Yoshimura ve arkadaşları (2000), 8 adet 150×150 mm kesitinde ve 1000 mm uzunluğunda betonarme kısa kolon numunesi üretmişlerdir. Numuneleri çeşitli kat ve tipte FRP kompozitler ile güçlendirmişlerdir. Numuneleri enine donatı kullanılmadan üreterek sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı yatay yükler altında test etmişlerdir. Boyuna donatı oranı, beton basınç dayanımı ve kullanılan karbon FRP (CFRP) oranı incelenen başlıca değişkenlerdir. Deneyler sonucunda, CFRP kompozitlerle güçlendirilen numunelerde, gevrek kesme göçmesi gözlenmemiştir. Aynı zamanda, küçük ölçekli numunelerden elde edilen deney sonuçlarının gerçeğe uygun bir şekilde yorumlanmasının güç olduğu vurgulanmıştır.

Cole ve Belarbi (2001), dikdörtgen kesitli kolonlar üzerinde yapmış oldukları çalışmada FRP kompozitlerin sargı etkinliğini araştırmışlardır. Gerçeğe kıyasla 13 kat küçültülmüş kısa kolonlar basınç dayanımlarını kaybedinceye kadar test edilmiştir. Kolonları Aramid FRP (AFRP), CFRP ve GFRP ile sararak güçlendirmişler ve test etmişlerdir. Deney sonucundan elde edilen verilere göre; kolon köşelerindeki keskinliklerin boy oranlarının artması CFRP ile sarılmış kolonlarının daha düşük bir dayanımlarında kırılmasına neden olmuştur. Kare kesitli kolonlar için GFRP sargılama basınç dayanımlarını ve süneklik kapasitelerini AFRP ve CFRP ile yapılan sargılamaya göre daha çok artırdığı tespit edilmiştir.

Ye ve arkadaşları (2002), 7 adet betonarme kolon üretmiş, 6 adedini CFRP kompozitleri şerit halinde uygulayarak güçlendirmişlerdir. Kolon enine kesiti 200×200 mm ve enine donatı oranı 0.0014’tür. Bu çalışmada, kayma açıklığı, uygulanan güçlendirme malzemesi miktarı ve eksenel yük incelenen başlıca değişkenlerdir. Enine donatı oranı yetersiz olan numunelerde, CFRP kompozit kullanılarak genel davranışın olumlu şekilde iyileştirilebileceği sonucuna varılmıştır. CFRP kompozitin, diyagonal kesme çatlaklarının oluşmasından hemen sonra etkin hale geldiği görülmüştür. Basınç bölgesindeki betonun kesme ve basınç gerilmeleri altında ezilmesi sonucunda güçlendirilen numunenin referans kolon numunesi ile hemen hemen aynı performansı gösterdiği görülmüştür.

14

Machida ve Maruyama (2002), ilgili yönetmelikleri (JSCE, ACI ve FIB) geliştirmek amacıyla yönetmelik kabullerini karşılaştırmışlardır. Bu çalışmada, söz konusu 3 yönetmeliğe göre kesme ve eğilme kapasitelerini arttırmak için ekstra FRP kompozit takviyesi gerektiği ve eleman dayanımlarını hesap eden modellerin temelde aynı konsepte dayandığı vurgulanmıştır. FRP kompozitlerin uzun süreli özellikleri ve betona aderansı gibi durabilite açısından çok önemli olan faktörler üzerine daha fazla araştırma yapılması gerektiği söylenmiştir.

Ghobarah ve Galal (2003), 914 mm uzunluğunda, 305×305 mm enkesit alanına sahip 3 adet kısa kolon numunesi (SC1, SC2 ve SC3) üretmişlerdir. Tüm numuneler için boyuna donatı olarak, 8 adet 20 mm çaplı nervürlü donatı kullanılmıştır, p =0.026. SC1 ve SC2 numunelerinde 0.0024 ve SC3 adlı numunede 0.005 oranında enine donatı kullanılmıştır. SC2 ve SC3 numuneleri 3 kat CFRP kompozit kullanılarak güçlendirilmiştir. Güçlendirilen numunelerde, ezilecek beton sebebiyle kolon yüzlerinde oluşması muhtemel şişkinliklerin önüne geçmek ve FRP kompoziti etkin bir şekilde sargılamak amacıyla ankraj uygulaması yapılmıştır. Bu amaçla SC2 numunesinde, kolon 4 noktadan delinerek 12 mm çaplı çelik çubuklar yerleştirilmiştir. Bu çelik çubuk uçlarına ise 8 adet 75× 150×6 mm boyutlarında çelik plaka her iki yüzden bulonlar yardımıyla sabitlenmiştir. SC3 numunesinde ise kolon yüzlerine açılan 75 mm derinliğe sahip deliklere CFRP kompozitleri çiçek şeklinde açılarak yapıştırılmıştır. 3 adet numune sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı yatay yükler altında test edilmiştir. Deneyler sonucunda; referans numunede gevrek kesme göçmesi gözlenmiştir. Enine donatı oranı yüksek olan (SC3) numunede gevrek kesme göçmesi gözlenmemiş, süneklik ve enerji yutma kapasitesinde ciddi bir artış sağlanmıştır. Enine donatı oranı düşük olan (SC2) numunede uygulanan ankraj detayı, sünekliği ve enerji yutma kapasitesini geliştirmiştir.

Furuta ve arkadaşları (2003), FRP kompozitler ile (Sürekli Sarım) güçlendirilen betonarme kolonların kesme kapasitesini hesap eden bir model önermişlerdir. Lif gerilmeleri, kafes-kiriş modeli kullanılarak hesaplanmış olup, daha önce yapılan deney sonuçlarından faydalanılmıştır. 43 adet CFRP ile güçlendirilmiş ve 22 adet aramid FRP ile güçlendirilmiş numuneye ait veri kullanılmıştır. Söz konusu bu numunelerin boyuna donatılarının akmadığı rapor edilmiştir. Bu çalışmada,

kullanılan FRP kompozit oranı ile şekil değiştirme enerjisi arasındaki ilişkiye bağlı olarak kesme kapasitesi tahmin edilmiştir. Tahmin edilen göçme modlarının deney sonuçlarına göre %70 oranında uyuştuğu gözlenmiştir.

İlki ve arkadaşları (2006), yapmış oldukları deneysel çalışmada, kesme açısından yetersiz düşük beton dayanımlı betonarme kısa kolonların, lifli polimer kompozitler ile güçlendirme öncesi ve sonrası sabit eksenel yük ve yön değişken tekrarlı yatay yükler altında davranışını incelemişlerdir. Numunelerin güçlendirilmesinde, Cam FRP (GFRP) kompozitler kullanılmıştır. 1 adet numune herhangi bir güçlendirme işlemine tabi tutulmadan, referans davranışı gözlemlemek amacıyla denenmiştir. 4 adet numuneden, S-LS-G-1-Strip 100 mm net aralıkla 100 mm’lik şeritler ile bir kat, S-LS-G-1-1 kayma açıklığı boyunca bir kat sürekli, S-LS-G-2-1 kayma açıklığı boyunca iki kat sürekli ve S-LS-G-3-1 kayma açıklığı boyunca üç kat sürekli olarak mantolanmıştır. Deneyler sonucunda, referans numunesinde kesme etkileri sebebiyle gevrek bir göçme modu gözlenmiştir. Ağırlıklı olarak diyagonal basınç gerilmelerinin etkileri sebebiyle, eğilme kapasitesine ulaşamayan güçlendirilmiş numuneler, referans numunelerine kıyasla, dayanım ve deformasyon kabiliyeti açısından daha iyi bir performans sergilemişlerdir.

LAM ve arkadaşları (2006), yapmış oldukları çalışmada farklı basınç dayanımına sahip 152 mm çapında 305 mm yüksekliğinde toplam 18 adet iki seri silindir beton üretmişlerdir. Seri I betonların ortalama basınç dayanımları 41.1 MPa, Seri II ortalam basınç dayanımı 38.9 MPa olarak tespit etmişlerdir. Betonlar dışarıdan bir kat veya iki kat CFRP ile sarılmış sabit hızlı ve tekrarlı yüklemeler altında test ederek gerilme – şekil değiştirme kapasiteleri açısından karşılaştırılmıştır. Seri I betonları bir kat CFRP ile sarılarak güçlendirildiğinde ortalama basınç dayanımı yaklaşık 56 MPa, Seri II betonları iki kat CFRP ile sarılarak güçlendirildiğinde ortalama basınç dayanımı yaklaşık 78 MPa olarak bulunmuştur. CFRP ile sarılarak güçlendirilen betonların sabit hızlı ve tekrarlı yükleme altında test edilmesi sonucunda gerilme-şekil değiştirme eğrileri arasında çok az bir fark oluştuğu belirtilmiştir. Deney sonuçları mevcut sonlu elemanlar modelleri ile modellenmeye alışılmıştır. Sonuçların küçük ölçekli standart numuneler üzerinde yapılarak elde edildiği

16

belirtilmiştir. Ebat etkisinin olabileceği ve gelecekte tam ölçekli numuneler üzerinde inceleme yapılması gerektiği vurgulanmıştır.

Hua ve arkadaşları (2009), ortalama 41.1 MPa ve 57.5 MPa basınç dayanımına sahip iki seri kare kesitli kolonları CFRP ile kısmi sarma metodu kullanarak sarmışlardır. Birinci seri betonların içerisine donatı yerleştirilmeyip, ikinci seri betonlar içerisine donatı yerleştirilmiştir. Her serideki 15 adet numune 5 gruba ayrılmıştır. Birinci ve ikinci serideki numunelerden beşer adedinin orta bölgelerine denk gelen yüzeyleri tahrip edilerek CFRP ile sarılmış ve kolonların mekanik davranışlarına etkileri araştırılmıştır. Her numune iki farklı dayanıma sahiptir. Bunlar arasında dayanımı düşük kolonlarla yüzeyine hasar verilen kolonlar karşılaştırılmıştır. CFRP laminatlar kısmi sarılmalardaki iyileşmeyi görmek maksadı ile düşük dayanımlı bölüm üzerine sarılmıştır. Deney sonuçlarından elde edilen verilere göre; hasar verilmiş bölümler üzerinde yapılan güçlendirme, kolonların dayanım ve sünekliğini önemli ölçüde artırmıştır. Tüm güçlendirilen kolonların taşıma kapasiteleri, taşıma kapasitesi yeterli olan kolanlardan daha yüksek çıkmıştır. Var olan analitik model yardımı ile FRP ile yapılan güçlendirme teorik olarak doğrulanmıştır. Elemanların sadece zayıf bölgeleri güçlendirilerek aşırı maliyetten ve zaman israfından kazanç sağlanabileceği vurgulanmıştır.

Shin ve Bassem (2010), basınç dayanımları 47.3 MPa and 39.2 MPa arasında değişen standart silindir betonlar üretmişler, beton yan yüzeylerini çelik tel ve GFRP ile sararak betonların basınç yüklemesi altında test etmişlerdir. Üç farklı test numunesi üretmişlerdir. Silindir betonların yüzeylerine birinci grupta çelik tel sarmışlar, ikinci grupta GFRP sardıktan sonra üstüne çelik tel sarmışlar ve üçüncü grupta ise sadece GFRP sararak güçlendirmişlerdir. Yapılan güçlendirme çalışması ile 16-160 o

C sıcaklık arasında betonların basınç dayanımlarına ve sünekliklerine etkilerini araştırmışlardır. Yapılan deneysel çalışmada çelik tel sargı ve GFRP sargının birlikte kullanıldığı betonların dayanımlarında ve sünekliğinde önemli artışların olduğunu tespit etmişlerdir. GFRP ile güçlendirmenin yanında çelik tel sargı ile de betonların güçlendirilebileceği vurgulamışlardır.