Lifli polimer ardgerme sistemi (FRP aktif sargılama aparatı)

Bu çalışmada, öngerilmeli lifli polimer yardımı ile betonarme kesit üzerinde ardgerme uygulaması sonucu, aktif sargılama gerilmesi oluşumu sağlanmıştır. Bu güne kadar kullanılmış olan ardgerme FRP sargılama sistemleri, genleşen harç kullanan ardgerme yöntemi ve doğrudan ardgerme yöntemi olarak genelleştirilirse, bu çalışmada kullanılan teknik, doğrudan ardgerme ailesinde sınıflandırılabilir. Yapılan uygulamada diğer doğrudan ardgerme tekniklerinden farklı olarak, FRP ile betonarme kesit arasına köşeleri ortadan kaldıracak bir form oluşturan, çelik dolgu malzemeleri yerleştirilmiştir. Bu form dolgu parçaları konulduktan sonra tam bir daire şeklini almakta ve FRP’nin liflerine dik olan herhangi bir kuvvetin ya da gerilme yığılmasının oluşmasını engellemektedir (Şekil 3.20). Dolayısıyla FRP üzerindeki gerilme dağılımını etkileyen ve değiştiren tek parametre, ardgerme uygulandığında FRP’nin kendi üzerindeki ve dolgu parçaları üzerindeki sürtünme olmaktadır. Bu kullanımla birlikte, lifli polimer üzerinde oluşan eksenel çekme kuvvetinin, kare olan betonarme kesite tam bir çevresel sargılama gerilmesi olarak geçebilmesi ve lifli polimer üzerinde kolon köşelerinden dolayı olumsuz bir etkinin görülmemesinden öte hiç oluşmaması hedeflenmiştir.

Şekil 3.20: Lifli polimer, betonarme kolon arasında kalan ardgerme dolgu parçaları

Öngerilmeli FRP ile beton kesit arasında kalan dolgu parçalarının boyutları, Şekil 3.21’de görülmektedir.

340 mm 42 mm 77.5 mm 86 mm ₄₂ mm 340 mm 77.5 mm 11.5 mm

(a)

(b)

Şekil 3.21: Ardgerme dolgu parçalarının boyutları

Toplamda kolonun dört yüzeyine gelecek şekilde, her bir ardgerme şeridi için Şekil 3.21 (a)’dan üç, (b)’den bir adet üretilmiştir. (b) parçasının ön yüzden bakıldığında yüksek olmasının nedeni, FRP şeridi tutan silindirlerin şerit genişliği olan 42 mm’den büyük olma zorunluluğu ve bu fazlalık kısmında dolgu parçasına dayanması gerekliliğidir. Bu durum Şekil 3.22’de yer alan şematik çizimde görülmektedir. Ayrıca Şekil 3.21 (b) parçasının kolona dayanan yüzeyi sargılama alanının değişmemesi için girinti yapılarak azaltılmış ve (a) parçasıyla aynı boyuta getirilmiştir.

Şekil 3.22: Lifli polimer (CFRP) ardgerme sistemi genel görünümü

Lifli polimer, kesit çevresini sisteme uygun şekilde saracak biçimde ve bindirme payıyla birlikte iki kat olacak uzunlukta, belirlenen genişlikte kesilmiştir (Şekil

3.23). Şerit genişliği 40 mm olarak seçilmiştir. Bu genişliğin seçiminde, uygulanacak FRP de oluşacak kuvvet ile mekanik ardgerme sisteminde oluşacak gerilmelerin erken kopmayı önleyecek değerlerde tutulması ve mümkün olduğunca az miktarda lifli polimerin kullanımının sağlanması koşulları göz önüne alınmıştır. Ardgerme dolgu parçaları Şekil 3.21’de görüldüğü gibi CFRP şeritlerden 2 mm daha geniş imal edilmiştir. Bunun nedeni, dolgu parçaları üzerinde gerilen liflerin hiçbirinin, bu işlem sürecinde dolgu parçalarının üzerinden taşmaması ve kullanılan tüm şerit genişliğinin sargılama gerilmesi oluşumuna katılımının sağlanmasıdır.

Şekil 3.23: Karbon lifli polimerin (CFRP) hazırlanması

Lifli polimerin uçları, 150 mm’lik indirme boyu kadar ve kuruduğunda dolgu parçasının şeklini alabilmesi için parçanın üzerinde olacak biçimde, epoksi bazlı yapıştırıcı yardımıyla birleştirilmiştir (Şekil 3.24). Bu işlem sonucunda, 150 mm’lik parçası epoksi emdirilmiş ve şekillendirilmiş, çember biçiminde kapalı bir FRP şerit elde edilmiştir.

Dolgu parçalarının, kolon üzerinde belirlenen konuma getirilmesi sağlanmış ve üzerine daha önceden hazırlanış çember şeklindeki FRP şerit yerleştirilmiştir. Lifli polimere öngerilme verebilmek için Şekil 3.25’de görülen kilitleme sistemi tasarlanmış ve imal edilmiştir.

Şekil 3.24: Karbon lifli polimer uçlarının Şekil verilerek birleştirilmesi

Şekil 3.25: Lifli polimer için ardgerme kilitleme sistemi

Şekil 3.26’da uçları birbirine epoksi kullanılarak birleştirilmiş, çember şeklindeki FRP şeridin, kesit üzerine yerleştirilmesi şematik olarak gösterilmiştir. Lifli polimer, Şekil 3.24’ün üst bölümünde görüldüğü gibi FRP’yi tutan büyük millerden geçirilmekte ve kolon üzerine yerleştirilen dolgu parçalarının etrafına sarılmaktadır. Ardından FRP’yi tutan büyük millerin içerisinden, Şekil 3.25’de görüldüğü şekliyle bağlantıyı ve ardgermeyi sağlayan küçük miller yerleştirilerek, somunlar yardımıyla dış taraflardan sıkılmaktadır.

Şekil 3.27: Ardgerme işleminde gerilme değerinin ölçüldüğü çubuk yük hücresi

Ardgermenin oluşturulmasında kullanılan miller, FRP şeritler üzerine verilen öngerilmenin ölçülebilmesi ve deney sırasında öngerilme miktarındaki değişimin izlenebilmesi amacıyla, çubuk yük hücrelerine (load cell) dönüştürülmüş ve kalibre edilmiştir (Şekil 3.27). Ardgermenin oluşturulabilmesi için her bir aparatta bu millerden iki adet kullanılmıştır. Bu şekilde FRP şeridin alt ve üst liflerinin eşit olarak ve dengeli biçimde gerilmesi sağlanmıştır. Millerin iki ucundaki 70 mm’lik kısımlar, M14 dişli olarak ve deformasyon pullarının yapıştırıldığı ortada kalan 70 mm uzunluk ise 10 mm çapında olacak şekilde imal edilmiştir (Şekil 3.25, Şekil

3.27). Kapalı şerit halindeki FRP’yi tutan büyük millerin çapı, dolgu parçasına dayanan dış kısımlarda 40 mm, FRP’nin üzerinden dönmüş olduğu ortada kalan kısımda ise 35 mm’dir. Parça hakkında genel görünüm Şekil 3.22 ve Şekil 3.25’de yer almaktadır. Toplam yüksekliği büyük dolgu parçası ile eşit ve 86 mm olmakla birlikte, FRP’nin üzerinden dönmüş olduğu ortada kalan kısmının yüksekliği 42 mm’dir. Aktif sargılama sisteminde, liflere epoksi emdirilmeden öngerilme verildiği için gerilme hesaplarında her bir kat için kalınlık, birim ağırlığın lif yoğunluğuna bölünmesi ile elde edilmiştir (t = 0.13 mm).

42 mm

P

40 mm

76 mm42 mm

Şekil 3.28: Aktif FRP sargılama aparatlarının kolon üzerindeki yerleşimi

Şekil 3.28’de görüldüğü üzere, aktif FRP sargılama aparatlarının numuneler üzerine uygulanması ve yerleşiminde, her bir aparatın bindirme boyunun eşit yüksekliğine etki etmesi prensibi gözetilmiştir. Bindirme boyu yüksekliği yaklaşık iki

eşit uzunluğa ayrılarak, kolonun yapabileceği en büyük deplasman da elastik olarak göz önüne alınıp, aparat ucunun temele çarpmayacağı nokta, yerleşim seviyesi olarak belirlenmiştir. Şerit biçiminde pasif FRP sargılamada da, bir önceki bölümde belirtildiği gibi aynı yerleşim kullanılmıştır. Sistemin uygulanmış gerçek görüntüsü, Şekil 3.29’da yer almaktadır.

Şekil 3.29: Lifli polimer (CFRP) ardgerme sistemi uygulanmış genel görünüm