Korozyona Uğramış Düz Ve Nervürlü Donatılı Betonarme Kolonların Deprem Yükleri Altında Davranışı

Abstract

Yaşlı ve hasarlı yapı stokunun rehabilite edilmesi inşaat sektörünün önündeki en büyük problemlerin başında gelmektedir. Özellikle rutubetli çevre koşullarında, beton kalitesinin düşük olduğu durumlarda veya beton bileşiminde kullanılan malzemelerin klor ihtiva etmesi durumunda meydana gelen donatı çeliği korozyonu ve bunun sonucunda betonda oluşan çatlaklar, onarım gerektiren hasarların arasında en yaygınlardan biridir. Korozyon miktarına bağlı olarak, donatı ve beton arasındaki aderansın olumsuz yönde etkilenmesi, donatı kesitinin azalması ve paspayının çatlayarak ayrılması görülebilir. Tez kapsamında, korozyona uğramış düz yüzeyli ve nervürlü donatıya sahip betonarme kolonların yatay yükler altındaki davranışı deneysel ve analitik olarak olarak incelenmiştir. Deneysel çalışma için üç tip numune üretilmiş ve numuneler hızlandırılmış korozyon işlemine maruz bırakılmıştır. Hızlandırılmış korozyon işlemi için, beton karışımına kalsiyumklorür (CaCl2) çözeltisi ilave edilmiş, numunelere belirli aralıklarla CaCl2 çözeltisi püskürtülmüş ve anot ve katod bölgeleri arasında 6 Volt sabit potansiyel farkı uygulanmıştır. Korozyon potansiyeli ve akım değerleri belirli aralıklarla lineer polarizasyon ve yarı-hücre potansiyeli ölçüm teknikleri kullanılarak korozyonmetre ile ölçülmüştür. Numuneler, sabit eksenel yük ve tersinir çevrimsel yük altında denenmiştir. Birinci tip numuneler, Türkiye’deki yapılarda sıklıkla karşılaşılan, ilgili yönetmeliklere uygun olmayan şekilde inşa edilmiş (düşük dayanımlı beton, düz yüzeyli donatı, kancasız bindirmeli ekli, yetersiz enine donatı ve detayları) yapı elemanlarını temsil etmektedir. İkinci tip numuneler, Türkiye’de geçerli deprem yönetmeliğine uygun (normal dayanımlı beton, nervürlü donatı, yeterli enine donatı ve detayları) şekilde üretilmiştir. Üçüncü tip numune, birinci tip numuneler ile aynı özelliğe sahip olup ek olarak boyuna donatıda kanca bulunmaktadır. Deney sonunda elde edilen dayanım, yerdeğiştirme kapasitesi, süneklik, donatıda oluşan şekildeğiştirme dağılımı, moment-eğrilik ilişkileri ve yerdeğiştirme bileşenleri değerlendirilerek korozyona uğramış betonarme kolonların deprem yükleri altında davranışı açıklanmaya çalışılmıştır. Deney sonuçlarına göre, birinci tip numunelerde, kolon-temel arayüzünde donatıların sıyrılması etkili olmuştur. Referans numune, sıyrılma davranışı sebebiyle teorik kapasitesine ulaşamamıştır. İleri seviyede korozyona uğramış donatıya sahip numunenin, korozyon ürünlerinin düz donatı üzerinde birikmesi ile beton ve donatı arasındaki aderansın bir miktar artması sonucu korozyonlu duruma göre yapılan kesit hesabına göre teorik kapasitesine ulaştığı gözlenmiştir. Bu tip numunelerde, korozyon sebebiyle düz donatı ve beton arasındaki aderansın bir miktar artması sonucu dayanım bir miktar artmış, ancak yerdeğiştirme kapasitesi azalmıştır. Deney sonuçlarına göre, ikinci tip numunelerin göçme modunda eğilme davranışı hakim olmuştur. Donatı kesitinin azalması sonucu, referans numunenin filiz donatısı %8 öteleme oranında koparken, ileri seviyede korozyona uğramış donatıya sahip numunenin filiz donatısının %2 öteleme oranında kopması yerdeğiştirme kapasitesinde önemli oranda azalma olduğunu göstermektedir. Yapıların deprem performansı açısından, yerdeğiştirme kapasitesindeki azalma en az dayanımdaki azalma kadar önemlidir. Analitik çalışmada, korozyonun aderans dayanımına etkisi ve korozyon sebebiyle donatıdaki plastik deformasyonların oyuklar etrafında toplanmasının etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, kolon donatıları korozyona uğrayan (oyuklanma korozyonu sonucu varsayımı ile) kuramsal bir betonarme binanın, doğrusal olmayan itme analizi ve doğrusal olmayan zaman tanım alanında analizi yapılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçların değerlendirilmesi ve korozyona uğramış elemanların deprem davranışlarının belirlenmesini sağlayan analitik yöntemlerin geliştirilmesi ile önemli bir deneysel veri tabanı oluşturulması amaçlanmıştır.

One of the major problems of the construction sector is the rehabilitation of the old and damaged structure stock. Corrosion of reinforcing bars and the resultant cracks in concrete structural members are among the most common reasons of damage that require repair, particularly in humid environments, where porosity of concrete is relatively higher or when the ingredients of concrete include chloride. Depending on the corrosion level, loss of bond between concrete and steel reinforcement, loss of cross-sectional area of reinforcing bar and cracking of concrete cover can be observed. In this thesis, an experimental and an analytical study is carried out for investigating the seismic performance of the corrosion damaged RC columns with plain and deformed bars. Three types of specimens were produced and subjected to accelerated corrosion process. For accelerated corrosion, calcium chloride (CaCl2) was added into the mixing water during concrete casting to develop rapid corrosion. After casting, to increase the corrosion rate even more, calcium chloride solution was sprayed over sides of the columns and a fixed potential of 6 Volts was applied. The corrosion potential and rate values were periodically measured by linear polarization and half-cell potential methods by using corrosionmeter. Then, the specimens were tested under constant axial load and reversed cyclic loads. The first type specimens represent the existing structures, which were built without complying the design codes (low strength and low quality concrete, plain bars, insufficient transverse reinforcement and detailing) which are usually encountered in Turkey. The second type of specimens was constructed in accordance with new design code (normal strength and good quality concrete, deformed bars, sufficient transverse reinforcement and detailing). The third type specimen was similar to the first type specimens with an additional hook detailing of longitudinal bars. For summarizing the test results, a number of behaviour characteristics; such as strength, displacement capacity, ductility, strain distribution, moment-curvature relationship and displacement components, which are among main indicators of seismic performance, are evaluated. According to the test results, slip of column main bars at the column-footing interface dominated the behavior of the first type specimens. The reference specimen did not reach its theoretical load capacity due to slip, while the specimen with corroded reinforcing bars, which were heavily corroded, reached its theoretical load capacity considering the cross-sectional area of corroded reinforcing bars due to an increase in bond between plain bars and concrete. Although, the strength of the specimen with heavily corroded reinforcing bars was higher than the reference specimen due to better bond characteristics resulting from corrosion products, displacement capacity was reduced remarkably when compared with reference specimen. According to the test results, flexural effects dominated the behavior of the second group specimens. The reinforcing bars of reference specimen and the specimen with heavily corroded reinforcing bars ruptured at 8% and 2% drift ratios, respectively, which indicated a remarkable loss in displacement capacity due to corrosion. The loss in displacement capacity is at least as important as degradation of strength in terms of seismic performance. In the analytical phase of the study, the effect of corrosion on bond mechanism and the effect of localized plastic deformations of steel bars due to corrosion were investigated. Nonlinear pushover analysis and nonlinear time history analysis of a hypothetical RC structure which has columns with corroded deformed reinforcing bars (with the assumption of pitting corrosion) was investigated. The aim of the study is to obtain a substantial database by evaluating the test results and improving the analytical methods for the seismic performance assessment of buildings with corrosion damaged structural members.