State-of-the-art in repair and strengthening of reinforced concrete buildings

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı, beton hasarı konusunda bası temel hususlar ve yapı hasarından önce veya sonra onarım ve/veya yapıların güçlendirilmesi için kullanılan bazı tekniklerin gözden geçirilmesidir. Hasar görmüş ve/veya zayıf olan yapıların akılcı projelendirilmesi mühendisin karşılaştığı en zor problemlerden biri olduğu kabul edilmektedir ve bunun be lirli sayıda sebebi vardır; mevcut yapıların değerlen dirilmesi ile ilgili belirsizlikler, alışılagelmişin dışında analitik modellere olan ihtiyaç ve ayrıca mühendisin yapı hakkındaki malumatının da genellikle çok mükemmel olmaması. Hasar görmüş bir yapının hasar seviyesi ve bu seviyeyi göstermek için kabul edilen yollar herhangi bir teknik yönetmelikte yer almamıştır. Hasar görmüş ve zayıf yapıların iyileştirilme sine ait önemli adımlar Sekil i de görülmektedir. (Betonarme yapıların değerlendirilmesi ve yeniden projelendirilmesi için düşünülen model) Analitik ve deneysel verilere sahip olan betonarme yapıların onarımı ve güçlendirilmesi ile ilgili bazı temel kavramlar kısaca gözden geçirilmiş ve, bu alanda bugünkü durum ve bu maksat için kullanılan malzeme ve teknikler kısaca verilmiştir. Onarım/güçlendirme pratiği araştırıcıların dikkati ni sadece son zamanlarda çekmeye başladı, fakat onarım ve güçlendirme uygulama olarak yapım pratiği kadar eskidir. Yapım kalitesi oldukça zayıf olduğundan problemli durumlara çok sık rastlanılan gelişmekte olan ülkelerde onarım/güçlendirmeye ait iyileşmeler daima yaygın olarak mevcuttur. Dünya ülkelerinin çoğunda ona rım ve güçlendirme uygulaması sezgiye dayanmaktadır. Yapısal elemanların iyileştirme sonrası davranışı ve sonuç olarak tüm yapı sisteminin davranışı üzerindeki xıx etkisi ne bilinir ne de bakılır. Bu çalışma bat onarma yapıların iyileştirilmesi için betonarme binaların değerlendirilmesinde kullanılan met od ve teknikleri biraraya getirmesi yanında o- narım/güçlendirme için kullanılan malzemeleri de özetlemektedir. Ayrıca betonarme yapı elemanlarının onarım/güçlendirilmesi hakkında mevcut güvenilir deneysel verileri de özetlemektedir. Bazı analitik ve deneysel çalışmalar değişik Avrupa ülkelerinde, Asya ve Kuzey Amerika ülkelerinde, özellikle Balkan ülkeleri, Japonya ve Amerika Birleşik Devletlerinde yürütülmektedir. Hasar görmüş ve/veya zayıf binaların muayenesi için gerekli işlemler ve mevcut (hasarlı veya hasarsız) bir binanın değerlendirilmesi geçici koruma CPathology image, geçici koruma için güvenlik tedbirleri, kalın yapısal karakter istiklerin tahmini) belgelerinin tahmini ile Bölüm 2 ve Bölüm 4 de sunulmuştur. Hasar görmüş ve/veya zayıf binanın gözden geçirilmesinde ana gaye, yapıdaki hasarın artması durumunda muhtemel malzeme kayıplarını en aza indirmeye kadar yapıdaki hasarın nitelik ve derecesini ayrıntılarıyla belirle mek ve kaza ve yaralanma riskini ortadan kaldırmak i- çin geçici mesnetlerle güvenlik tedbirlerini yerleş tirmektir. Kusurlu veye hasar görmüş betonarme bir yapının yeniden projelendirilmesinde önemli hazırlayı cı adımlar, ölçüm ve testler yanında yapı hakkında ve rilerin toplanması ve yapının muayenesidir. (Sözden geçirilmesi, incelenmesi) Bu adımlar kazai etkilerin bilinmediği zaman bunların tahmin edilmesiyle Bölüm 2* de kısaca tartışılmıştır. Seçici koruma için önerilmiş olan teknikler düşey ve yanal mesnet oluşturma metotlarının dahil - edilme siyle Bölüm 3Tde tartışılmıştır. Geçici koruma ted birlerinin hasar görmüş binaya yakın oturan alanlarda ki insanlara emniyet sağladığı, ayr ıca tamir ve güçlen dirme yapan isçilere güvenlik sağladığı, bu geçici koruma tedbirleri bazı temel işlemlerle kısaca ince lenmiştir. Kalıcı yapısal karakter isti ikler inin hesabı (ri- Jitlik, mukavemet,dükt il ite) Bölüm 4 de genel analitik metodlarla, mekanik etkiler olması durumunda malzemenin kuramsal kanunlar ı, yangın ve korozyon sonrasının dahil XX edilmesiyle kısaca gözden geçir imist ir. Farklı yükleme şartları altında (monoton gerilme davranışı, tekrarlı gerilme davranışı, tekrarlı geri devirli gerilme dav ranışı) çeliğin davranışı yukarıda bahsedilen davra nışları yansıtması için önerilen çeşitli analitik me- todların incelenmesiyle Bölüm 4 de kısaca özetlenmiş tir. Son 20 senede önerilen betonun geri devirli yükleme altında bir, iki ve çok eksenli davranışının yaklaşımı için çok sayıda malzeme modelleri de Bölüm 4 de kısaca verilmiştir. Monotonik ve geri devirli etki ler altında yerel aderans- yerel kayma modelleri de özetlenmiştir. Ayrıca farklı araştırıcılar tarafından rapor edilen betonarme yapıların çelik ve beton bile şenleri üzerine yangın etkileri de Bölüm 4 de özetlenmiş bulunmaktadır. Eğilme ve eksenel yük etkisindeki betonarme ele- mani er in kalıcı yapısal karakter isti i ki er i malzemenin kuramsal kanunlarına dayanılarak, moment- eğri 1 ik di- diyagramlarının hesaplanmasıyla elde edilebilir. Mo ment-eğrilik ilişkisinin hesabında kullanılan metot lar analitik bir düzlem olan genel lif metodu kısaca özetlenmiştir. Model Akılcı bir yolla hasar belirlemek için metod bul maya yönelik girişimler hasarın tam ve hassas tanımıy la başlamalıdır. Çünkü hasar kelimesi yaygın olarak farklı bütün olaylarda kullanılmakta ve kişiye göre farklı tercüme edilmektedir. Betonarme elemanların hasarı, ilgili elemanların daha fazla yük tasıma kapa sitesini netice veren fiziksel bozulmanın özel bir de recesi olarak belirtilmelidir. Benzer olarak bir ele manın göçmesi, kişiye göre farklı olarak tanımlanan kalıcı yük tasıma kapasitesinin belirlendiği özel bir hasar seviyesini belirtir. Betonarme bir elemanın hasarının yukarıdaki tanımı, hasar mefhumu, betonarme elemanların hasar ve göçmesinin temel tartışması ve beton hasar modelleri Bölüm 5 de kısaca özetlenmiştir. Onarım ve/veya güçlendirme islerinde çeşitli tek nolojiler ve malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. Proje yapanlar bu malzeme veya tekniklerin bazılarında tecrübesiz olabilirler. Betonarme yapıların onarımında pol imer malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu polimer malzemeler epoksi reçineleri, oluşturulan po- 1 imer betonu ve bazı polimer içermeyen özel çimento ve katkıları gibi malzemeler onarım islerinde kullanıl- xxı maktadır. Geleneksel olan normal yerinde döküm beton onarım ve güçlendirme islerinde sık sık kullanılmakta dır, fakat kullanılan betonun çimentoya bağlı olarak hacim değişikliği yapması dolayısıyla eski ve yeni eleman arasındaki iyi temasın bozulması ihtimaliyle sonuç daima memnuniyet verici değildir. Bu malzemeleri kullanmak için temel özellikler ve öneriler Bölüm 6 da gözden geçirilmiştir. Püskürtme beton ve harçlar da Bölüm 6 da tartışılmıştır. Onarım ve/veya güçlendirmede kullanılan malzeme ve tekniklerin özetlenmesin in amacı, bir yapı mühendisi bir onarım/güçlendirme projesini ele aldığında evvela kullanılacak olan onarım malzemesi ve gerekli uygulama özelliklerine karar vermesi gerekti- tiği içindir. Onarım/güçlendirme de kullanılan tekniklerle il gili pek çok temel kavramlar deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Yapısal anlamda onar im, hasar 1 1 eleman veya yapının yapısal dayanımını eski durumuna getirme işlemi, ve güçlendirme ise yapı elemanı veya yapının dayanımının eski durumunun üzerinde bir düzeye getirme işlemi olarak tanımlanabilir. Betonarme binaların onarım/güçlendirilmesine ilişkin mevcut güvenilir de neysel veriler ve kullanılan teknikler Bölüm 7 de tartışılmaktadır. Yeni yapısal elemanlara (perde du varları, mevcut çerçevelere duvar ilavesi, mevcut çerçevelere çelik çarpr azlar ve mevcut çerçeve bina lara payandalar!* giriş de özetlenmiş ve aynı bölümde tartışılmıştır. Son iki bölüm projelendirme işlemi ve hesap tek nikleri ve ilave düzenlemelerin boyutu ile ilgilidir. Betonarme binalarda farklı elemanlar (kolonlar, ki rişler, ilave perde duvarlar, çelik çaprazlama) da onarım ve güçlendirme için ilave yapısal düzenlemede kullanılan hesap metodu son bölümde özetlenmiştir. Hasar görmüş ve/ veya zayıf betonarme yapıların projelendirilmesi ve değerlendirilmesinde kullanılan temel teknik ve met od lan kapsayan bu çalışma, betonarme binaların yeniden projelendirilmesi ve değerlendirilmesinde konu ile ilgili mimar ve mühen dislere rehber olacaktır.

The purpose of this thesis to review some basic facts about concrete damage, and review some techniques used for interventions by repairing and/or strengthening, before and after building damage. The necessary procedures for the inspection of damaged and/or weak building, and assessment of an existing (damage or not? buildings are presented in this document including temporary protection. Estimation of residual structural characteristics. Also quantifying damage and di fin i t ion of damage is breifly discussed. Polymer materials are commonly used in the repair of concrete structures. These polymer materials include the epoxy resins, producing polymer concrete, and some non- polymer materials, such as special cement and additives are used in repair works. Traditional normal cast- in- place concrete is often used in repair and strengthening works, but always the results are unsatisfactory, mainly because of the -volume change shown by the cement-based concrete used, that impairs every possibility of good contact between the new a nd the old element. The basic properties and recommendations to use these materials are reviewed in this study. Additional reinforcements, the use of incorporated steel profiles, also infilling and bracing techniques are briefly reviewed. Shotcrete (gunite), and grouts also discussed. The techniques used for repair /strengthening of buildings, which have a back analytical and experimental data related to the different elements in a building (columns, beams, column-beam Joints, slabs, shear walls, foundations) are summarized with some recommendations and provisionals. Also introduction of new structural elements (infilling shear walls, adding side walls to existing frames, infilling steel brace into existing frame, and adding buttresses to existing frame building) are summarized and discussed. The calculation method used for dimensioning of additional structural arrangement for repair and strengthening for different elements in reinforce concrete buildings (columns, beams, in- filled shear walls, steel bracing) summarized in last chapter.