Lifli Polimer İle Sargılanmış Daire En Kesitli Ultra-yüksek Dayanımlı Beton Kolonların Davranışı

Abstract

Günümüzle lifli polimer kompozitler mevcut binaların onarım ve güçlendirilmesinde sıkça kulanılmaktadır. Lifli polimerlerin uygulandıkları elemanda sünekliği ve dayanımı arttırması ve daha kısa uygulama süresi ve daha az işçilik gerektirmesi gibi avantajları lifli polimer kompozitleri tercih edilen bir yapı malzemesi yapmaktadır. Ayrıca lifli polimerler bu avantajları ile mevcut yapılarda kullanımının yanı sıra yeni yapı sistemlerinde de kullanılmaktadır. Beton teknolojisine yenilikçi bir alternatif olan ultra-yüksek dayanımlı betonlar sunduğu yüksek basınç ve çekme dayanımı, sünekliliği ve kırılma enerjisi kapasitesi ile geleneksel betonlara göre üstün özelliklere sahiptir ve deprem bölgesindeki yapılar için önemli bir yapı malzemesidir. Bu çalışmada, bu iki malzemeden oluşan kompozit kolonların eksenel yük altındaki davranışı incelenmiştir. Çalışma beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde konuya giriş yapılmıştır. Sargılama davranışından bahsedilmiş ve araştırmacılar tarafından önceki yıllarda yapılan çalışmalar kısa ve öz olarak anlatılmıştır. Tez çalışmasının amacı ve kapsamı belirtilmiştir. Bu çalışmanın amacı ve kapsamı, lifli polimer sargılı daire en kesitli kısa kolonların eksenel yük altındaki davranışını eksenel gerilme-şekildeğiştirme açısından incelemektir. İkinci bölümde, ultra-yüksek dayanımlı betonlar hakkında genel bilgiler verilmiş ve lifli polimer ile sargılanmış kolonların davranışı kısa bir şekilde açıklanmıştır. Üçüncü bölümde, lifli polimer sargılı kolon numuneleri üzerinde yapılan deneysel çalışmalar açıklanmıştır. Bu bölümde lifli polimerlerin ve betonun mekanik özellikleri, deney düzeneğinin kurulması açıklanmıştır. Deneyler İTÜ Yapı Malzemesi Laboratuvarı’nda yapılmıştır. Deneysel çalışmada 6 adet sargısız beton ve 36 adet sargılı beton numunesi eksenel yük altında güç tükenmesi durumuna erişene kadar test edilmiştir. Deney sonuçları her bir lifli polimer için ayrı ayrı grafikler halinde sunulmuş ve sonuçlar tablo halinde verilmiştir. Buna ilaveten sonuçlar literatürdeki mevcut sargılama modelleri ile karşılaştırılarak modellerin LP sargılı ultra-yüksek dayanımlı beton kolonların dayanımını ve bu dayanıma karşılık gelen şekildeğiştirme değerinin tahmin performansları irdelenmiştir. Dördüncü bölümde, ABAQUS sonlu elemanlar paket programı kullanılarak numuneler sayısal olarak modellenmişlerdir. Deney sonuçları ile sonlu elemanlar analizi sonuçları tablo ve grafikler yardımıyla karşılaştırılmışlardır. Beşinci bölümde ise çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar belirtilmiştir.

Fiber reinforced polymers (FRP) are widely used to repair or strengthening of existing structural members. Some advantages of FRP such as increasing ductiliy, strength and short implementation period make it a preferable construction materials. Also FRP is used for new constructions with these advantages. Ultra-high performance concrete (UHPC) is an innovative alternative for concrete technology. UHPC has an unique properties such a higher compressive strength, higher tensile strength and higher fracture energy capacity than conventional concrete. In this study, behaviour of FRP-wrapped columns are investigated. The study consist of five chapter. First chapter is an introduction and in this chapter, confinement behavior is explained in general and previous studies related to FRP confined concrete are given, briefly. Lastly, the aim and scope of this thesis is given which is investigation of behaviour of FRP-wrapped ultra-high performance concrete circular columns under axial load in terms of axial stress-axial strain relationship. In the second chapter, general information about UHPC is given and behavior of FRP confined concrete are explained in a short manner. In the third chapter, experimental program is explained. All column tests are performed in Structural Materials Laboratory of Civil Engineering Department in Istanbul Technical University by using with a 5000 kN capacities of INSTRON testing machine. Six plain concrete cylinders with a length of 200 mm and a diameter of 100 mm is tested to determine 28-day average compressive strength. From the test results, the 28-day average compressive strength is obtained as 159 MPa. 36 cylindrical specimens (100mm x 200mm) are wrapped by three different types of FRP materials and four different number of layers (2,3,4,5) for each FRP. Total of 42 specimens are tested under axial load until failure. The test results shows there is significant increase in both axial strength and axial strain capacities. The biggest increase in axial strength and axial strain is %48 and %124, respectively. All results are shown in both graphical and table format. In addition, FRP confined UHPC strength and corresponding strain which are obtained from test results are compared with the existing confinement model predictions proposed by another researchers. In fourth chapter, commercial three-dimensional finite element (FE) program ABAQUS 6.8 is used to simulate axial load behaviour of FRP wrapped UHPC columns numerically. The axial stress-strain relationship of columns obtained from test results are compared with FE results. Results are both presented in graphical and table format. A good agreement is achieved between test and FE results. In the fifth chapter, the results of this thesis are summarized.