İnşaat Mühendisliği Bölümü ı Malzemelerikisi.deu.edu.tr/burak.felekoglu/04.Polipart3.pdf · 1 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Alternatif Yapı

1

Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

Alternatif YapıMalzemeleri

4. Yapılarda polimer kullanımı4.5. FRP kompozitlerin onarım ve güçlendirmede kullanımı

4.5.6. Düğüm noktalarının güçlendirilmesi ile ilgili yaklaşımlar

4.5.1. Giriş

4.5.2. Eğilme ve kesmeye çalışan elemanlarda (kirişler ve döşemeler) kullanılan malzeme ve yöntemler 4.5.3. Eksenel yük altındaki elemanlarda (kolonlar, viyadük ayakları) kullanılan malzeme ve yöntemler

4.5.5. Onarım ve güçlendirmede kullanılan FRP malzemelerle ilgili örnekler4.5.4. Diğer yapı elemanlarında ve dolgu duvarlarda kullanılan malzeme ve yöntemler

2

Onarım (repair): Yapı elemanında çeşitli nedenlerle meydana gelen bozulmaların tamiratıdır. Yapısal bir taşıma gücü artışı yoktur.

Güçlendirme (retrofitting or strengthening): Yapı sisteminin belli bir amaç için mevcut taşıma gücünün arttırılması için yapılan çalışmalardır.

4.5.1. Giriş

Yapı sistemi güçlendirme; uzmanlık, tecrübe ve bilgi birikimi gerektiren bir iştir.

Beton çekmede zayıf, basınçta kuvvetli iken plaka formundaki FRP kompozitlerçekmede güçlüdür ancak düşük basınç kuvvetlerinde bile kolayca burkulur. Bu iki malzemenin kombinasyonu ile her iki malzemenin avantajlı özellikleri biraraya getirilirken zayıflıkları ortadan kalıdırılabilir.

3

4.5.1. Giriş

Betonarme elemanların onarım ve güçlendirilmesinde kullanılan yöntemler:

1. Dıştan FRP plaka yapıştırma [external plate bonding (EPB)] ve kumaş FRP ile sarma 2. Çubuk formda veya plakadan kesilmiş şerit formda FRP'nin yüzeye yakın bölgeye uygulaması [Near Surface Mounted (NSM) rods or plates]

Mevcut betonarme elemanın eğilme etkisinde en çok zorlanan

kesitine monte edilebilir.

EPB

NSM

4

Güçlendirme yöntemleri iki sınıfa ayrılır:

a) Pasif güçlendirme: Yapıya gelen yükler dikkate alınmadan sadece mevcut yapıelemanlarının enkesitleri büyütülerek veya yeni elemanlar eklenerek-yapıştırılarak yapılan güçlendirmedir.

- Yapı elemanının eksenel, eğilme veya kesme yüklerine karşı taşıma gücü ve rijitliğiarttırılır. Ancak yeterli bir yaklaşım değildir. Çünkü tek bir elemanı güçlendirmek sistemin performansı açısından olumsuz sonuçlar doğurabilir. Daha çok mevcut taşıma gücünü herhangi bir nedenden dolayı yitirmiş elemanlarda eski performansına geri dönüş için tercih edilmesi gereken bir yöntemdir.

- Yapı sistemi modellenerek, sistemin performansını arttırıcı güçlendirme yöntemleri kullanmak daha doğru bir yaklaşımdır. Bu tür hesap yöntemleri dersin kapsamıdışında olup, burada sadece güçlendirme malzemeleri, uygulama teknikleri ve yapılan bazı deney sonuçları üzerinde durulacaktır.

b) Aktif güçlendirme: Art germe yöntemleri kullanılarak kirişlerde eğilme rijitliğiniarttırıcı yöntemlerdir.

4.5.1. Giriş

Vid slayt 4b: Kolonlarda art germe ile güçlendirme

Vid slayt 4a

5

Onarım ve/veya güçlendirmeye ne zaman ihtiyaç duyulur:

- Yapıya etkiyen hareketli yüklerde hesapta öngörülmeyen artışlar olduğunda

- Yapının kullanım amacı değiştirilip daha yoğun kullanım olduğunda

- Köprülerde genişletme gereksinimi olduğunda

- Ön gerilmeli kirişlerde, gerilme kaybı tespit edildiğinde

- Yeni tasarım yaklaşımları ile şartname ve yönetmeliklerde değişiklikler yapıldığında

- Üretim sırasında yetersiz malzeme kullanımı, hatalı işçilik vb. problemler yapısal sistemde risk oluşturduğunda.

- Zamana bağlı olarak yapı elemanlarının dış etkilerle yıpranması ve taşıma gücünükaybetmeleri nedeniyle.

Pek çok betonarme ve çelik yapı servis ömründen daha kısa sürelerde yukarıda sıralanan nedenlerden dolayı onarım ve/veya güçlendirmeye ihtiyaç duymaktadır.

4.5.1. Giriş

6http://www.remyapisal.com/index/frp.htmHesap yöntemleri ile ilgili öneriler

4.5.1. Giriş

Onarım ve/veya güçlendirmede FRP kompozitlerin kullanımı

http://www.remyapisal.com/index/projects.htm

7

Betonarme ve çelik yapıların eğilmeye çalışan elemanlarında kullanılabilecek malzemeler

- Plaka veya kumaş formundadır. Kirişe alttan yapıştırılır.

-Tek başına kullanıldığında eğilme yükü altında betondan kolayca sıyrılır. Bu nedenle FRP kumaşlarla sarılarak (U sarma kullanılması daha uygundur.)

- Çubuk formda elemanlar betona ankraj ve yapıştırma yoluyla uygulanır.

Kumaş (sheet) formunda CFRPPlaka (plate, strip) formunda CFRP

4.5.2. Eğilme ve kesmeye çalışan elemanlarda (kirişler ve döşemeler) kullanılan malzeme ve yöntemler

Vid 7a Vid 7cVid 7b

8

4.5.2. Eğilme ve kesmeye çalışan elemanlarda (kirişler ve döşemeler) kullanılan malzeme ve yöntemler a) Sadece kirişlerin eğilme rijitliğinin arttırılması amacıyla rijit FRP plakalar epoksireçinesi ile yüzeye yapıştırılır. Sağlıklı bir uygulama değildir. Çünkü plakalar eğilme etkisi sonucu oluşan sehimle birlikte betondan delamine olabilir.

9


10

b) Plakalarla eğilme rijitliği arttırılan kirişte plakaların delaminasyonunu engellemek için kumaş FRP ile sarılmasıavantajlı olacaktır.

U şeklindeki sarma aynı zamanda kayma donatısına destek olur ve sıyrılmayı zorlaştırır.

FRP kumaşlar yüzeye çeşitli reçine ve boyalarla uygulanır. (UV ve yangın dayanıklılığı)


11

Önce CFRP plakalar yapıştırılıp üzerine CFRP kumaşlar sarılmıştır.

Gatwick Havaalanı güney ternimaline yeni yürüyen merdivenlerin eklenmesi planlanmış. Bu merdivenleri taşıyacak sistemin yeniden tasarlanması bazı kirişlerin güçlendirmesi gerekmiştir. Güçlendirme için CFRP malzemesi kullanılmıştır (2010).


12


GFRP ile sarılmış bir kiriş örneğinin eğilme deneyi

13

c) Araç çarpması kaynaklı darbe ile hasar gören prefabrik kirişlerin yerinde onarımı


14

d) Korozyon nedeniyle paspayı tabakasıkapak atan kirişin donatı arkasına kadar açılıp temizlendikten sonra tamir harcıuygulanması ve FRP ile eğilme rijitliğininlokal olarak arttırılması


15

e) Sadece döşeme sehiminin sınırlandırılması veya yük taşıma kapasitesinin arttırılması için yapılan uygulamalar


f) Tarihi yapılarda kubbe rijitliğinin arttırılması için yapılan uygulamalar (İtalya)

Vid slayt 15

16

g) Tarihi kemerlerde kilittaşı bozulmalarının yaratacağı göçük riskinin azaltılması (İtalya)


17

Alttaki FRP

Üstteki FRP


18

h) Kirişlerde kayma direncinin arttırılması için kullanılabilecek FRP uygulamaları

Bu amaçlı pahlı L formunda rijit plaklar da mevcut


19

i) Viyadük ayaklarında kesme güçlendirmesi Sika 1999


j) Üzerinden yük ağır yük geçecek köprünün eğilme ve kesmeye karşıgüçlendirilmesi (İnş.Müh.A.Ceylan)

20

k) FRP plaka ve kumaşlar kullanılarak tüm köprü kiriş-tabliye sistemi güçlendirilebilir.


21

Çelik ve ahşap kirişlerde de CFRP kullanımı mümkündür.

Glulam

l) Çelik profillerde ek yük taşıma kapasitesi veya sehim sınırı için CFRP uygulaması


CFRP: 1500 MPa çekme dayanımı ve isteğe göre 220-420 GPa E-modülü

22

m) Ahşap kompozit kirişlerde eğilme ve kesme rijitliği artışı


23

n) Tarihi dökme demir (cast iron) kirişlerin güçlendirilmesi (2003)

Linney Lane Rail Bridge, Oldham


24

o) Öngerilmeli betonarme kirişlerde öngerilme kaybı kirişte çatlaklara neden olmuştur (İtalya). 1998 yılında yapılan CFRP uygulamasında krikolarla kaldırılan kirişe CFRP plaka ve kumaşlar sarılarak sehim yapması engellenmiştir. Ayrıca hesaplar sonucu kirişin kesme etkisinde kalan bölgelerine plakalar monte edilmiştir.


25

p) Özellikle çelik köprü kirişlerinde art germe uygulamalarında CFRP donatı çubuklarıkullanılmaktadır.

CFRP çubuk veya halatlar kullanarak ard germeli güçlendirme uygulamaları


26

Karbon ve cam takviyeli donatı çubukları

4.5.2. Eğilme ve kesmeye çalışan elemanlarda (kirişler ve döşemeler) kullanılan malzeme ve yöntemler r) Betonarme yapılarda FRP kompozitleri, tek boyutlu çelik donatı veya hasır donatıyerine kullanılabilir. Ön veya art gerilmeli beton uygulamalarında yüksek dayanımlıöngerilme donatısı veya halatı olarak başarı ile kullanılmaktadır.

Ancak işlenebilirlik?

27

s) CFRP donatı çubukları daha çok köprü genişletme çalışmalarında art germeli kirişimalatında (post-tensioning systems) kullanılmaktadır.

Uygulaması köprü genişletme


28

a) Kolonlarda boyuna ve enine donatı (etriye) desteği sağlama ve böylece eksenel yük taşıma kapasitesini arttırma amacıyla FRP plaka ve kumaşlar kullanılır.

4.5.3. Eksenel yük altındaki elemanlarda (kolonlar, viyadük ayakları) kullanılan malzeme ve yöntemler

29


30


Dıştan etriye sıklaştırılması

Dikdörtgen kesitlerde pahlamaya dikkat

edilmelidir.

31

b) Rijitlik-düktilite dengesini sağlamak için biraz daha düşük dayanımlı ve şekil değiştiren kapasitesi fazla liflerle üretilen FRPler ile yapılan çalışmalar son yıllarda önem kazanmaktadır.


32

Cam lifi kumaş uygulaması Karbon lifi kumaş uygulaması

c) Korozyondan hasar görmüş betonarme kolonların FRP ile tamiri (GFRP ve CFRP yan yana uygulanmıştır.)


33

Cam lifi kumaş uygulaması Karbon lifi kumaş uygulaması

?


34


d) Islanma-kuruma bölgelerinde korozyondan hasar görmüş çelik iskele kazıklarının FRP sargılarla güçlendirilmesi ve korunması

Profil ile FRP arası boşluğa genleşen şerbet dökülmüştür.

35


e) Deformasyonların sınırlandırılması için kolonlarda FRP plaka ve sargılar kullanılabilir.

Utah, ABD, 2004

36

f) Silolarda FRP ile onarım ve güçlendirme

4.5.4. Diğer yapı elemanlarında ve dolgu duvarlarda kullanılan malzeme ve yöntemler

Silo dış çeperinde izler açılıp CFRP çubuklar yerleştirilmiş ve epoksi ile kaplanarak donatılandırma yapılmıştır.

NSM (near surface mounting) yöntemi

37Isı önemli


g) Bacalarda FRP ile onarım ve güçlendirme

38

h) Termik santral soğutma kulelerinin güçlendirilmesi projesi (2000)

Kevlar (aramit) FRP1974'te yapılan kuleler 104 m yüksekliğindedir.

West Burton Power Station, Nottinghamshire

Koruyucu poliüretan kaplama


39


i) Çelik borularda ve boru hatlarında onarım ve güçlendirme için FRP kaplama

40


j) Tünellerde FRP kullanımı

41

k) Tarihi yapılarda taş veya tuğla duvarların rijitliğini arttırmak için FRP plaka ve şerit kumaşlar kullanılmaktadır.


Dolgu duvarlarda da FRP uygulamaları

42


l) Betonarme çerçevelerin dolgu duvarların FRP kumaşlar yardımıyla rijit çerçeve elemanları oluşturulabilir.

Vid. CFRP ankraj

43

GFRP

44Prof.Dr. Alper İlki

İstanbul Teknik Üniversitesi, 2007


Betonarme çerçevelerin dolgu duvarların FRP kumaşlar yardımıyla rijit çerçeve elemanları oluşturulabilir.

45

m) Patlamalara dayanıklı dolgu duvar tasarımında modifiye FRP kompozitlerkullanılmaktadır. FRP kompozitlerin gevrek yapısı kullanılan reçine değiştirilerek azaltılmakta, böylece darbe etkisinde düktil davranış göstermeleri sağlanmaktadır. Bu amaçla poliüretan reçineler kullanılarak FRP kompozitlerin uzama kapasitesi %400'e kadar çıkartılabilmiştir (Casadei and Agneloni). Birkaç tabaka FRP kompozitibiribirine yapıştırarak kullanmak duvarın deformasyon yapma ve enerji sönümleme özelliğini arttırmıştır.

Elastic Systems for Dynamic Retrofitting of Structures E.S.D.R.®


46

1. Eski öngerilmeli köprü kirişlerinin güçlendirilmesi ile ilgili deneysel bir çalışma

Bu çalışmada, 40 yıllık öngerilmeli betonarme kirişlerin çeşitli CFRP malzemeleri ile dıştan yapıştırma (Externaly Bonded) veya yüzeye yakın bölgeye montaj (Near SurfaceMounted) yöntemiyle güçlendirilmesi sonucu elde edilen performanslar Rizkalla vd. tarafından kıyaslanmıştır.

4.5.5. Onarım ve güçlendirmede kullanılan FRP malzemelerle ilgili örnekler

47


48


49


50


51

CFRP şerit plakalar (strip) CFRP kumaşlar (sheet)


52


53


54

Yüzeye yakın bölgeye montaj (Near Surface Mounted) yöntemiyle güçlendirilen kirişlerde beton kırılarak göçme meydana gelmiştir.


55

Kumaş formundaki CFRP şerit plakaların yapıştırıldığı kirişlerde göçme, şeritlerin betondan ayrılmasışeklinde gerçekleşmiştir.

Şeritlerin beton kirişe U şeklinde sarmalandığınoktalarda ayılma olmadığı görülmektedir.

EB-1

Dıştan yapıştırma şerit


56

EB-3

Dıştan yapıştırma şerit CFRP (strip)


57

Dıştan yapıştırma CFRP plaka (sheet)

EB-2

Göçme CFRP kompozit parçalanarak meydana gelmiştir.


58

Dıştan yapıştırma CFRP plaka (sheet)

EB-4

Göçme CFRP kompozit parçalanarak meydana gelmiştir.


59

2. Yüzeye yakın kısma montaj mı? (NSM) Dıştan yapıştırma mı? (EB)

Pek çok parametreye bağlı (uygulamaya, örnek boyutlarına, malzeme dayanımına….)

Bu sefer bir önceki örnek gibi plaka kirişe sargılanmamış !


Bu çalışmada fark belirgin olmamıştır.

60

3. Bir başka çalışmada betonarmeye ankrajlama uygulamasının FRP sıyrılmasını(debonding) engellediği belirlenmiştir.


61

FRP plakaların ankrajlanması gerekmektedir.

Kesme güçlendirmesi için tek başına FRP plaka yeterli gelmemekte, plaka betondan kolayca ayrılmaktadır.


62Özgür Anıl, 2007

2,3,6 CFRP straps

4,5 CFRP straps+plates

2,3,4,5 anchorages


4. Ankrajlama ve yapıştırma en etkili çözüm

63

Özgür Anıl, 2007


64

Özgür Anıl, 2007


65

5. Hem yapıştırma hem ankraj en etkili çözümdür (başka bir çalışma).


66


İnş.Y.Müh. Nejat Bayülke

67

Dış ve iç düğüm noktaları için önerilen bazı CFRP uygulama yöntemleri

Buraya kadar incelenen tüm örneklerde, eğilme ve basınç etkileri altındaki elemanların rijitlikleri arttırılmakta, ancak düğüm noktasına müdahale edilmemektedir. Düğüm noktası çerçeve sistemlerin en hassas bölümü olup, bu noktaların güçlendirilmesi için çeşitli yaklaşımlar geliştirilmiştir:


68

(Ghobarah and Said 2002)

T1 and T2 original specimens


69

Donatısı az bir kolon kiriş birleşim bölgesinde tersinir yüklemeler sonucu elde edilen yük-şekil değişimi zarfları.

CFRP güçlendirmesi ile(Kayma dayanımında %70 artış) Güçlendirme öncesi


Vid slayt 69

70


Betonarmenin yanında alüminyum veya çelik kaynaklı kafes sistemlerin düğüm noktalarında da onarım amacıyla ve düğüm noktası rijitliğini arttırmak için kaynak tamiri sonrası FRP sargılama yöntemleri kullanılmaktadır. Otoyol tabela askısı elemanlarında yorulma nedeniyle kaynak kopması örnekleri aşağıda görülmektedir.

Alüminyum kaynak kopması

71

Utah Üniversitesinde araştırmacılar, alüminyum kaynakta önceden çatlak oluşturup FRP kompozitlerle sarmış ve sargısız sağlam kaynaklı örneklerle kıyaslamalı yorulma deneyleri uygulamıştır.

http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/03nov/06.cfm


FRP ile sarılmış kompozit, orijinal kaynaklıkompozitten %15 daha yüksek dayanıma ulaşmıştır.

72

Vid: slayt 72

Documents

İnşaat Mühendisliği Bölümü ı Malzemelerikisi.deu.edu.tr/burak.felekoglu/04.Polipart3.pdf · 1 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Alternatif Yapı