LP kompozitler ile mevcut betonarme binalardaki dikdörtgen kesitli kolonların dayanım ve sünekliklerinin geliştirilmesi

Türkiye'deki mevcut betonarme yapıların önemli bölümünün depreme dayanıklı şekilde inşa edilmemiş olduğu bilinmektedir. En önemli eksiklerin başında deprem etkileri altında yapının en hayati taşıyıcı elemanları olan kolonlarda enine donatılarının yetersizliği olduğu daha önce yaşanmış olan depremlerde gözlenmiştir. Bu yetersizlik deprem sırasında sünek davranış göstereceği öngörülmüş olan kolonların gevrek şekilde hasar görmesine neden olmaktadır. Bu tür bir yapısal performans da genellikle ağır hasar ve büyük kayıplara neden olmaktadır. Enine donatısı yetersiz olan kolonların gevrek davranışını, sünek hale getirebilmenin en hızlı ve pratik yollarından biri kolonların dıştan LP (lifli polimer) kompozitler ile sargılanmasıdır. Önceki yıllarda, ancak, ekonomik olmayan çözümler sunabilen LP kompozitlerin kullanımı, günden güne bu malzemelerin daha yaygın kullanılması ve Türkiye'de üretilmeye başlaması sonucunda, ekonomik açıdan diğer konvansiyonel yöntemler ile rekabet edebilir düzeylere gelmiştir. Kolonların sargılanarak, dayanım ve sünekliklerinin arttırılması dairesel ve küçük kesitli kolonlarda daha etkili iken, kolon boyutları büyüdükçe ve dikdörtgen kolonlarda kesit derinliğinin genişliğine oranı arttıkça, sargılamanın etkinliği azalmaktadır. Genellikle, Türkiye'deki mimari tasarımlarda, kolonların bir kenarının duvar içinde kalması, diğer boyutunun statikçe gerektiği kadar büyütülmesi öngörülmektedir. Bu yaklaşımla sıklıkla kullanılan, örneğin 25x50, 30x60, 30x80 cmxcm boyutlarında dikdörtgen kolonlar bülunmaktadir. Yaklaşık 20 yıldır LP malzemelerin yapıların güçlendirilmesinde kullanımı üzerine çeşitli çalışmalar İTÜ (İstanbul Teknik Üniversitesi) Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı'nda yapılmaktadır. Özellikle Türkiye'deki mevcut yapılarda olduğu gibi, beton kalitesinin düşük olduğu durumlarda, LP kompozitler ile yapılan sargılamanın etkinliği artmaktadır. Önerilen çalışmada kesit boyut oranı 2 olan (30 ˟ 60) betonarme kolonların dıştan LP kumaşlar ile sargılanması sonrasında düşey yük ve yön değiştiren tekrarlı yatay yükler altında deneye tabi tutulması ve kolonların davranışlarının teorik olarak açıklanıp, güçlendirme tasarımı için hesap algoritmasının ve uygulama detaylarının geliştirilmesi hedeflenmektedir. Türkiye dünyanın sismik yönden en aktif bölgelerinden birisidir ve can ve mal kaybına neden olan büyük magnitüdlü pek çok depreme maruz kalmıştır. Son depremler, Türkiye'deki mevcut yapı stokunun çok düşük beton basınç dayanımı, kolonlardaki yetersiz enine donatılar, etriyelerdeki detay zayıflıkları/yapım hataları ve bina kullanımının tasarımdaki amaca uygun olmaması gibi pek çok nedenlerle yetersiz deprem davranışına sahip olduğunu açığa çıkarmıştır. LP kompozit malzemelerin bu eksikliklerin giderilmesi amacı ile yapı mühendisliğinde de kullanımı günden güne artmaktadır. Önceki yıllarda ABYYHY-1975 ve TS500-1984 yönetmeliklerine göre deprem esnasında yeterli davranışı göstermesi beklenen yapılar yeni tasarım yönetmelikleri olan DBYBHY-2007 ve TS500-2000 e göre yetersiz çıkmakta ve bu yapıların güçlendirilmesi gerekmektedir.Meydana gelen depremler sonrası betonarme yapılarda yapılan araştırmalar, yapının en fazla zarar görmesine neden olan yapısal elemanın kolonlar olduğunu ortaya koymuştur. Betonarme bir yapıda kolonlar eğer kendisinden beklenen performansı göstermiş ise yapı ayakta kalmış ve daha az hasarla depremi atlatmıştır. Betonarme yapıların deprem anında ayakta kalması büyük ölçüde kolonlar aracılığıyla olduğu için, yapılan çalışmalar bu yapı elemanı üzerinde yoğunlaşmakta ve yıllardan beri bu konu üzerinde sayısız bilimsel çalışma yapılmış ve yapılmaktadır. Türkiye de güçlendirme ihtiyacı duyulan yapıların ortak kusurlarından bazıları, yetersiz ve düz yüzeyli donatı kullanımı, düşük beton dayanımı ve yetersiz süneklikteki kesitler olarak kabul edilebilir. Çeşitli güçlendirme yöntemleriyle bu eksikliklerin giderilme imkanı vardır. Özellikle de betonarme kolonları süneklik ve dayanım açısından belirli bir seviyeye getirmek için enine donatı(etriye) çok önemlidir. Çünkü betonarme kolonlarda enine donatı yerleşimi gerek dayanım gerekse süneklik açısından davranış üzerinde önemli etkilere sahiptir. Literatürdeki çalışmalarda genel olarak yönetmelik kurallarına uygun enine donatı yerleşimleri incelenmiş, sınırlı sayıda çalışmada ise yönetmelik kurallarına bütünü ile uymayan enine donatı yerleşimleri ve bu durumda davranışta ortaya çıkan zayıflıkların giderilmesine ağırlık verilmiştir. Bunlara karşılık yönetmelik şartlarını kısmen sağlayan, kısmen sağlamayan enine donatı yerleşimlerinin davranışa etkisi araştırılmamıştır. Bu konuya yönelik olarak İTÜ Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında çok kapsamlı bir çalışma sürmektedir. Bu tezde devam eden çalışmaların bir bölümüne ait sonuçlar sunulmaktadır. Uzun yıllar uçak ve otomobil üretiminde kullanılan fiber takviyeli polimerler (FRP) son yıllarda yapı elemanlarının güçlendirilmesinde de kullanılmak üzere araştırma konusu olmuştur. Çeşitli geometrik özelliklerde bulunan FRP 'ler, deprem güçlendirilmesinde genellikle kullanıma hazır karbon fiber takviyeli polimer örtüler halinde kullanılır. Duvar kağıdını veya kumaşı andıran elyaflar genellikle 0,30-0,60 metre eninde rulolar halinde satılır. Yapı elemanları üzerine reçine sistemi ile uygulanan FRP çok yüksek çekme dayanımına sahiptir. Yalnız bu dayanım, malzemenin uygulanış şekli ve işçilik kalitesi ile değişebilir. Bu nedenle çok dikkatli olmak gerekir. Sonuçta ortaya çıkan kompozit malzemenin özellikleri kullanılan elyaf miktarı ile yakından ilgilidir. Örneğin, bol reçineli bir uygulama, karbon elyafın elastisite modülü ve dayanımı ne denli yüksek olursa olsun, ortaya çıkan kompozit malzemenin elastisite modülünü ve dayanımını büyük ölçüde düşürür. Öte yandan, kullanılması öngörülen özel çelik rulolar ile reçine fazlası alınan uygulamalarda elastisite modülü ve çekme dayanımı önemli ölçülerde artar. Bu değişimlerden dolayı, her uygulama için çekme deneyi yapmak ve malzeme özelliklerini deneysel olarak belirlemek gerekebilir. Hasar görmüş betonarme elemanlara başlangıçtaki orijinal mukavemetlerini kazandırmak veya güçlendirmek amacı ile karbon lifi-cam lifi takviyeli epoksi esaslı kompozit malzemeler çelik plakalarla yapılan geleneksel güçlendirme sistemlerine alternative olarak geliştirilmişlerdir. Çekme dayanımları çelikten fazla olan bu tür kompozit malzemelerin en büyük avantajları hafif olmaları, korozyona uğramamaları, ve rulolar halinde saklanabilmeleri ve kolaylıkla uygulanabilmeleridir. Polimer esaslı bu malzemelerin yüksek maliyetleri ve UV ışınlarına dayanıksız olmaları nedeniyle özel sıvalar veya kaplamalarla korunmalarının gerekmesi dezavantajlarıdır. Polimerlerin uzun süreli sabit yükler altında sünme deformasyonlarının yüksek oluşu da bir diğer problemdir. Frp'ler sadece lif eksenine paralel çekme kuvvetlerini karşılayabildikleri için uygulama yönü önemlidir. Betonun sargılaması, yük taşıma kapasitesinin ve /veya sünekliğin arttırılması için kullanılan verimli bir yöntemdir. Bu çalışmada ayrıca, referanslar ve LP ile güçlendirilmiş kolonların doğrusal olmayan analizi ve analitik sonuçların deneysel verilerle karşılaştırılmasının sonuçları, ACI 440 ve Türk Deprem Yönetmeliği'nden elde edilen güçlendirme tasarımı muhafazakar olduğunu ortaya çıkardı, halbuki Eurocode'daki yöntemler daha rafine güçlendirme çözümlerine yol açar. Literatürde bulunan çeşitli FRP modelleri, modellerin tahminleri ve deneysel sonuçlarla kontrolü için kullanılmıştır. Ayrıca deneysel sonuçların sayısal modellerle kalibrasyonu için, sonlu elemanlar metodu platformu kullanılmıştır. Bu amaçla numunelerin tümü sonlu elemanlar programı, Seismostruct yazılımını kullanılarak ayrı ayrı modellenmiştir.