Yatay yük taşıyıcı betonarme çerçeve sistemlerin kompozit panellerle depreme karşı güçlendirilmesi

Ülkemiz aktif deprem kuşağında yer alan bir ülke olmasından dolayı, mevcut ve eski yapılarımızı olası depremlerin yıkıcı etkisine karşı yeterli düzeyde taşıma kapasitesine çıkarmamız gerekmektedir. Mevcut güçlendirme yöntemlerine ek olarak kompozit elemanların, profillerin ve panellerin betonarme çerçevelerde yatay yük taşıyıcı sistemi rijitleştirebileceği ve yatay yerdeğiştirmeyi sınırlayacağı, kolon kiriş birleşim bölgelerindeki dönmeleri kısıtlayacağı, plastik mafsal oluşumu yerine kirişlerde kesme çatlaklarının meydana gelmesi, yanal yük taşıma ve enerji yutma kapasitesini artıracağı düşünülmektedir. Son yıllarda pultruzyon yöntemi ile kompozit malzemelerin üretildiği ve inşaat sektöründe de yerini almaya başladığı görülmektedir. Kompozit malzemelerin özellikle klasik yapı malzemelerine (betonarme, çelik, ahşap) kıyasla çok hafif olması, yanmaz özelliğine sahip olması, korozyona karşı dayanıklı olması, yorulma dayananımın yüksek olması ve yapılara kolay entegre edilebilirliği kompozit elemanları klasik yapı elemanlarına karşı güçlü bir alternatif kılmaktadır. Bu doktora tezi çalışması kapsamında, dolgu duvarsız betonarme çerçevelerin cam elyaf takviyeli kompozit elemanlarla (GFRP) güçlendirme çalışmaları nümerik ve deneysel olarak araştırılmıştır. Tek katlı-tek açıklıklı ve iki katlı-tek açıklıklı oluşturulan betonarme çerçeve sonlu eleman modeller üzerinde farklı tip güçlendirme teknikleri tatbik edilmiştir ve sonuçları irdelenmiştir. Bu tez çalışmasının nümerik kısmında, farklı tip güçlendirme sonlu eleman modellerinin ardından, referans betonarme çerçeve çelik çaprazlarla güçlendirilmiş betonarme çerçevenin deneysel sonuçları sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak tekrarlanmış ve alternatif kompozit GFRP çaprazların yatay yük taşımada kapasiteleri çelik çaprazlı betonarme çerçevelerinkilerle kıyaslanmıştır. Sonrasında ise Türkiye'de özellikle İstanbul gibi aktif sismik bölgelerde yer alan mevcut yapıların durumunu temsil edebilecek betonarme çerçeve modeller üzerinde nümerik ve deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Betonarme çerçeveler ZBEÜ Yapı Laboratuvarı'nda imal edilmiş ve GFRP çapraz plakalar kullanılarak güçlendirilmiştir. İmal edilen betonarme çerçeve mevcut yapıların durumunu yansıtabilmesi için beton basınç dayanımı düşük, yetersiz donatı oranı içeren, kolon kiriş birleşim bölgelerinin zayıf ve kenetlenmenin olmadığı ve narin kesitli olacak şekilde seçilmiştir. Deprem sarsma tablasında yapılan sismik analizlerle betonarme çerçevelerin yapısal davranışlarının yanı sıra dinamik karakteristikleri de 4 durum için belirlenmiştir. Bu durumlar yüksüz referans çerçeve, yüksüz güçlendirilmiş çerçeve, yük altında referans çerçeve ve yük altında güçlendirilmiş çerçeveden oluşmaktadır. 7 farklı depremin 3 farklı ölçeklerindeki ivme kayıtları kullanılarak betonarme çerçevelerde toplam 124 adet dinamik test, sarsma tablasında yapılmıştır. Testlerde kullanılan depremler sırasıyla 1938 Imperial Valley, 1995 Kobe, 1999 Chi-Chi, 1999 Düzce, 2019 DASK1, 2019 DASK2 ve 2019 DASK3'tür. Sarsma tablasından elde edilen yatay yerdeğiştirmeler kıyaslanmıştır. Yanal yük altında gerçekleştirilen yanal itme (pushover) analizi sonuçları deneysel ve nümerik olarak kıyaslanmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar neticesinde, her iki çerçevenin dinamik özellikleri, yatay yük taşıma kapasitesi, yatay kat ötelemeleri, enerji yutma kapasiteleri, çerçeve kırılma davranışları ve kolon-kiriş birleşim noktasının davranışları araştırılmış ve elde edilen sonuçlar bu tezde sunulmuştur. GFRP kompozit çapraz plakaların yapısal kusurlar içeren betonarme çerçevelerin özellikle yanal yük taşıma kapasitesi ve başlangıç rijitliği üzerindeki etkinliğini incelemek için 5 farklı durum araştırılmıştır. Bunlardan ilki deneysel statik itme testleri yapılmış betonarme çerçevelerin nümerik modellerle doğrulanmasıdır. İkinci durumda, kolon-kiriş düğüm noktalarının kenetli-kenetsiz olmasının, yanal yük taşıma kapasitesi üzeinde ki etkisi irdelenmiştir. Üçüncü durumda betonarme çerçevelerde açıklık/yükseklik (L/H) oranının yanal yük taşıma kapasitesi üzerine etkisi araştırılmıştır. Ayrıca betonarme çerçevelerde yapılan güçlendirmenin L/H oranı üzerindeki etkinliği değerlendirilmiştir. Dördüncü durumda betonarme çerçevelerde faklı rijitliklerdeki çerçevelere güçlendirmenin etkinliği irdelenmiştir. 3 farklı kesit alana sahip betonarme çerçevelerin güçlendirilmiş çerçevelere kıyasla yanal yük taşıma kapasitelerindeki artış oranları incelenmiştir. Beşinci ve son durumda ise üç farklı rijitlikteki GFRP çapraz plakasının narin kesitli betonarme çerçevelerin yanal yük taşıma kapasitesi ve enerji yutma kapasiteleri üzerinde ki etkinliği araştırılmıştır. Nümerik analizler sonucunda özellikle narin kesitli betonarme çerçevelerde güçlendirmenin katkısı ve önemi açık bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Kompozit kutu profil ve GFRP çapraz plakalarla yapılan güçlendirmelerin, deneysel ve nümerik analizler neticesinde yalın (referans) betonarme çerçevelere kıyasla güçlendirilmiş betonarme çerçevelerin yanal yük taşıma kapasitesinin ciddi oranda arttığı görülmüştür.