Effect of heat aging on the compression behaviour of low-strength concrete cylinders confined with fiber-reinforced polymer sheets
Sıcaklığın lifli polimerle sargılanmış düşük dayanımlı beton silindirlerin basınç davranışına etkisi
- Tez No: 1004423
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Depremler, dünya genelinde her yıl büyük can ve mal kayıplarına yol açan en yıkıcı doğal afetler arasında yer almaktadır. Deprem kaynaklı kayıpların büyük bir kısmının, düşük dayanımlı beton kullanımı, yetersiz donatı oranı/detaylandırma, malzeme kalitesizliği, işçilik hataları ile deprem yönetmeliklerine ve mühendislik standartlarına uygun olmayan tasarımlar nedeniyle meydana geldiği bilinmektedir. Bu durum, mevcut yapı stokunun deprem güvenliği açısından değerlendirilmesini ve gerekli görülen durumlarda güçlendirilmesini zorunlu kılmaktadır. Ancak, seçilecek güçlendirme yönteminin yalnızca etkin olması yeterli olmayıp, özellikle gelişmekte olan ülkelerde yaygın biçimde uygulanabilmesine olanak sağlayacak düzeyde ekonomik, uygulanabilir ve sürdürülebilir olması da büyük önem taşımaktadır. Lifli polimer (LP) sistemler; yüksek mukavemet/ağırlık oranı, uygulama kolaylığı, yapıya minimum müdahale gerektirmesi ve hızlı bir şekilde uygulanabilir olması nedeniyle son yıllarda araştırmaların yoğunlaştığı bir güçlendirme yöntemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Beton kolonların CFRP gibi lifli polimer malzemelerle sargılanması, kolonların hem eksenel hem de yanal yük taşıma kapasitesini ve sünek davranışını önemli ölçüde artırmaktadır. Bununla birlikte, CFRP'nin elastik karakteri ve sınırlı şekil değiştirme kapasitesi, kolonlarda ani ve gevrek göçme riskini beraberinde getirmektedir. Bu riski azaltmak amacıyla, yüksek kopma uzama (LRS) kapasitesine sahip Polietilen Tereftalat (PET) ve Polietilen Naftalat (PEN) gibi lifli polimer malzemelerin kullanım potansiyeli üzerine çalışmalar yürütülmektedir. Bu malzemeler, yüksek deformasyon kapasitesi, yüksek enerji sönümleme yeteneği ve düşük elastisite modülü sayesinde, daha sünek davranış gösteren yapısal sistemlerin tasarlanmasına olanak sağlama potansiyeline sahiptir. Bu tez çalışmasında, yüksek çekme dayanımı ve yüksek elastisite modülüne sahip CFRP ile yüksek deformasyon kapasitesine sahip PET FRP'nin birlikte kullanıldığı bir hibrit sargılama sisteminin etkinliğinin sabit sıcaklık etkisi altında araştırılması amaçlanmıştır. Bunun için düşük dayanımlı beton ile 24 adet standart silindir numune (çap=150 mm ve yükseklik=300 mm) üretilmiştir. Numuneler; sargısız referans numuneler (UN), yalnızca 1 kat CFRP ile sargılanmış numuneler (1C), 2 ve 3 kat PET FRP ile sargılanmış numuneler (2P ve 3P) ile CFRP ve PET FRP'nin birlikte kullanıldığı hibrit sargılama sistemlerine sahip numuneler (1C–2P ve 1C–3P) olmak üzere farklı gruplar altında değerlendirilmiştir. Numunelerin sargılama işlemi, ıslak yatırma yöntemi ile yapılmış ve gerekli sargı miktarına ek olarak 200 mm bindirme boyu benimsenmiştir. Numunelerin yarısı (12 adet), altı hafta boyunca 50 °C sıcaklıkta iklimlendirme kabininde yaşlandırmaya tabi tutulmuş, diğer yarısı (12 adet) ise laboratuvar ortamında bekletilmiştir. Tüm numuneler eksenel basınç altında test edilmiştir. Deneyler sırasında eksenel kısalmalar LVDT'ler (Linear Variable Displacement Transformers) yardımıyla, yanal birim uzamalar ise lifli polimer yüzeye yapıştırılan şekildeğiştirme ölçerler aracılığıyla ölçülmüştür. Elde edilen eksenel kısalma ve yanal şekildeğiştirme verileri, dijital bir veri kaydedici aracılığıyla toplanmış ve işlenmek üzere bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Sunulan tez çalışmasında, PET FRP ve CFRP–PET FRP'den oluşan hibrit sarma sistemleri ile güçlendirilmiş düşük dayanımlı beton silindirlerin, tek eksenli basınç altında ve ısı yaşlandırmasına maruz kaldıktan sonraki mekanik davranışları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Deney sonuçları, sıcaklık etkisinin betonun eksenel tepkisi üzerindeki rolünün, kullanılan FRP sargılam konfigürasyonuna güçlü biçimde bağlı olduğunu ortaya koymuştur. PET FRP ile sargılanmış numunelerde 50 °C sıcaklıkta altı hafta süren yaşlandırma sonrasında, basınç dayanımı ve buna karşılık gelen eksenel şekil değiştirme kapasitesinde sınırlı düzeyde azalmalar gözlenmiştir. Buna karşılık, CFRP ile güçlendirilmiş numunelerde ısıya maruz kalmanın taşıma kapasitesi üzerinde olumsuz bir etki yaratmadığı tespit edilmiştir. Hibrit CFRP–PET FRP sargılama sistemlerine sahip numunelerde ise sıcaklık etkisi altındaki yaşlandırmanın etkisi daha farklı bir davranış şeklinde ortaya çıkmıştır. Laboratuvar koşullarında muhafaza edilen hibrit numuneler yüksek dayanım ve şekil değiştirme kapasitesi sergilerken, ısıya maruz bırakılan numunelerde orta düzeyde bir dayanım kaybı ve eksenel şekil değiştirme kapasitesinde daha belirgin bir azalma meydana gelmiştir. Bu performans düşüşünün, hibrit sistemi oluşturan CFRP ve PET FRP malzemelerinin farklı ısıl genleşme katsayılarına ve sıcaklık altındaki farklı deformasyon karakteristiklerine sahip olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Bununla birlikte, hibrit sistemlerin ısıya maruz kalan numunelerinde dahi, sargısız referans betonlara kıyasla hem dayanım hem de süneklik açısından önemli iyileşmeler sağlandığı görülmüştür. Genel bir değerlendirme yapıldığında gerek laboratuvar koşullarında muhafaza edilen gerekse sıcaklık altında yaşlandırmaya bırakılan FRP ile sargılanmış numunelerin, sargısız referans beton numunelere kıyasla hem taşıma kapasitesi hem de eksenel şekildeğiştirme kapasitesi açısından belirgin artışlar sağladığı görülmüştür. Yaşlandırmaya maruz bırakılan hibirit numunelerin şekildeğiştirme kapasitesinde azalmalar gözlenmiştir. Ancak, bu azalmaların genel taşıma kapasitesi üzerindeki etkisinin sınırlı kaldığı ve FRP ile sağlanan güçlendirme etkisinin büyük ölçüde korunduğu belirlenmiştir. Çalışmadan elde edilen bulgular, literatürde sınırlı sayıda bulunan düşük dayanımlı betonların PET FRP ve hibrit CFRP–PET FRP sistemleriyle güçlendirilmesine yönelik deneysel çalışmalara katkı sağlayacağı beklenmektedir. Lastik endüstrisi için kullanılan kord bezi PET liflerle üretilmektedir. Bu tez çalışmasında lastik endüstrisinin gerektirdiği standartları karşılamayan PET liflerin dokunmasıyla oluşturulan PET kumaşlar kullanılmıştır. PET kumaşın geri dönüştürülen liflerden üretilmesi ve geleneksel CFRP sistemlerine kıyasla daha düşük maliyetli olması, bu malzemenin sürdürülebilir ve ekonomik güçlendirme uygulamaları açısından öne çıkmasını sağlamaktadır. Hibrit sistemler ise, CFRP'nin yüksek rijitliğini PET FRP'nin yüksek şekil değiştirme kapasitesi ile birleştirerek hem dayanım hem de süneklik gereksinimlerinin birlikte karşılanabildiği alternatif çözümler sunmaktadır. Ancak, sıcaklık etkisi altında hibrit FRP sargılanmış numunlerde performans kaybının yaşandığı görülmüştür. Bu çalışmadan elde edilen deneysel veriler, sayısal modelleme süreçlerine veri teşkil edebileceği gibi mevcut analitik modellerin geliştirilmesine de katkı sunabileceği düşünülmektedir. Gelecekteki araştırmalarda; farklı beton dayanım sınıflarının, sabit veya değişken sıcaklık seviyelerinin, tekrarlı yüklemelerin ve çeşitli hibrit tasarımların etkilerinin hem deneysel hem de nümerik olarak incelenmesi, literatürdeki bulguların genellenebilirliğini ve kapsayıcılığını önemli ölçüde artıracaktır.
Özet (Çeviri)
Earthquakes continue to pose a serious threat to life and infrastructure, particularly in regions where substandard structures are prevalent. Although effective engineering solutions exist to mitigate earthquake damage, their cost and implementation challenges can limit their use, especially in developing countries. Among the available approaches, the use of fiber-reinforced polymer (FRP) confinement systems for strengthening purposes stands out as one of the practical and efficient solutions due to their high strength-to-weight ratio, ease of application, and minimal disruption to building use. Traditional FRP systems, like carbon FRP (CFRP), have been demonstrated to provide good improvements to the compressive strength of concrete members, but they can produce brittle failures under extreme loading. In contrast, Large Rupture Strain (LRS) FRP materials, such as Polyethylene Terephthalate (PET), offer several advantages, including enhanced deformability, greater energy dissipation capacity, and improved post-peak behaviour. Overall, these characteristics contribute to increased structural ductility. It is worth noting that CFRP exhibits a much higher stiffness compared to LRS FRP. This thesis presents an experimental study focusing on the effects of heat aging on the axial behavior of low-strength concrete specimens confined with PET FRP and hybrid FRP (a combination of CFRP and PET FRP). The hybrid FRP system was developed by combining CFRPwith PET FRP. While CFRP possesses high stiffness and tensile strength, PET FRP exhibits comparatively greater deformability. Importantly, the PET FRP sheets used in this study are a sustainable material obtained by recycling waste PET fibers from the tire production process into sheets, and in this respect it provides environmental and economic benefits beyond merely serving as a material. The thesis study includes a total of 24 standard cylindrical specimens. These specimens were fabricated and separated into groups based on the number of layers and type of FRP. The specimens were confined with either PET FRP, CFRP, or a combination of them in different configurations (hybrid FRP). In order to examine the effect of heating on FRP confinement systems, half of the specimens were subjected to a heat-aging condition at 50 °C for 6 weeks. The remaining specimens were stored under normal laboratory conditions during this period. All specimens were subsequently tested under axial monotonic compression loading. During the tests, axial displacements were measured using linear variable displacment transformers (LVDTs) while transverse strains were captured via strain gauges. The experimental results showed that the degree to which the axial performance of FRP-confined low-strength concrete is affected by heat aging depends on the type of FRP used. PET FRP confined specimens exhibited minor reductions in compressive strength and axial strain following thermal exposure, reflecting a limited sensitivity of PET FRP specimens to elevated temperatures. In contrast, CFRP confined specimens maintained their load-carrying capacity and showed a slight increase in compressive strength and axial strain at peak stress after heating. Hybrid FRP systems experienced a moderate decrease in strength and a significant reduction in deformation capacity under heat aging, which is attributed to the difference in thermal expansion characteristics between the two FRP materials. Nevertheless, all confined specimens, regardless of condition that they kept, demonstrated substantial improvements in strength and axial deformation compared to unconfined concrete. These findings confirm the effectiveness of FRP confinement under thermal exposure and emphasize the need for further experimental investigations at varying temperature levels and exposure durations to support the development of reliable analytical and design-oriented predictive models for hybrid FRP systems.
Benzer Tezler
- Uçak motorlarında kullanılan ınconel 718 süper alaşımının atmosferik plazma yöntemiyle kaplanarak sürünme davranışının incelenmesi
Investigation of creep behaviour of inconel 718 superalloys used in aircraft engines by coating with atmospheric plasma method
ERGÜN SUBAŞI
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
- Çift fazlı çeliklerin deformasyon davranışı
Deformation behavior of dual-phase steels
HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Polibutadien ve poliizopren elastomerlerinin statik ve dinamik özellikleri
Başlık çevirisi yok
YAVUZ DOĞAN
- Isıl işlem uygulanmış genleştirilmiş kil–alümina takviyeli sintaktik köpük metalin üretimi, içyapı ve mekanik özelliklerin analizi
Production of heat-treated expanded clay-alumina reinforced syntactic foam metal, analysis of internal structure and mechanical properties
ALİ TUNÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ
- Kil-ponza hibrit takviyeli alüminyum matrisli sintaktik köpük metalin üretimi, iç yapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production, microstructure and mechanical characterization of clay-pumice hybrid reinforced aluminum matrix syntactic foam
İBRAHİM ABDÜSSELAM TANTOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ