Geri Dön

Deprem etkileri altında lifli polimer kompozitler ile sargılanmış betonarme kolonlarda süneklik

Ductility of reinforced concrete columns confined with fiber-reinforced polymer composites under seismic effects

PDF İndir

  1. Tez No: 1009932
  2. Yazar: GÖNÜL ANDIRIR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALPER İLKİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Sargılı betonarme, Confined reinforced concrete
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Deprem etkileri altında betonarme yapıların güvenli performans sergileyebilmesi için yapı elemanlarının yeterli süneklik ve enerji yutma kapasitesine sahip olması gerekmektedir. Bu bağlamda kolonlar, düşey yükleri taşımalarının yanı sıra deprem sırasında ortaya çıkan tersinir-tekrarlı yatay yükler altında sünek davranış göstermesi beklenen taşıyıcı elemanlardır. Türkiye'deki mevcut betonarme yapı stoğunun önemli bir bölümü, güncel deprem yönetmeliğinde öngörülen süneklik ve detaylandırma koşullarını karşılamamaktadır. Bu durum, kolonlarda ani dayanım kayıplarına ve gevrek göçmeye yol açarak deprem güvenliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle, kolonların süneklik kapasitelerinin artırılması, deprem güvenliğinin iyileştirilmesi açısından mühendislik uygulamalarında önemli bir yer tutmaktadır. Lifli polimer (LP) ile sargılama yöntemi, betonarme kolonların sünek davranışını geliştirmeye yönelik etkili bir güçlendirme tekniği olarak yaygın biçimde kullanılmaktadır. LP ile sargılama, beton çekirdeği üzerinde yanal basınç oluşturarak betonun şekildeğiştirme kapasitesini artırmakta ve plastik mafsal bölgelerinde daha büyük dönme kapasitelerinin oluşmasına olanak sağlamaktadır. Bununla birlikte LP ile sargılamanın sağladığı süneklik artışının büyüklüğü; kesit geometrisi, malzeme özellikleri, köşe yuvarlatma yarıçapı, beton dayanımı, eksenel yük düzeyi ve sargılama düzeni gibi birçok parametreye bağlı olarak değişmektedir. Bu tez çalışmasında, lifli polimer ile sargılanmış dikdörtgen kesitli betonarme kolonlarda süneklik artışı, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY 2018) çerçevesinde incelenmiştir. Çalışma kapsamında, literatürde eksenel yük ve tersinir-tekrarlı yatay yükleme altında test edilmiş LP ile sargılanmış kolonlara ait deneysel veriler derlenerek kapsamlı bir veri seti oluşturulmuştur. Deneysel çalışmalarda farklı biçimlerde tanımlanan maksimum yerdeğiştirme değerleri, ortak bir esas doğrultusunda yeniden düzenlenmiş ve elde edilen yerdeğiştirme temelli deneysel süneklik değerleri TBDY 2018 uyarınca hesaplanan yerdeğiştirme temelli süneklik değerleri ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgular, TBDY 2018'in lifli polimer ile güçlendirilmiş betonarme kolonlar için öngördüğü süneklik ve performans kriterlerinin güvenli tarafta kaldığını göstermektedir. Bu durum, genel itibarıyla ekonomik olmayan güçlendirme tasarımlarına yol açmaktadır. Çalışma, lifli polimer ile güçlendirilmiş dikdörtgen kesitli betonarme kolonların süneklik davranışının yönetmelik kapsamında ne ölçüde temsil edilebildiğini nicel olarak değerlendirmekte ve gelecekte yapılacak yönetmelik geliştirme çalışmalarına katkı sağlamayı amaçlamaktadır.

Özet (Çeviri)

The seismic performance of reinforced concrete structures depends not only on the strength of individual members but also on their ability to undergo inelastic deformations while maintaining stability and load-carrying capacity. Ductility and energy dissipation capacity are therefore essential attributes for structures subjected to strong earthquake ground motions. Under severe seismic loading, structural elements are expected to undergo significant cyclic and reversible deformations without sudden strength degradation or loss of stability. In this context, reinforced concrete columns play a key role in ensuring the overall seismic safety of buildings, as they are responsible for carrying gravity loads while simultaneously resisting earthquake-induced lateral forces. A lack of sufficient ductility in columns can lead to brittle failure mechanisms, rapid loss of strength, and ultimately partial or total structural collapse. In Türkiye, a large part of the existing reinforced concrete building stock was constructed before the current seismic design regulations. As a result, many of these structures fail to meet ductility and detailing requirements prescribed by contemporary seismic codes. Common deficiencies include low concrete strength, inadequate transverse reinforcement, insufficient confinement of the concrete core, and poor reinforcement detailing. Past earthquakes have demonstrated that such deficiencies significantly limit the ductile behavior of columns, often resulting in severe damage or premature collapse. Consequently, improving the ductility capacity of existing reinforced concrete columns has become an important issue in seismic strengthening and performance-based evaluation of buildings. Among the various strengthening techniques developed to enhance column performance, confinement using fiber reinforced polymer (FRP) materials has been extensively studied and applied for many years. By restraining the lateral expansion of the concrete core, the FRP confinement provides additional confining pressure, which delays concrete crushing and increases the ultimate compressive strain capacity of confined concrete. This mechanism enables columns to sustain larger deformations before reaching their ultimate limit states, thereby improving their deformation capacity under seismic loading. The effectiveness of FRP confinement, however, depends on several parameters, including concrete strength, axial load level, confinement ratio, material properties of the FRP, and detailing characteristics such as corner rounding. The influence of FRP confinement on the behavior of reinforced concrete columns has been extensively investigated through experimental studies. These studies consistently show notable improvements in deformation capacity and ductility. However, translating experimental observations into simplified analytical formulations suitable for design and assessment remains a challenging task. One of the main sources of difficulty arises from the lack of consistency in ductility definitions adopted in experimental research. Ductility is variously expressed using curvature-based, displacement-based, or energy-based measures, often with different criteria for defining yield and ultimate states. This variability restricts the direct comparability of experimental results and complicates their use in evaluating code-based predictions. In order to provide a practical framework for engineering applications, seismic design codes adopt simplified representations of confinement effects and deformation capacity. The Turkish Seismic Code (TSC 2018) includes provisions for evaluating the influence of FRP confinement on reinforced concrete columns using a simplified approach. Within the code framework, ductility enhancement is not expressed by an explicit ductility factor. Instead, the effects of FRP confinement are represented indirectly by increasing the compressive strength and ultimate compressive strain of concrete. These modified material properties are then used to determine deformation limits and plastic hinge rotation capacities. While this methodology ensures consistency and ease of application in engineering practice, the extent to which it reflects the ductility behavior observed in experimental studies -particularly for FRP-confined columns- requires systematic evaluation. This thesis examines the ductility behavior of FRP-confined rectangular reinforced concrete columns within the framework of TSC 2018. The focus is placed on rectangular cross-sections, which are common in existing building stock and frequently encountered in strengthening applications. The study is based on a comprehensive experimental database compiled from the literature, including reinforced concrete columns tested under combined axial load and cyclic lateral loading conditions representative of seismic effects. The database includes a wide range of material properties, axial load ratios, and confinement levels enabling a comprehensive evaluation of the parameters influencing ductility behavior. One of the main challenges addressed in this study is the inconsistency in ultimate lateral deflection definitions adopted in experimental research. To enable a meaningful comparison, experimental results reported in the literature were reinterpreted using a unified displacement-based framework. Yield and ultimate displacement limits were redefined according to consistent criteria, and displacement-based ductility ratios were determined for each test specimen. This approach ensured that experimental ductility values were expressed in a consistent manner and could be directly compared with code-based predictions. By applying the material models and deformation capacity formulations prescribed in TSC 2018, displacement capacities and corresponding ductility ratios were calculated for each column in the experimental database. The experimentally derived ductility values were then compared with those obtained from the code-based calculations. This comparative evaluation allowed for a systematic assessment of the accuracy and conservatism of the TSC 2018 approach in representing the ductility behavior of FRP-confined rectangular reinforced concrete columns. The results show that TSC 2018 provides conservative estimates of displacement-based ductility capacity. Although this conservative tendency contributes to safety, it may also result in strengthening designs that do not fully utilize the deformation capacity observed in experimental studies. The level of conservatism varied on key parameters such as axial load ratio, confinement effectiveness, and detailing characteristics affecting the confined concrete response. In certain cases, experimental results demonstrated significantly higher ductility capacities than those predicted by the code, revealing potential limitations in the simplified analytical representation adopted in TSC 2018. Overall, this study provides a quantitative evaluation of how effectively the current Turkish Seismic Code represents the displacement-based ductility behavior of FRP-confined rectangular reinforced concrete columns. By adopting a consistent comparison framework and focusing on experimentally observed deformation capacities, the research clarifies the strengths and limitations of the existing code provisions. The findings contribute to a more informed use of FRP confinement within performance-based seismic assessment and may support future efforts to refine code-based approaches for evaluating ductility in strengthened reinforced concrete columns.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    422118

    Lp kompozitler ile kesit boy-en oranı üç olan betonarme dikdörtgen kolonların deprem davranışının iyileştirilmesi

    Seismic retrofit of rectangular rc columns with crosssectional aspect ratio of three using frp sheet

    MEHMET ŞENTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

  2. Tez No

    444254

    Seismic retrofit of full-scale substandard rectangular RC columns through cfrp jacketing and external steel ties

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

    HAMID FARROKH GHATTE

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

  3. Tez No

    854355

    An experimental study on the behavior of square short concrete columns confined with hybrid frpunder monotonic axial compression stress

    Monotonik eksenel basınç yüklemesi altında hibrit liflipolimer malzeme ile sargılanmış kare beton kolonların davranışı üzerine deneysel bir çalışma

    BILAL IBRAHIM MAJEED AL-OUBAIDI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEDİNE İSPİR ARSLAN

  4. Tez No

    642148

    Yönetmelik kurallarına uymayan yapılar için kullanılabilecek farklı deprem güçlendirme yöntemlerinin kırılganlık eğrileri ile değerlendirilmesi

    Use of fragility curves for evaluation of different seismic retrofitting techniques applicable to substandard structures

    MEHMET AKİF ALTINOK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

  5. Tez No

    752573

    Betonarme kolonların deprem performansının tekstil donatılı / donatısız cam lifli püskürtme harçla iyileştirilmesi

    Improvement of seismic performance of reinforced concrete columns using glass fiber reinforced sprayed mortar with / without textile reinforcement

    ALİ OSMAN ATEŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

Geri Dön