Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013Türkiye’de 60’lı yıllar ve sonrasında başlayan ve günümüze kadar devam eden hızlı nüfus artışı, nüfusun en önemli ihtiyaçlarından biri olan barınma ihtiyacını da beraberinde getirmiştir. Barınma ve konut ihtiyacının bu kadar hızlı artış gösterdiği bir dönemde bu ihtiyaçlar düzensiz ve problemli bir betonarme yapılaşma ile giderilmiştir. Bu problemli süreçte yapılmış olan yapılarda mevcut bir mühendislik hizmeti alımı söz konusu değildir. Yapılan yapıların üretim süreçlerinde deprem vb. dış etkilere karşı yapılmış detaylı bir yönetmelik bulunmaması, kullanılan malzemelerin herhangi bir standarda bağlı olmadan üretilmiş olmaları, günümüze kadar ki süreçte de o ya da bu nedenle hasarlı hale gelmiş ya da olası bir afette hasar görme olasılığı çok yüksek olan bir yapı stoğu oluşturmuştur. Günümüze kadar hızla artan bu yapı stoğu o dönemden bu döneme gerçekleşen depremlerde birçok mal ve can kaybına neden olmuştur ve olası gelecekteki depremlerde de can ve mal kaybına devam edecekleri aşikardır. Önceki dönemlerde yapılmış bu mevcut yapı stoğunun birçoğu, kullanılan malzemeler açısından hiçbir şekilde teste tabi tutulamamış, yapıldıkları dönemde sahip oldukları bir çok yapım ve plan kusurlarının yanı sıra yıllar içerisinde de o ya da bu nedenle belirgin düzeylerde hasarlara uğramışlardır. Türkiye topraklarının %90’ının aktif fay hatları içerisinde yer alan deprem bölgeleri içerisinde bulunduğu göz önüne alınırsa, herhangi bir sismik harekette ya da gerçekleşebilecek bir afette bu yapıların ciddi hasarlar alabileceği, hatta yıkılabilecekleri, bunun sonucunda da büyük mal ve can kayıplarının ortaya çıkacağı gerçeği aşikardır. Bu sorunlu yapı stoğunun en büyük problemlerinden biride özellikle kullanılan beton kalitesinin düşük olması, paspayı mesafesinin bırakılmaması ve yıllar içerisinde aldığı kullanım hasarları nedeniyle betonarme elemanların içerisinde bulunan çelik donatıların korozyona uğramasıdır. Donatı korozyonu, yapı ve betonarme elemanların öteleme kapasitelerini donatı kesit alanlarında oluşan kesit kayıplarıyla doğru orantılı olarak düşürmekte, donatı ve beton arasındaki aderans kuvvetlerinin azalmasına ve donatı ile beton arasındaki yük aktarımının yitirilmesine neden olmaktadır. Bunların yanı sıra korozyona uğrayan çelik donatıların hacmi, çeliğin korozyona uğraması sonucu korozyon artıkları nedeniyle genişlemekte, bu da oluşturduğu basınçla beton örtüsünde çatlaklara neden olup betonun işlevini kaybetmesiyle sonuç vermektedir. Korozyona maruz kalmış betonarme yapıların deprem vb. yükler altındaki davranışı olumsuz yönde etkilenmekte, yapı dayanımlarını ve deprem performanslarını önemli ölçüde düşürmektedir. Türkiye’de yer alan mevcut betonarme yapıların bir çoğunun önceki dönemlerde yapılmış olması, çeşitli nedenlerle korozyona maruz kalmış oldukları göz önüne alınırsa olası bir depremde bu tip yapıların neden olacağı can ve mal kaybı bir şekilde engellenmelidir. Mevcut yapı sayısının çok olması ve bu tip yapıların yıkılıp yeniden yapılabilmesi gibi durumlar ciddi bir ekonomik zorluktur. Ülkenin mevcut ekonomik durumu ve halkın alım gücü göz önüne alındığında, yönetmeliklere uymayan hasarlı yapı stoğunun depreme karşı davranışının iyileştirilebilmesi için ekonomik rehabilitasyon/güçlendirme yöntemlerine acilen ihtiyaç vardır. Mevcut yöntemler ekonomik olmadıklarından dolayı yaşadıkları yapıları deprem ve etkilerine karşı iyileştirmek isteyen insanlar için masraflı olmakta güçlendirilmeyen binalarda büyük risk oluşturmaktadır. Bütün bu nedenlerden dolayı bu tez çalışmasında ülkemizde bir çok yerde görülebilecek olan dikdörtgen kesitlere sahip kolonlar üzerinde deneysel bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Yapılacak deneysel bir çalışma ile, donatıları korozyona uğramış betonarme kolonların güçlendirilmesi adına efektif ve ekonomik bir yöntemin bulunması amaçlanmış, elde edilecek deneysel sonuç veritabanları ile bu alanda ortaya çıkan sorunları çözmek adına inşaat mühendisliğine katkı yapılması istenmiştir. Korozyonun global bir problem olduğu göz önüne alındığında bulunacak basit bir yöntemin tüm dünyada ekonomik ve uygulanabilir bir sonuca sahip olacağı kesindir. Deneysel çalışmada kullanılan numuneler yönetmeliklere hiçbir şekilde uymayacak şekilde(çok düşük beton dayanımına, düz donatılara, yetersiz sıkılaştırma bölgesine, yetersiz donatı bindirme boyuna sahip) tasarlanmışlar ardından da yıllar içerisinde gözlenebilecek korozyon hasarlarını gerçekleştirebilmek için literatürde geçerli olan hızlandırılmış korozyon yöntemleriyle korozyona maruz bırakılmışlardır. Yönetmeliğe uymayacak şekilde tasarlanmış 6 numunenin 5 adedi hızlandırılmış korozyona maruz bırakılmaları sonucunda hasara uğramış, diğer numune ise referans olarak korozyon hasarının kolonlar üzerindeki davranış değişikliklerini tespit edebilme adına bırakılmıştır. Korozyona maruz bırakılan numunelerde oluşan korozyon sonucunda donatı hacimlerinde artış meydana gelmiş, artan donatı hacimleri betona basınç uygulayarak çatlaklara sebebiyet vermiştir. Bu numunelere güçlendirme işleminin yapılabilmesi için öncelikle mevcut korozyonun oluşturduğu hasarların temizlenmesi gerekmiştir. Korozyon hasarlarının tespit edilebilmesi için öncelikle bu korozyon sonucu oluşan çatlaklar ölçülmüş, ölçümler sonucunda korozyon oranları tespit edilmiştir. Ardından numunelerde oluşan korozyon hasarları ve artıkları, numunede paspayı mesafesinde bulunan beton örtüsünün kaldırılması ve açığa çıkarılan korozyonlu donatıların mekanik temizleyicilerle temizlenmesi sonucu ortadan kaldırılmış, beton örtüsünün kaldırılmasının ardından ortaya çıkan donatılar iki yönde de birer cm aralıklarla ölçülmüş ve korozyon kesit kayıpları belirlenmiştir. Kaldırılan korozyon hasarlı beton örtüsünün yerine, yüksek dayanımlı tamir harcıyla bir katman uygulanmış, korozyonlu betonun kaldırılması ve içerisindeki donatılarının temizlenip yeni bir tamir harcıyla tamir edilmesi sonucu, betonarme kolon iyileştirilmiştir. Ardından bir diğer kolon daha deney grubundan çıkarılmış geride kalan numuneler ise korozyonlu kısımlarının temizlenmesi ve tamir harcıyla onarılmasının ardından karbon katkılı lifli polimerler ile etriyelere paralel yerleşim olacak şekilde güçlendirilmiştir. Karbon lifli polimerler yapı strüktürel fonksiyonlarına minimum zararı veriyor olmasından, yapıda herhangi bir simetri kaybına neden olacak bir ağırlığı bulunmadığından dolayı bu tür yapılarda uygulanabilecek en iyi güçlendirme araçlarından birisidir. Güçlendirme işlemi 3 numunenin her birinin farklı kat sayısına sahip(1, 2 ve 3 kat) lifli polimerler ile sarılması ile gerçekleştirilmiştir. Güçlendirme işlemlerinin tamamlanmasının ardından bütün numuneler üzerine ölçüm cihazları yerleştirilmiş ve deprem davranışına en yakın düzeyde performans gösteren sabit eksenel yük altında tersinir çevrimli yüklemeyle teste tabi tutulmuştur. Test edilen numunelerde dayanım-deplasman kapasitesi, süneklik, uzama dağılımı, moment-eğrilik ilişkileri ve deplasman bileşenleri incelenmiş güçlendirme şekillerinin ve güçlendirme de kullanılan CFRP kalınlığının sabit eksenel yük ve tersinir çevrimli yük altındaki davranışa etkisi incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda elde edilen dayanım, yerdeğiştirme kapasitesi, süneklik, donatıda oluşan şekil değiştirme dağılımı, moment eğrilik ilişkileri ve yerdeğiştirme bileşenleri değerlendirildiğinde, sabit eksenel yük ve tersinir çevrimli yük altında yapılan kısıtlı sayıda test sonucunda, içerisindeki donatıları korozyonlu ve nervürsüz olan, çok düşük beton basınç dayanıma sahip standartlara uymayan kolon numunelerde, donatılardaki korozyona bağlı olarak oluşan kesit kaybına ve beton ile donatılar arasındaki aderasyonun kaybolmasına bağlı olarak numune teorik eğilme kapasitesine ulaşamamıştır. Hızlandırılmış korozyon uygulanması sonucu numune donatılarında oluşan bir miktar korozyon, donatı ile beton arasındaki sürtünmeyi artırarak aderansı artırmış ve bu sayede korozyona uğramış düşük standartlı numune, korozyonsuz numuneden daha yüksek bir dayanım göstermiştir. Yine de eksenel yük ve korozyon sonucu oluşan beton hasarı, yeterli sıkılaştırma yapılmamış donatılarda burkulmaya neden olmuş bu da numune dayanımını bir anda düşürerek gevre bir davranış göstermesine neden olmuştur. Tamir harcıyla onarılmış numunede korozyonlu donatıların temizlenmesi sonucu oluşan pürüzlü donatı yüzeyi, nervürlü donatı gibi davranarak aderansı artırmış, buna bağlı olarak bir dayanım artışı tespit edilirken, herhangi bir gözle görünür süneklik artışı gözlemlenmemiştir. Numunelerin karbon lifli polimerler ile güçlendirilmesi numune davranışını hem dayanım yönünden hem de süneklik yönünden bir sınıra kadar artırmıştır. Ne yazık ki bu tip çok düşük beton dayanımına sahip kolonların lifli polimerler ile sarılması sonucu kesit içerisindeki tarafsız eksen kesit sınırına kaymış bunun sonucunda da korozyon hasarlı donatılarda oluşan uzama istemi, donatıların kopmasına neden olmuştur. Yine de elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında karbon lifli polimer kullanımının dayanıma ve sünekliğe bir noktaya kadar yarar sağladığı aşikardır. Çalışmanın sonuçlarına bakıldığında, kullanılan güçlendirme ve iyileştirme yöntemlerinin dayanıma ve öteleme kapasitesine bir iyileştirme sağladığı fakat bu iyileştirmenin yine numunelerin standartların çok altında olmalarından dolayı yeterli olmadığı tespit edilmiştir. Gelecek çalışmalarda bu problemin çözümüne yönelik çalışmalar yapılmasına olanak tanıması nedeniyle elde edilen bilgilerin tüm betonarme yapılarda ortaya çıkan korozyon problemini çözmesi adına büyük yararlarının olduğu aşikardır.Due to increasing in country populations, building requirement is getting more important. Between 1960 and 1995, there have been 104% population increase in Turkey as like as other countries of the world. This breakneck population increment caused new building requirements such as building cooperations and apartments and this increase resulted as huge substandard reinforced concrete structure stock in Turkey. In those years, there were no seismic code or qualified engineers, who can design, control and check these buildings properly. There were some seismic and deisgn codes in foreign countries and the absence of any seismic or reinforced concrete design code in Turkey caused a building stock which had poor quality material. Even worse most of the buildings which built in that period, regulations and design codes were not taken into consideration. As a consequence, buildings which has been building after beginning of 60s in our country, which do not meet the standard codes, has potential of damage during the earthquakes. Turkey is in seismic zone and there have been a lot of grand earthquake happening and if 95% of Turkey lands are in seismic zone considered, size of the problem could be realized easily. Also these building stock have another huge problem which have been increasing due to time which is corrosion risk of the reinforced concrete elements. Especially in old existing buildings corrosion problem could be seen due to insufficient concrete cover, contain high percent chloride and low pH, temperature, water/cement ratio, humidity, insufficient using of vibration and problematic water drainage systems. Some defects due to workmanship or material on these building stocks could cause corrosion problem within the years. Corrosion causes significant decrease in drift capacity and strength due to cross-section loss of reinforcing bars, bond alteration between reinforcing bar and concrete, and cover cracking along the reinforcing bars on concrete. Although steel has a natural protector for corrosion reactions. The alkaline environment of concrete provides steel to corrosion protection (shown in Figure 2.4). At the high pH, a thin oxide layer forms on the steel and prevents metal atoms from dissolving. This passive film does not actually stop corrosion; it reduces the corrosion rate to an insignificant level. Because of concrete’s inherent protection, reinforcing steel does not corrode in the majority of concrete elements and structures. However, corrosion can occur when the passive layer is destroyed. The destruction of the passive layer occurs when the alkalinity of the concrete is reduced or when the chloride concentration in concrete is increased to a certain level. All these corrosion damages will result in the loss of property and life in a possible earthquake if eventuated earthquake is considered in last 10 years. Furthermore, if the reinforced concrete (RC) structure with corroded reinforcing bars, designed and built without complying seismic design codes, then it would be in urgent need of economic seismic rehabilitation/retrofitting. Due to these reasons, an experimental study was carried out for investigating a rehabilitation/retrofitting procedure that improves the seismic performance of substandard RC columns (extremely low strength concrete, plain longitudinal bars, insufficient lap-splice zone, insufficient amount of transverse bars in the potential plastic hinge regions) with corroded plain reinforcing bars. Six symmetrically reinforced cantilever column specimens were constructed to provide relatively old and existing structures, which were built without complying the design codes as usually encountered in Turkey and in developing countries. Substandard structures means extremely low quality of concrete, unsufficient lap-splice length and plain round bars. Cross-sectional dimensions of columns were 200 mm × 300 mm and 1400 mm height and supported by a 700 mm × 700 mm × 500 mm foundation. All transverse bars spaces were 20 cm, it means there is no conforming transverse bars like as common usage. Clear cover was 20 mm from the transverse bars. One of the specimens was choosen as reference specimen without any retrofit process. Then, the other specimens were subjected to accelerated corrosion process. Due to the accelerated corrosion process, the concrete cover became weak and deteriorated due to corrosion of reinforcing bars. After accelerated corrosion, corroded concrete cover was removed except the reference one, then steel reinforcement surfaces was cleaned from any concrete traces and rust of the corrosion products. All bars diameters were measured again with caliper for every 1 cm and compared with the uncorroded bars cross section to find cross section loss of the reinforcing bars. After cleaning process reinforcement of the specimens were covered with a corrosion inhibitor material to prevent corrosion. As a final step for specimens which will retrofitted by carbon fiber reinforced polymer sheets, were wrapped around the specimen externally one, two and three times in transverse direction with 150 mm overlap at the end of the wrap to enhance the deformability and to avoid potential shear failure due to increased flexural strength. FRP was recommended for its less disturbance to the occupants and hindrance of the functions of the structure. Then, the specimens were tested under constant axial load and reversed cyclic loads. The efficiency of the number of the ply of FRP sheet and the seismic retrofit technique for the case of low strength concrete column specimens with corroded plain reinforcing bars, which were subjected to reversed cyclic loading conditions were examined due to the indicators of seismic performance such as strength, displacement capacity, ductility, strain distribution, moment-curvature relationship and displacement components. Furthermore, the flexural strengths of the reference and retrofitted specimens are predicted analitically. Based on the results of limited number of reversed cyclic lateral loading tests on substandard RC columns with corroded plain reinforcing bars and extremely low strength concrete, the substandard columns cannot reach their theoretical flexural capacity due to loss of bond between concrete and reinforcement. A certain level of corrosion causes increase of friction between the bars and concrete leading to better bond and enhanced strength. Rehabilitation of corrosion damaged column with repair mortar enhanced the strength of the damaged column significantly, whereas ductility was only slightly improved with respect to corrosion damaged column. Rehabilitation and retrofitting using CFRP sheets enhanced both strength and ductility of the corrosion damaged column significantly up to a limit. However, wrapping of substandard RC columns with corroded plain reinforcing bars and extremely low strength concrete with more than two layer of CRFP reduced ductility due to corroded reinforcement bar sections and elongation request of bars while equalizing the section stability. It should be noted that before any CFRP application, elongations of bars and statement of concrete should calculate carefully otherwise retrofitting with CFRP could also reduce both strength and ductility of substandard columns with corroded reinforcement due to rupture risk of corroded bars. Even CFRP increases both strength and ductility, local corrosion damages on the reinforcements can affect end reduce the behavior of specimen.Yüksek LisansM.Sc
