Kolon güçlendirme

Çok katlı betonarme bir çerçeve yapıda, 9 çerçeve kolonunun beton dayanımının inşaat kabulü sırasında tasarım gerekliliklerini karşılayamadığı ve bunun sonucunda eksenel basınç oranının sınır değerinin gerektirdiği süneklik gerekliliklerini karşılayamayan aşırı eksenel basınç oranına yol açtığı tespit edilmiştir. Bir yandan, CFRP ile sarılması betonun eksenel basınç dayanımını belirli bir ölçüde artırabilir. Diğer yandan, karbon fiber sargısının kolonlar üzerindeki enine sınırlayıcı etkisi de yatay yükler altında kolonların sünekliğini önemli ölçüde artırabilir ve eksenel basınç oranı süneklik gerekliliklerini karşılayabilir.

Taşıma kapasitesi ve süneklik hesaplanarak, daha düşük mukavemete sahip üç kolon, tüm kolon yüksekliği boyunca üç kat CFRP sargı ile sarılacaktır. Diğer 6 kolon için ise, kolon yüksekliği boyunca iki kat karbon fiber sargı uygulanacaktır.

CFRP sargılı donatının taşıma kapasitesi ve sünekliğinin analizi

Karbon fiber sargı takviyesinden sonra çerçeve kolonların kesme kapasitesi ve sünekliği önemli ölçüde iyileştirilebilir.

Orijinal yapı 3,6 m yüksekliğinde 800 x 800 mm çerçeve kolondan oluşmaktadır. İlgili araştırma sonuçlarına göre, CFRP sargının kesme kapasitesi, presleme hesaplamasıyla iyileştirilebilir.

Projenin tüm sarma şeması için formül şu şekildedir:

Betonun tasarım dayanımı C40'tır. Bu hesaba göre tek kolonun kesme kapasitesi 1312 KN olmalıdır. Daha düşük dayanıma sahip üç kolon için en düşük beton dayanımı 28,3 Mpa olup, donatısız kesme kapasitesi 1031 KN'dir. Üç kat CFRP sarıldığında, taşıma kapasitesindeki artış 319 KN olup, toplam taşıma kapasitesi 1350 KN olup, tasarım taşıma kapasitesinden yüksektir. Diğer 6 kolon için minimum beton dayanımı 35 Mpa olup, donatısız kesme dayanımı 1209 KN'dir. İki kat karbon fiber sarıldığında, taşıma kapasitesindeki artış 246 KN olup, toplam taşıma kapasitesi 1455 KN olup, tasarım taşıma kapasitesinden yüksektir.

Test sonuçlarına göre, eksenel basınç oranı belirlendiğinde, CFRP sargılı kolonların süneklik katsayısı, kesme dayanımı ve zayıf eğilme katsayısı Vs/Vm ile doğrusal olarak artmaktadır. Eksenel basınç oranı 0,48 olduğunda aşağıdaki uyum formülü elde edilmektedir.

μ=-1.278+5.233V_s/V_M

Üstteki formülden görüleceği üzere karbon fiberin kayma dayanımı ne kadar büyükse Vs/VM ve süneklik faktörü de o kadar büyük olacaktır.

Ayrıca literatüre göre, süneklik katsayısı sabit kaldığında etriye karakteristik katsayısının eksenel basınç oranı ile ilişkisi şu şekildedir:

Üstteki formül, eksenel basınç oranı arttırıldığında, süneklik katsayısının sabit kalması için çember oranının da uygun şekilde arttırılması gerektiğini göstermektedir.

Muhafazakar tahmine göre, beton dayanımının azalması nedeniyle kolonların eksenel basınç oranının 0,3 arttığı varsayıldığında, buna karşılık gelen etriye karakteristik katsayısı artışı 0,066, yeni CFRP etriye karakteristik katsayısı ise 0,097 olup, gereksinimleri tamamen karşılamaktadır.

Yukarıdaki analizden görüleceği üzere, deprem kapasitesini artırmak amacıyla betonarme kolonların CFRP sargı ile güçlendirilmesi durumunda, taşıma kapasitesi ve süneklik indeksine göre CFRP sargı miktarının belirlenmesi gerekmektedir.