The Behavior Of Reinforced Concrete Columns And Joints With Low Strength Concrete Under Earthquake Loads: An Investigation And Improvevement

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009Bu tez çalışmasındaki temel amaç, ülkemizdeki yapıların durumunu temsil edecek şekilde düşük dayanımlı beton, seyrek etriye ve düz yüzeyli donatıya sahip kısa kolon ve kolon-kiriş birleşim bölgelerinin deprem yükleri altındaki davranışlarını incelemek ve iyileştirmektir. Bu amaçla deneysel ve teorik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında 11 adet yaklaşık tam ölçekli kısa kolon, 27 adet 400×400×100 mm boyutlarında beton panel ve 16 adet 1/1 ölçekli kolon-kiriş birleşim bölgesi deneyleri yapılmıştır. Deneylerde numunelerin hem orijinal hem de güçlendirilmiş davranışları incelenmiştir. Güçlendirme karbon ve cam Lifli Polimer (LP) ve yüksek performanslı çelik lifli çimento esaslı kompozit (HPFRCC) panellerin değişik detaylar ile numune yüzeyine yapıştırılması veya sargılanması şeklinde yapılmıştır. Deneysel ve teorik çalışmalar kapsamında elemanların yük taşıma kapasiteleri, yük-yerdeğiştirme ilişkileri, hasar mekanizmaları, deprem yerdeğiştirme talepleri incelenmiştir. Teorik çalışmalarda deney verilerinin analizleri, temel mekanik, doğrusal olmayan dinamik analiz ve sonlu eleman analizi gibi yöntemlerden faydalanılmıştır. Deneysel ve teorik çalışmalar sonucunda bu tip elemanların deprem yükleri altındaki davranışları açıklanmış ve uygulanabilir güçlendirme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu güçlendirme detayları ile ilgili tasarım algoritmaları ve uygulama detayları ortaya konmuştur. Kısa kolon deney sonuçlarından anlaşıldığı üzere ağırlıklı olarak diyagonal basınç gerilmelerinin etkileri sebebiyle, eğilme kapasitelerine ulaşamayan güçlendirilmiş numuneler, referans numunelerine göre gerek dayanım gerek yerdeğiştirme yapabilme açısından daha iyi bir performans sergilemişlerdir. Beton panel deneyleri sonucunda beton elemanların kesme etkilerine karşı güçlendirilmesinde hem LP hem HPFRCC panellerin özellikle ankraj uygulanması durumunda hem dayanım hem yerdeğiştirme kapasiteleri açısından etkili oldukları görülmüştür. Birleşim bölgesi deneylerinden görüldüğü üzere kiriş eğilme kapasitesine ulaşmasından önce kiriş boyuna donatılarının sıyrılmasına karşılık numuneler dayanımlarını %4 öteleme oranına kadar koruyabilmişlerdir.The main goal of this study is to investigate and improve the behavior of reinforced concrete members built with low-strength concrete, insufficient transverse reinforcement and plain bars which reflect existing buildings in Turkey. For this purpose experimental and theoretical studies were carried out. Experimental studies included tests of 11 nearly-full scaled captive columns, 27 concrete panels with dimensions of 400×400×100-mm and 16 full-scaled beam-column joints. For retrofitting, carbon or glass fiber polymers (FRP) and high performance steel fiber reinforced cementitious composite (HPFRCC) plates were either attached or wrapped to the surface of the specimens with different details. Theoretical studies included the investigations of load capacity, load-displacement relationship, failure modes and earthquake displacement demands. Different methodologies were used during the analytical studies such as evaluation of experimental data, basic mechanics, nonlinear dynamic analysis and finite element analysis. As a result of the experimental and theoretical studies the behavior of such specimens were explained and applicable retrofitting techniques were improved. Also design algorithms and application details were defined. Tests of columns showed that the retrofitted specimens, while not being able to reach their nominal flexural capacity due to the effects of excessive diagonal tension and compression stresses, exhibited much better performance both in terms of strength and displacement capacity with respect to the reference specimens. Tests of concrete panels showed both retrofitting tecniques (FRP and HPFRC) are effective. It was also seen that HPRFRCC is more effective then FRP. Tests of joints indicated that while the strengths of the specimens were limited by slip of beam longitudinal bars at its anchorage before yielding, all the specimens sustained their load capacity during displacement reversals with maximum drift ratios of up to 4%.DoktoraPh