Güçlendirme

FRP KOMPOZİT

TEKNOLOJİSİ

FRP NEDİR?

FRP malzemeleri karbon,aramid,kevlar ve cam olmak üzere 4 gruba ayrılırlar.Bu malzemeler çok düşük ağırlıklarına rağmen çok yüksek mukavametlere, anti korozif özelliklere , yüksek mekanik ve fiziksel değerlere sahiptirler.

FRP kompozit malzemeler tek yönlü plakalar,kumaşlar,çubuklar ve çift yö

nlü örtüler olarak üretilebilmektedir.

Epoksi, fiber matriksinden oluşan CFRP plakalar (Karbon Fiberle Güçlendirilmiş Polymerler) çelik plakaları her türlü fiziki değerlerde geride bırakmaktadır.Düşük sünme ve uzama gösterir ve çeliğe kıyasla ince,hafif ve çekme dayanımı 5-10 kat daha fazladır.

Kompozit güçlendirme sistemi betonarme elemanlara dıştan uygulanan bir güçlendirme sistemidir.

Harici yapıştırmalı kompozit sistemler , yapı elemanlarının yük taşıma kapasitesini ve eğilme dayanımını artırır.Yükler epoksi reçine yapıştırıcısı vasıtasıyla kompozite aktarılır ,böylelikle üniform bir yük aktarımı sağlanır.

Kompozit sistem aşağıdaki malzemelerden meydana gelir

Yüzey düzeltme macunu Epoksi yapıştırıcı

Kompozit ürünler (Karbon,Aramid,Cam) Koruyuycu kaplama (Sıva, Boya)

TİPİK UYGULAMALAR

FRP kompozit teknolojisi sismik güçlendirme, kullanım değişikliği, yapıların yeni

yönetmeliklere uygun hale getirilmesi,tasarım ve işçilik hataları,ilave servis yükleri gibi

nedenlerle kirişlerin,döşemelerin,

duvarların,kolonların,bacaların,siloların,tünellerin,boruların,tankların ve diğer elemanların

güçlendirilmesinde kullanılır.

İNŞAAT SEKTÖRÜNDE FRP	FRP SİSTEMİNİN YAPIYA FAYDALARI
KULLANIMININ AVANTAJLARI

Tasarsım kolaylığı

Farklı fiziksel değerler için farklı kompozit malzeme kullanma imkanı

Anti koroziflerdir

Yapılarda kullanım altında uygulama imkanı Uygulama ve kullanım kolaylığı

Maliyeti yüksek makine ve ekipman gerekmez

Her çeşit yapı elemanı güçlendirilmesinde kullanılır

Bakım gerektirmez

Kullanılan bütün bileşenlerin önceden kalite kontrolü yapılmıştır.

Yük taşıma kapasitesini artırır Eğilme dayanımını artırır

Durabiliteyi geliştirir

Dinamik yükten gelen malzeme yorulması direncini güçlendirir

Sehimi azaltır

Ölü yükü arttırmaz, elemanın geometrisini değiştirmez

Esnektir, çeşitli formlara adapte edilebilir

CFRP PLAKALAR

Karbon fiber ve epoksi matriksinden oluşan plakalar, kolon, kiriş, döşeme ve duvarların taşıma kapasitelerini arttırmak için harici takviye donatısıdır.

Bu plakalar yapı elemanlarının çekme bölgelerine yüksek mukavametli epoksi reçine ile yapıştırılır.Epoksi reçine kürlendikten sonra yükleri plakalara aktarır.Plakalar yük altında akma limitlerine kadar yüksek gerilmeleri karşılar.

Elastisite modülüne göre değişik karbon plaka tipleri mevcuttur.Uygun plaka tipi güçlendirilecek elemanın yükleme durumu ve açıklığa göre seçilir.

Yüksek elastisite modüllü plakalar kullanılarak donatı deformasyonu ve çatlak genişlikleri azaltılabilir.

Aşırı sehimden dolayı güçlendirilmesi gereken elemanlarda E modülü yüksek plakalar kullanılmalıdır.

Karbon plakalar ön germeli olarak da uygulanabilir.

FRP Plakaların faydaları:

Performans

Yüksek fiziksel ve mekanik değerlere sahiptirler

Yüksek dayanım

Yüksek elastisite modülü ve çekme dayanımı ile yapı elemanlarının yük taşıma kapasitesini önemli ölçüde arttırırlar.

Tasarım kolaylığı

Çok amaçlı malzeme seçeneği sunar.

Uygulama kolaylığı

Sorunsuz montaj ve uygulama sözkonusudur.

Öngermeli uygulama

UYGULAMA

FRP plakalrın yapıştırılmasından önce yüzey hazırlığının doğru yapılması çok önemlidir.

Beton yüzeyi; letans,yağ,kir,zayıf kısımlar,sıva ve boyalardan kumlama veya taşlama gibi mekanik yöntemlerden biri kullanılarak temizlenmelidir.Beton yüzeyin minumum çekme dayanımı 1.5 N/mm2 olmalıdır.Yüzey profili düzgün olmalı, kot farkı 2 metre de 5 mm yi geçmemelidir.

Uygulama aşamaları:

İstenilen uzunlukta hafif kolay taşınabilir rulolarda paketlenen plakalar uygulama yerinde istenilen uzunlukta firesiz kesilr.

Epoksi reçine plakaya ve uygulanacak elemana 2 mm kalınlıkta sürülür.

Plakalar uygun pozisyonda tutularak yapıştırılır.

Yapıştırıldıktan sonra üzerine rulo gezdirilerek sabitlenir.

FRP KUMAŞLAR

FRP kumaşlar tek yönlü veya iki yönlü %100 karbon liflerden oluşur. Kiriş,baca,silo,tünel,boru ve duvar gibi yapı elemanlarının harici güçlendirme donatısıdır.Özellikle komplike şekilli yapı elemanlarının güçlendirilmesi için eşsiz bir çözüm sağlar.

Kolonlarda : Kesme,kayma,eğilme dayanımını ve darbe direncini arttırır,uzun süreli yük taşıma özelliğini pekiştirir.

Kirişlerde : Eğilme ve kesme dayanımını arttırır.

Bacalarda : Rüzgar yüküne karşı direnci ve eğilme dayanımını artırır.

Silolarda : Dairesel çevre gerilme dayanımını arttırır ve çatlak oluşumunu azaltır.

Borularda : Geniş çaplı boruların basınç kapasitesini arttırır.

Tünellerde: Yanal hareketlere,eğilme ve basınca karşı dayanımı arttırır.

Duvarlarda : Darbe direncini arttırır,patlamalara karşı koruma sağlar.

UYGULAMA

FRP kumaşların yapıştırılmasından önce yüzey hazırlığının doğru yapılması çok önemlidir.

Beton yüzeyi; letans,yağ,kir,zayıf kısımlar,sıva ve boyalardan kumlama veya taşlama gibi mekanik yöntemlerden biri kullanılarak temizlenmelidir.Beton yüzeyin minumum çekme dayanımı 1.5 N/mm2 olmalıdır.Köşeli kesitler en az 10 mm çapında yuvarlatılmalıdır.

Yüzey bozuklukları epoki puty ile düzeltilir.

Uygun şekilde hazırlanmış yüzeye epoksi sürülür

FRP gerilerek yapıştırılır, rolu gezdirilerek sabitlenir ..ve epoksi ile iyice doyurulur.

FRP kumaşın üzerine son kat epoksi uygulanır

Koruyucu kaplama yapılacaksa kum serpilir ve daha sonra sıva veya başka bir uygulama ile işlem tamamlanır.

UYGULAMA ALANLARI

DİZAYN KRİTERLERİ

Dizayn için öneriler

• Yapıştırılacak yüzeyin çekme mukavameti min.1,5 N/mm2 olmalıdır. Fib(14)
• Uygulama yapılacak yüzeydeki min. Paspayı 10 mm olmalıdır. Fib(14)
• Güçlendirme faktörü 2 olmalıdır.
• Yüzeydeki klorid içeriği 0,3 % (ağırlıkça), rutubet < 4% olmalıdır.
• Yüzey profili düzgün olmalı kot farkı 2 metrede 10 mm yi geçmemelidir.
• Maksimum kat sayısı plakalar için 3, kumaşlar için 5 olmalıdır. Fib(14)
• Karbon plaka ile beton arasındaki epoksi kalınlığı sıkıştırmadan sonra min.1,5 mm olmalıdır. Fib(14)
• Kiriş uygulamalarında karbon plakanın kenara uzaklığı büyük-eşit paspayı olmalıdır.

Fib(14)

• Kiriş uygulamalarında karbon plakalar arasındaki açıklık min.(0,2L , 5h) olmalıdır. Fib(14) (L=kiriş boyu, h=kiriş yüksekliği)
• Karbon kumaş uygulamasında köşeler min.10-15 mm çapında yuvarlatılmalıdır. Fib(14)
• Kolon sargılamada bindirme boyu min.200 mm olmalıdır.

• Kolon sargılamada kat sayısı min. 2 olmalıdır.

Güçlendirme faktörü:

Güçlendirilmiş yapının yük taşıma kapasitesi, güçlendirilmemiş yapının yük taşıma kapasitesinin iki katından büyük olmamalıdır. Bu faktör eğilme güçlendirmesi derecesini sınırlayarak kullanım sırasında dahili donatının akmasını önler.

..V=Mv / Mo 2

Denge hali:

Güçlendirme sırasında dahili donatıların öngerilmeleri dikate alınmalıdır.Güçlendirme çalışmaları sırasında yapının zorlanmasını azaltmak için yükün boşaltılması veya askıya

alınması gerekebilir.

Maksimum uzama limitleri:

FRP plakaların uzamasının büyük olması güçlendirilmiş elemandaki çatlak derinliğinin artmasına yol açar.FRP plakalardan bütünüyle yararlanmada önemli bir faktör uzamanın sınırlanması ve izin verilen max.uzama sınırına uyulmasıdır.

Yapılan araştırmalarda plakaların yüzeyden ayrılmasının plakaların elastik uzamasına bağlı olduğu kadar donatı demirinin plastik uzamasınada bağlı olduğunu göstermiştir.Donatı demirinin akmaya başlama noktası karbon şeritlerin uzamasının %65 i noktasındadır.Buda karbon şeridin akma noktasındaki uzamasının donatıya göre 5.7 kat daha fazla olduğunu ifadesidir.Kirişteki hasarın karbon plakanın uzamasının % 1.3 değerinde iken olduğu gözlenmiştir. Fakat dizaynda kullanılabilecek max.uzama % 0,6 – 0,8 arasında sınırlandırılmalıdır.

Örneğin E=200 kN/mm² olan FRP plaka için dizaynda kullanılacak Gerilme değeri aşağıdaki gibi alınmalıdır.:

KESME GÜÇLENDİRMESİ (SHEAR STRENGTHENING)

VD= Tasarım kesme kuvveti

VR= Karbon fiber kumaş ile güçlendirilmiş kesitin kesme dayanımı

VR = V c + V s + V frp

EĞİLME GÜÇLENDİRMESİ (FLEXURAL STRENGTHENING)

Betonarme elemanların eğilme güçlendirmesinde FRP plakalar elemanın çekme bölgesine, fiberler gerilme doğrultusuna paralel olacak şekilde yapıştırılır.

Toplam moment = 0

Mr = Fs (d- k1.c / 2 ) + Ff (h- k1.c / 2 )

Denge denklemleri (Basınç donatısı var):

Toplam kuvvet = 0 Fc + Fs’ = Fs + Ff

0,85 fcd × b × k1.c + As’ × fs’ = As × fyd + (1/?f ) Af × Efu × efe

Toplam moment = 0

Mr = Fs (d- k1.c / 2 ) + Fs’ ( k1.c / 2 – d’ ) + Ff (h- k1.c / 2 )

EKSENEL YÜKLÜ KOLONLARIN SARGILANMASI

FRP nin katkısı fret donatısının katkısı gibi değerlendirilebilir.

Fretli kolonlarda fc1 = fck + 4 2

fc1 = Fretli kolonun basınç dayanımı

fck = Göbek betonunun basınç dayanımı

2 = Fretin betona uyguladığı basınç gerilmesi

ANKRAJLAMA

B- Plakaların bitim noktalarından birkaç sıra kuşaklama ile ankrajlanması

C- (U) kuşaklamanın ankrajlanması

C1: Kanal açarak ankrajlama

D-Düğüm noktalarının ankrajlanması

Kiriş-Kolon birleşim yerlerinde (Harici) meydana gelen tipik makaslama hasarları şekil 5.10 da görülmektedir.Kayma etkisi altındaki FRP ile güçlendirilmiş birleşim noktaları üzerinde yapılan araştırmalar, birleşim noktalarının dıştan uygun şekilde çok ince FRP tabakaları ile sargılanmasının dahi (örneğin 0,12 mm kalınlıkta 2-3 kat karbon kumaş) makaslama/kayma kapasitesinde %80-100 üzerinde bir artış getireceğini göstermiştir.Bu artış söz konusu sargılamanın kiriş ekseni yönünde hatta mümkünse kolon ekseni yönündede yapılmasıyla sağlanabilir(Şekil 5.11).

Şekil 5.11 Kolon kiriş birleşim yerlerinin kesme güçlendirmesi ve ankrajlanması ile ilgili tipik uygulamalar (a) Dış birleşim noktası, (b) İç birleşim noktası.

Kiriş-Kolon birleşim yerlerinde kesme kapasitesindeki artış; şekil 5.12 deki periyodik yükler altında bulunan güçlendirilmemiş ve güçlendirilmiş (iki kat 0,12 mm kalınlıkta karbon kumaş) numunelere ait yük-deplasman grafiğinde görülmektedir.

(Antonopoulos ve Triantafillou 2003)

Şekil 5.12 Kiriş-Kolon birleşim yerleri yük-deplasman eğrileri. (a) Güçlendirilmemiş numune, (b) Güçlendirilmiş numune, Güçlendirilmiş numune kesme dayanımında % 70 lik bir artış sergiler.

KANAL AÇILARAK FRP ŞERİTLERİN UYGULANMASI (Slot application)