Obtaining the Stress-Strain Relationship of Reinforced Concrete Columns Wrapped with Fiber Reinforced Polymer

Abstract

Following the earthquakes that occurred in Kahramanmaraş province on February 6, 2023, in Türkiye, the use of fiber reinforced polymers in strengthening reinforced concrete buildings has become quite widespread. Especially in terms of architecture, it does not change the element dimensions, its application is easy, fast, and practical, its material tensile strength is high, etc. for these reasons, wrapping with fiber reinforced polymers begun to be preferred. Within the scope of the study, the wrapped concrete compressive strength and the corresponding unit strain value of reinforced concrete columns of different cross-section sizes wrapped with fiber reinforced polymer were calculated and compared according to the Turkish Earthquake Code (TEC, 2007) and the Turkish Building Earthquake Code (TBEC, 2018). Due to the large number of inputs used in the calculation of confined concrete compressive strength and strain, the effective parameters were determined by performing multiple regression analyses. For these parameters, Anfis models were created in various subset numbers. The Anfis model that best predicts the confined concrete compressive strength and strain was determined.

Keywords

• Fiber Reinforced Polymer
• Reinforced Concrete
• Column
• Stress-Strain
• Anfis

Lifli Polimer ile Sargılanan Betonarme Kolonların Gerilme-Şekil Değiştirme İlişkisinin Anfis Yöntemi ile Elde Edilmesi

Abstract

Türkiye’de 6 Şubat 2023 tarihinde Kahramanmaraş ili merkezli meydana gelen depremlerin ardından betonarme binaların güçlendirilmesinde lifli polimerlerin kullanılması oldukça yaygınlaşmıştır. Özellikle mimari açıdan eleman boyutlarını değiştirmemesi, uygulamasının kolay, hızlı ve pratik olması, malzeme çekme dayanımının yüksek olması, vb. sebeplerden dolayı lifli polimer ile sargılama tercih edilmeye başlanılmıştır. Yapılan çalışma kapsamında lifli polimer ile sargılanmış farklı enkesit boyutlarındaki betonarme kolonların sargılı beton basınç dayanımı ve buna karşı gelen birim şekildeğiştirme değeri Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY, 2007) ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’ne (TBDY, 2018) göre hesaplanarak karşılaştırılmıştır. Sargılı beton basınç dayanımının ve birim şekildeğiştirmenin hesaplanmasında kullanılan girdi sayısının fazla olması nedeniyle çoklu regresyon analizi yapılarak etkili olan parametreler belirlenmiştir. Bu parametreler için çeşitli alt küme sayılarında Anfis modelleri oluşturulmuştur. Sargılı beton basınç dayanımını ve birim şekil değiştirmeyi en iyi tahmin eden Anfis modeli tespit edilmiştir.

Keywords

• Lifli Polimer
• Betonarme
• Kolon
• Gerilme-Şekil Değiştirme
• Anfis

References

1. Acar, R., & Saplıoğlu, K. (2022). Etkili girdi parametrelerinin çoklu regresyon ile belirlendiği su sertliğinin ANFIS yöntemi ile tahmin edilmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(6), 1413-1424. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1147492
2. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. (2018). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. Resmi Gazete.
3. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. (2018). Türkiye Deprem Tehlike Haritası. https://www.afad.gov.tr/turkiye-deprem-tehlike-haritasi
4. Aksakal, A. K. & Gündoğay, A. (2023). Investigation of unconfined concrete stress-strain diagrams in finite element program. Ahi Evran 3rd International Conference on Scientific Research. Baku, Azerbaijan.
5. Aksoylu, C., & Arslan, M. H. (2021). 2007 ve 2019 deprem yönetmeliklerinde betonarme binalar için yer alan farklı deprem kuvveti hesaplama yöntemlerinin karşılaştırılmalı olarak irdelenmesi. International Journal of Engineering Research and Development, 13(2), 359-374. https://doi.org/10.29137/umagd.844186 Akyıldız, M. H., & Ayhan, E. (2022). 2007 ve 2018 yılları Türkiye deprem yönetmeliklerine göre zemin parametreleri ve deprem verilerinin karşılaştırılması; Siirt ili vaka çalışması. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 37(1), 271-282. https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1095089
6. Alemdar, Z. F., & Caymazer, D. (2018). Kentsel dönüşüm kapsamında çok katlı betonarme bir binanın deprem performansının değerlendirilmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8(2), 273-283. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.368959
7. Alfaqeeh, A., Sarıbıyık, A., & Nart, E. (2018). Düşük dayanımlı betonların CFRP kompozitler ile güçlendirilmesi ve sonlu eleman yöntemi ile analizi. Academic Perspective Procedia, 1(1), 949-958. https://doi.org/10.33793/acperpro.01.01.159
8. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı. (1998). Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik. Resmi Gazete.

9. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı. (2007). Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik. Resmi Gazete.
10. Çetinkaya, N., Kaplan, H., & Şenel, Ş. M. (2004). Betonarme kirişlerin lifli polimer (frp) malzemeler kullanılarak onarım ve güçlendirilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10(3), 291-298.
11. Dinçer, F., & Mert, N. (2014). Betonarme okul binasının TDY 2007’ye göre nonlineer statik analizi. Sakarya University Journal of Science, 18(1), 1-9. https://doi.org/10.16984/saufbed.65528
12. Döndüren, M. S., Hava, Ş., & Ecemiş, A. S. (2021). Betonarme bir binanın eşdeğer deprem yükü yöntemi ile dbybhy 2007 ve tbdy 2018 yönetmeliklerine göre analizi. Konya Journal of Engineering Sciences, 9(2), 327-342. https://doi.org/10.36306/konjes.867309
13. Ergün, A., Kürklü, G., & Başaran, V. (2012a). Mevcut betonarme binaların deprem güvenliğinin incelenmesi ve güçlendirilmesi çalışmaları için Afyonkarahisar’dan bir hastane örneği. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(2), 1-11.
14. Ergün, A., Kürklü, G., & Başaran, V. (2012b). Afyonkarahisar hükümet konağının DBYBHY 07’e göre deprem güvenliğinin incelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(2), 13-21.
15. Ertürkmen, D., Dündar, C., & Tokgöz, S. (2017). Karbon lifli polimer sargılı standart silindir beton numunelerin eksenel yük altındaki davranışlarının incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(6), 679-686. https://doi.org/10.5505/pajes.2016.43815
16. Foroughi̇, S., Jamal, R., & Yüksel, B. (2021). TBDY 2018 ve Mander modeline göre sargılı betonun gerilme-şekil değiştirmesinin araştırılması. El-Cezeri, 8(1), 363-375. https://doi.org/10.31202/ecjse.788121
17. Gündoğay, A. & Tekeli, H. (2018). Investigation of some parameters affecting earthquake performance of workshop buildings. 6th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science. Antalya, Turkey.
18. Gündoğay, A. (2022) The effect of confined concrete models on the behaviour of reinforced concrete columns. In 1st-International Congress on Modern Sciences. Tashkent, Uzbekistan.
19. Gündoğay, A., & Aksakal, A. K. (2022). Betonarme kolon eğrilik sünekliğinin 2007 ve 2018 deprem yönetmeliklerine göre incelenmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (34), 202-210. https://doi.org/10.31590/ejosat.1079707
20. Gündoğay, A., Ulutaş, H., & Tekeli, H. (2019). Mevcut atölye binalarının deprem güvenliğinin incelenmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 10(2), 755-768. https://doi.org/10.24012/dumf.432136
21. Işık, E., Özdemir, M., Karaşin, İ. B., & Karaşin, A. (2019). Betonarme yapılarda kullanılan malzeme modellerinin karşılaştırılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8(3), 968-984. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.520354
22. Işık, G., & Tuncer, F. (2023). Bursa’da yıkım kararı verilen tescilli betonarme yapıların deprem performans analizleri etkinliğinin tartışılması. Kent Akademisi, 16(1), 297-317. https://doi.org/10.35674/kent.1105130
23. İlki, A. & Kumbasar, N. (2001). Sargılı beton için mevcut modellerin deneysel verilerle karşılaştırılması. Teknik Dergi, 12(3), 2419-2433.
24. İmar ve İskân Bakanlığı. (1975). Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik. Resmi Gazete.
25. İnel, M., Bilgin, H. & Özmen, H., (2007). Okul binalarının yeni deprem yönetmeliğine göre değerlendirilmesi. Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı. İstanbul, Türkiye.
26. İnel, M., Bilgin, H., & Özmen, H. (2006). Mevcut kamu yapılarının performans değerlendirmesi. Türkiye Mühendislik Haberleri, (444-445), 4-5.
27. Karaca, H., Oral, M., & Erbil, M. (2020). Yapısal tasarım bağlamında 2007 ve 2018 deprem yönetmeliklerinin karşılaştırılması, Niğde örneği. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(2), 898-903. https://doi.org/10.28948/ngumuh.667365
28. Kaya, F., Keskin, N., & Çakıroğlu, M. A. (2014). Değişik geometrili çelik lif ilaveli betonarme kirişlerin tahribatsız deney yöntemleri ile elde edilen basınç dayanımlarının ANFIS metoduyla tahmin edilmesi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 6(1), 44-56.
29. Kaya, H. O., & Alakavuk, E. (2022). Mevcut bir kamu binasının deprem güvenliğinin incelenmesi. Türk Deprem Araştırma Dergisi, 4(1), 61-72. https://doi.org/10.46464/tdad.995988
30. Kılıç, E., & Güllü, M. F. (2022). Görece narin betonarme perde duvarlarda mevcut beton malzeme modellerinin etkilerinin irdelenmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(2), 799-818. https://doi.org/10.35193/bseufbd.1076261
31. Koçer, M., Nakipoğlu, A., Öztürk, B., Al-hagri, M. G., & Arslan, M. H. (2018). Deprem kuvvetine esas spektral ivme değerlerinin TBDY 2018 ve TDY 2007’ye göre karşılaştırılması. Selçuk-Teknik Dergisi, 17(2), 43-58.
32. Murtazaoğlu, S., Yetilmezsoy, K., & Doran, B. (2015). CFRP ile güçlendirilmiş betonarme kolonların basınç dayanımının çoklu regresyon modelleriyle tahmini. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 31(3), 172-178.
33. Özmen, A., & Sayın, E. (2021). Deprem etkisinde çok katlı betonarme bir binanın TDY-2007 ve TBDY-2018 deprem yönetmeliklerine göre eşdeğer deprem yüklerinin karşılaştırılması. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4(2), 124-133. https://doi.org/10.47495/okufbed.797889
34. Özmen, H., İnel, M., & Bilgin, H. (2007). Sargılı beton davranışının betonarme eleman ve sistem davranışına etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22(2), 375-383.
35. Saltan, M., & Alaefary, F. (2018). ANFIS yönteminin esnek yol üstyapılarının yapısal analizinde kullanılabilirliği. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6(3), 396-405. https://doi.org/10.21923/jesd.313427
36. Saplıoğlu, K., & Küçükerdem, T. (2018). Su sertliğinin ANFIS ile tahmin edilmesi: köprüçay örneği. Academic Perspective Procedia, 1(1), 824-833. https://doi.org/10.33793/acperpro.01.01.144
37. Saplioglu K., & Kucukerdem T.S., (2018). Estimation of Missing Streamflow Data Using Anfis Models and Determination of the Number of Datasets for Anfis: The Case of Yeşilirmak River. Applied Ecology and Environmental Research. 16(3), 3583-3594. https://doi.org/10.15666/aeer/1603_35833594
38. Sarıbıyık, A. (2016). Betonların güçlendirilmesinde FRP kompozitlerin hibrit olarak kullanımının etkisi. In 4th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science. Alanya/Antalya, Turkey.
39. Sarıbıyık, A. (2018). Effect of using FRP composites as hybrid in the strengthening of concretes. Sakarya University Journal of Science, 22(2), 383-391. https://doi.org/10.16984/saufenbilder.343562
40. Sayın B, Yıldızlar B, & Özyazgan C. (2016). Fiber takviyeli polimer (FRP) uygulanan betonarme kirişlerde moment-eğrilik ilişkisi. Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, 6(2), 42-56.
41. Sungur, A., Yazıcı, M. F., & Keskin, N. (2022). Prediction of the shear strength of glass fiber-reinforced clay soil by adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). El-Cezeri, 9(4), 1255-1264. https://doi.org/10.31202/ecjse.1133184
42. Şahin U., & Bedirhanoğlu İ. (2008). Lifli polimerler ile güçlendirilmiş betonun basınç dayanımının bulanık mantık ile tahmin edilmesi.
43. Tekeli, H., Dilmaç, H., Türkmen, M., & Demir, F. (2015). Güçlendirilmiş betonarme binaların deprem güvenliği. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 3(2), 16-20.
44. Tekin Özer, A., & Alacalı, S. (2021). Eksenel yük altındaki lifli polimer ile sargılı dairesel enkesitli kolonlarda dayanım azaltma katsayısının incelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen Ve Mühendislik Dergisi, 23(69), 995-1004. https://doi.org/10.21205/deufmd.2021236925
45. Türk Standardları Enstitüsü. (2000). TS 500: Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları. Türk Standardı.
46. Ulutaş, H. (2019). DBYBHY (2007) ve TBDY (2018) deprem yönetmeliklerinin kesit hasar sınırları açısından kıyaslanması. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi (17), 351-359. https://doi.org/10.31590/ejosat.620827
47. Ustabaş, İ., Gürbüz, A., Kurt, Z., & Deşik, F. (2020). Betonda CFRP sargı uygulamasının deneysel ve analitik olarak karşılaştırılması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(3), 921-930. https://doi.org/10.21923/jesd.777814
48. Uzbaş, B. (2014). Beton için geliştirilen gerilme-şekil değiştirme modellerinin karşılaştırılması. Politeknik Dergisi, 17(3), 115-126.
49. Ünsal, İ., & Öncel, F. A. (2020). TDY 2007 ve TBDY 2018 yönetmeliklerine göre yapı yüksekliğinin taban kesme kuvveti ve tepe deplasmanı üzerindeki etkisinin incelenmesi. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(4), 930-942. https://doi.org/10.36306/konjes.752139
50. Yaman, Z., Öztürk, İ. Ş., & Emiroğlu, M. (2022). Donma/Çözülme ve sıcaklığın BFRP kompozitlerle güçlendirilmiş betonların davranışlarına etkisi. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(2), 551-569. https://doi.org/10.47495/okufbed.1005710
51. Yüksel, S. B., & Foroughi̇, S, (2019). Betonarme kolonların sargısız ve sargılı beton dayanımının analitik olarak araştırılması. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(3), 612–631. https://doi.org/10.36306/konjes.613880