Experimental ınvestigation of behaviour of reinforced concrete beam with openings repaired using cfrp sheets

Year 2022, , 736 - 743, 18.07.2022

Yasin Mohammady , Sıla Yaman , Abdullah Gündoğay , Ceyhun Yüksel , Nebyi Asmerom Negash , Hamide Tekeli Kabaş

https://doi.org/10.28948/ngumuh.1080586

Abstract

In this study, the behavior of reinforced concrete (RC) beam with openings repaired using carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) was experimentally investigated. The referance beams with and without opening were selected from literature. Three rectangular RC beams specimens were casted as similar to beam with opening. The beams were repaired by using CFRP sheets around the beam opening with different details. The CFRP details in specimens were applied as different combination of U-shaped, FRP cross and anchors. The tests of four-point bending in beams carried out to evaluate load capacity, stiffness, ductility, energy assumption capacity and failure mode under vertical load. The obtained results showed that the use of CFRP sheets has a significant effect on behavior of RC beams. The greatest increase was seen in specimen which are applied U-shaped, FRP cross and anchors. The beam was improved the load capacity, energy assumption and ductility to approximately 4%, 51% and 47%, respectively, compared to the reference beam with opening.

Keywords

Reinforced concrete Beam, Opening, FRP, Repair

CFRP lif takviyesi ile onarılan boşluklu betonarme kirişlerin davranışının deneysel incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, karbon lif takviyeli polimerler (CFRP) kullanılarak onarılan boşluklu betonarme kirişlerin davranışı deneysel olarak incelenmiştir. Boşluklu ve boşluksuz referans kirişler literatürden seçilmiştir. Çalışma kapsamında, boşluklu referans kirişe eşdeğer özelliklerde üç adet dikdörtgen kesitli betonarme kiriş numune üretilmiştir. Kirişler, boşluk etrafında CFRP kumaş kullanılarak U şeklinde sargı, FRP çapraz ve ankraj uygulamasının farklı kombinasyonlarıyla onarılmıştır. Düşey yük etkisindeki kirişlerin yük taşıma kapasitesi, rijitliği, sünekliği, enerji tüketme kapasitesi ve göçme modu durumlarını değerlendirmek için dört noktalı eğilme deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, CFRP kumaş kullanılarak yapılan onarım uygulamalarının betonarme kiriş davranışı üzerinde önemli katkılarının olduğunu göstermiştir. Çalışmanın değerlendirme parametreleri için en büyük artışlar üç uygulamanın bir arada yapıldığı (U şeklinde sargı, üzerine çapraz FRP ve ankraj) numunede görülmüştür. Bu numune sonuçları boşluklu referans kiriş ile kıyaslandığında yük taşıma kapasitesi, enerji tüketme kapasitesi ve sünekliğinin sırasıyla %4, %51 ve %47 oranlarında arttığı görülmüştür.

Keywords

Betonarme Kiriş, Boşluk, FRP, Onarım

References

• A. Qaderi, M. B. Saoud, V. Eren, A. Gündoğay, S. Yaman ve H. Tekeli Kabaş, Eğilme etkisindeki büyük dairesel boşluklu kirişlerin davranışının deneysel incelenmesi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, Basım Aşamasında, 2022.
• F. M. Özkal, Betonarme yüksek kirişlerde boşluk konumu ve şeklinin yapısal davranış üzerindeki etkilerinin deneysel olarak incelenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 22 (2), 149-160, 2017 https://doi.org/10.17482/ uumfd.338788.
• M. A. Mansur, K.H. Tan, and W. Wei, Effects of creating an opening in existing beams. ACI Structural Journal, 96(6), 899-905, 1999.
• K. H. Tan and M. A. Mansur, Design procedure for reinforced concrete beams with large web openings. ACI Structural Journal, 404, 1996.
• A. Qaderi, Eğilme etkisindeki büyük dairesel boşluklu kirişlerin davranışının deneysel incelemesi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2019.
• İ. Kalkan, Düzenli boşluklu betonarme kirişlerin düzlem içi eğilme davranışları. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 29(1), 155-163, 2014. https://doi.org/10.17341/gummfd.94985.
• Y. Mohammady, Büyük dairesel boşluklu betonarme kirişlerin güçlendirilmesinin deneysel incelemesi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2020.
• TBDY, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. Deprem Etkisi Altında Binaların Tasarımı için Esaslar. Türkiye Cumhuriyeti Afet ve Acil Durum Başkanlığı, Ankara, 2018.
• W. Aldhabir, A. Sarıbıyık ve E. Aydın, CFRP ile güçlendirilmiş eğilme yükü etkisindeki betonarme kirişlerin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi. 6. International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, sayfa 1062-1071, Alanya-Antalya, Türkiye, 9-11 Kasım 2018.
• S. Alshlash, C. Aksoylu, İ. H. Erkan ve M. H. Arslan, Ön hasarlı kesme kirişlerinin CFRP ile onarım ve güçlendirilmesi. IV. Uluslararası Bilimsel ve Mesleki Çalışmalar Kongresi-Mühendislik, sayfa 172-177, Ankara, Türkiye 7-10 Kasım 2019.
• İ. H. Erkan, C. Aksoylu, S. Alshlash ve M. H. Arslan, Eğilmeye çalışan betonarme kirişlerde CFRP ile onarım ve güçlendirme yöntemlerinin deneysel olarak irdelenmesi. IV. Uluslararası Bilimsel ve Mesleki Çalışmalar Kongresi-Mühendislik, sayfa 163-171, Ankara, Türkiye 7-10 Kasım 2019.
• M. M. Maraş, Betonarme yapıların güçlendirilmesinde kullanılan FRP kompozitin yapısal performansa etkisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 23, 108-119, 2021. https://doi.org/10.31590/ejosat.797437.
• H. A. Abdalla, A. M. Torkey, H. A. Haggag and A. F. Abu-Amira, Design against cracking at openings in reinforced concrete beams strengthened with composite sheets. Composite Structures, 60, 197–204, 2003. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(02)00305-7.
• A. Pimannas, Strengthening R/C beams with opening by externally installed FRP rods: behavior and analysis. Composite Structures, 92 , 1957–1976, 2010. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.11.031.
• B. H. Osman, E. Wu and S. S. Abdulhameed, Repair of pre-cracked reinforced concrete (RC) beams with openings strengthened using FRP sheets under sustained load. International Journal of Concrete Structures and Materials, 11(1), 171–183, 2017. https://doi.org/10.1007/s40069-016-0182-3.
• X. F. Nie, S. S. Zhang, J. G. Teng and G. M. Ghen, Experimental study on RC T-section beams with an FRP-strengthened web opening. Composite Structures, 185, 273–285, 2018. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.11.018.
• H. M. Elsanadedy, Y. A. Al-solloum, T. H. Almusallam, A. O. Alshenawy and H. Abbas, Experimental and numerical study on FRP-upgraded RC beams with large rectangular web openings in shear zones. Construction and Building Materials, 194, 322–343, 2019. https://doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2018.10.238.
• R. Salih, F. Zhou, N. Abbas and A. K. Mostoi, Experimental investigation of reinforced concrete beam with openings strengthened using FRP sheets under cyclic load. Materials, 13 (14), 3127, 2020. https://doi.org/10.3390/ma13143127.
• Cvc, 2022. FRP Ürün Kataloğu. http://www.cvc.com.tr/pdfler/755cvc-spn-u-300-frp-6db350a6-e.pdf , Erişim Tarihi: 25 Ocak 2022.