Betona ekilen nervürlü çelik ve GFRP donatıların eksenel çekme davranışının deneysel incelenmesi

Abstract

Betonarme yapıların onarım ve güçlendirilmesinde kimyasal ankraj uygulamaları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda sıklıkla kullanılan nervürlü çelik donatılar, korozyona karşı duyarlılıkları nedeniyle uzun vadede performans kayıplarına yol açabilmektedir. Bu durum, alternatif donatı malzemelerinin kullanımını gündeme getirmiştir. Polimer teknolojilerindeki gelişmeler sonucunda lif takviyeli polimer (FRP) donatılar; yüksek çekme dayanımı, korozyona karşı üstün direnç ve hafiflik gibi avantajlarıyla öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, nervürlü çelik ve cam elyaf takviyeli polimer (GFRP) donatıların kimyasal ankraj uygulamalarındaki eksenel çekme davranışına etki eden parametreler deneysel olarak incelenmiştir. İncelenen parametreler; donatı türü, donatı çapı, ankraj derinliği, kenar mesafesi ve donatıların yerleştirildiği delik çapıdır. Deneylerde 12 mm ve 16 mm çaplarında nervürlü çelik ve GFRP donatılar, C20/25 sınıfı donatısız beton numunelere; donatı çapından 2 mm ve 4 mm daha büyük deliklere, donatı çapının 10, 15 ve 20 katı ankraj derinliklerinde ve çapın 10, 15, 20 ve 25 katı kenar mesafelerinde kimyasal dübel kullanılarak yerleştirilmiştir. Numunelere eksenel çekme kuvveti uygulanmış ve toplam 96 adet çekme deneyi gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda yük–deplasman eğrileri elde edilmiş ve göçme modları belirlenmiştir. (ACI 318, 2019)’a göre güvenlik düzeyleri belirlenmiştir. Deneysel sonuçlar, bu çalışma için kimyasal ankrajların çekme kapasitesini belirleyen en etkin parametrenin donatı çapı olduğunu ortaya koymuştur. Buna karşılık, ankraj derinliği, kenar mesafesi ve delik çapının, minimum gereklilikler sağlandıktan sonra çekme kapasitesi üzerindeki etkilerinin sınırlı kaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, GFRP donatıların yüksek çekme dayanımı, korozyona karşı üstün dirençleri ve hafiflik avantajları sayesinde kimyasal ankraj uygulamalarında nervürlü çelik donatılara güvenilir bir alternatif oluşturabileceği değerlendirilmiştir. Bununla birlikte, GFRP donatıların akma davranışı göstermeyen ve gevrek karakterli malzemeler olması nedeniyle, tasarım aşamasında donatı çapı seçimi, göçme modu ve güvenlik yaklaşımının dikkatle değerlendirilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Chemical anchorage applications are widely used in the repair and strengthening of reinforced concrete structures. Ribbed steel reinforcing bars, which are commonly employed in these applications, may suffer from long-term performance degradation due to their susceptibility to corrosion. This has led to increased interest in the use of alternative reinforcing materials. With advances in polymer technologies, fiber-reinforced polymer (FRP) bars have emerged as promising alternatives owing to their high tensile strength, superior corrosion resistance, and lightweight characteristics. In this study, the parameters affecting the axial tensile behavior of ribbed steel and glass fiber–reinforced polymer (GFRP) bars used in chemical anchorage applications were experimentally investigated. The examined parameters included reinforcement type, bar diameter, embedment depth, edge distance, and the diameter of the drilled hole. Ribbed steel and GFRP bars with diameters of 12 mm and 16 mm were installed in plain concrete specimens of strength class C20/25 using chemical anchors. The bars were embedded in holes drilled to diameters 2 mm and 4 mm larger than the bar diameter, with embedment depths equal to 10, 15, and 20 times the bar diameter and edge distances equal to 10, 15, 20, and 25 times the bar diameter. Axial tensile loads were applied to the specimens, and a total of 96 pull-out tests were conducted. Load–displacement curves were obtained, and failure modes were identified. Safety levels were evaluated in accordance with ACI 318 (2019). The experimental results revealed that the bar diameter was the most influential parameter governing the tensile capacity of the chemical anchors in this study. In contrast, embedment depth, edge distance, and hole diameter exhibited limited influence on tensile capacity once the minimum design requirements were satisfied. In conclusion, GFRP bars were found to provide a reliable alternative to ribbed steel bars in chemical anchorage applications due to their high tensile strength, superior corrosion resistance, and lightweight advantages. However, since GFRP reinforcements do not exhibit yielding behavior and possess a brittle nature, it has been concluded that reinforcement diameter selection, failure mode, and safety approach should be carefully considered at the design stage.