Effect of nanoparticle enhanced fiber rope composite stirrups on shear behaviour of rc beams

Abstract

Medeniyet kavramı; insanlığın topluluk halinde belirli bir düzen içinde yaşadığı şehirleşme hareketidir. Yapı bilimleri, bu şehirleşme sürecinde insanlığın hayatındaki zorlukları azaltmak adına yöntemler geliştirmiştir. Tarih boyunca birinci öncelik her zaman barınma olduğundan barınma ile ilgili problemler öncelikli çözüm gerektirmiştir. Topluluklar genişleyip geliştikçe barınma konusu kolaylaşmış olmakla birlikte sulama ve ulaşım gibi konular yapı bilimlerinin çözmesi gereken sorunlara eklenmiştir. Tarihi değere sahip eserler, yapı bilimlerinin uyguladığı yenilikçi ve koruyucu çözümler ile günümüze kadar taşınabilmiş ve bugün hala yapıldığı zamanın hatıralarını insanlara yansıtır şekilde ayakta kalabilmiştir. Yapı bilimleri hem çağın ihtiyaçlarını karşılamak hem de geçmişin kültürünü koruyabilmek adına sürekli gelişim göstermektedir. Yapı bilimlerinin mühendislik dalı olan inşaat mühendisliği de bu yönde yapılan çalışmaların merkezinde bulunmaktadır. Güçlendirme kavramı, mevcut durumun korunması veya iyileştirilmesi şeklinde inşaat mühendisliğinde sürekli geliştirilen önemli bir olgudur. Bu olgunun gelişiminde; Fiber Destekli Polimer olarak tanımlanan FRP kompozit malzemeler önemli role sahiptir. FRP kompozit malzemeler, günümüzde birçok alanda etkin bir şekilde kullanılmaktadır. İnşaat mühendisliğinde özellikle mevcut yapıların korunması ve güçlendirilmesi için kullanılırken, çeşitliliğinin arttırılması adına akademik çalışmalar ile de desteklenmektedir. FRP kumaşlar, borular, profiller, çubuklar, halatlar, ankrajlar ve başka çeşit elemanlar; her geometri ve her yapısal mekanik durum için geliştirilmiş kullanım yöntemi ile fayda sağlamaktadır. Kompozit kavramı; iki farklı yapıdaki malzemenin birleştirilmesi sonucu ortaya çıkan yeni özellikte malzemedir. FRP kompozit malzemeler de fiber ve matris elemanların doğru ölçü ve doğru yöntemlerle birleştirilmesi sonucu ortaya çıkmaktadır. Fiber elemanlar çeşitli materyallerden üretilebilmekte olup matris genellikle epoksi reçine, poliester veya poliamid türü polimerlerdir. FRP kompozit malzemelerin çeşitlendirilmesinde matris malzemenin özelliklerinin değiştirilmesi yöntemi de kullanılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında nanografen katkılı matris malzemelerinin etkileri incelenmiştir. Nanografen malzemeler çelikten de güçlü ve oldukça esnek malzemelerdir. Tez çalışmasının birinci aşamasında konvansiyonel ve %0.5 - %1 ve %2 oranlarında nanografen katkılı üretilen bazalt, karbon ve cam kompozit halat frpler mekanik karakterizasyon testlerine tabi tutulmuştur. Bu testler sonucunda hem konvansiyonel malzemelerin dayanımları belirlenmiş hem de hangi oranda nanografen katkısının en etkili sonucu belirleyeceği anlaşılmıştır. %0.5 oranında nanografen katkının en uygun olduğu belirlenmiş ve çalışmaların ikinci aşamasına geçilmiştir. Literatür kapsamında nanografen katkılı halat malzemelere dair çalışma bulunmamaktadır. İkinci aşamada bir adet klasik betonarme referans olmak üzere bazalt, karbon ve cam halat FRP'lerin her biri ile birer adet konvansiyonel ve nanografen katkılı fretli etriye uygulaması sağlanarak betonarme kirişler üretilmiştir. Üretilen 7 adet betonarme kirişe 4 noktalı eğilme deneyi uygulanmış ve sonuçlar irdelenmiştir. Bu tez çalışması, FRP kompozitlerde nanografen katkı ile matris yapısının değiştirilerek, esnek yapısından dolayı birçok yapı çeşidinde güçlendirme elemanı olarak kullanılabilecek halat FRP kompozitlerin, üretim yöntemlerine, kullanım yerlerine ve gelecek çalışmalara katkı sağlamaktadır.Civil engineering, the engineering branch of construction science, is at the core of preservation of cultural heritage. The concept of strengthening, defined as the preservation or improvement of the existing condition, is a fundamental principle that is continually evolving within the domain of civil engineering. Fiber-reinforced polymer (FRP) composite materials play an instrumental role in the conceptualization and development of this technology. The utilization of FRP composite materials has become pervasive in numerous disciplines. In the domain of civil engineering, these structures are employed primarily for the purpose of protecting and reinforcing existing infrastructure. Moreover, academic researches has demonstrated a supportive stance towards initiatives that aim to enhance the diversity of these structures. FRP fabrics, pipes, profiles, rods, ropes, and anchors offer distinct advantages due to their utilization methods, which have been meticulously developed to address a wide range of geometries and structural mechanical conditions. The concept of composite refers to a new material with unique properties resulting from the combination of two different materials. The fabrication of FRP composite materials entails the amalgamation of fiber and matrix elements in precise proportions, meticulously executed through the employment of suitable methodologies. Fiber elements can be produced from various materials, while the matrix is usually polymers such as epoxy resin, polyester, or polyamide. The method of modifying the properties of the matrix material is also used to diversify FRP composite materials. The present thesis investigates the effects of matrix materials containing nanographene additives. It has been demonstrated that nanographene materials exhibit superior strength and flexibility when compared to steel. In the initial phase of this thesis study, conventional and nanographene-enhanced basalt, carbon, and glass composite ropes produced at weight ratios of 0.5%, 1%, and 2%, were subjected to mechanical characterization tests. Consequently, these tests facilitated the determination of both the strengths of the conventional materials and the optimal nanographene content ratio. The study proceeded to the second stage, determining that a nanographene content of 0.5% was the most suitable. A review of the extant literature reveals a dearth of studies addressing the subject of nanographene-enhanced rope materials. In the second stage, the production of reinforced concrete beams was achieved through the implementation of conventional and nanographene-enhanced stirrups, with each of the basalt, carbon, and glass fiber FRPs, in conjunction with a reference specimen of reinforced concrete. A four-point bending test was applied to the seven reinforced concrete beams produced, and the results were analyzed.This thesis study makes a significant contribution to the realm of rope FRP composites, offering novel insights into their production methods, application areas, and future research directions. These composites possess a unique flexibility that endows them with the potential to function as reinforcement elements in a wide range of structures. The study proposes a novel modification strategy that involves the incorporation of nanographene additives into the matrix structure of FRP composites, thereby enhancing their performance and applications.