Takviye edilmiş beton kirişlerin performans değerlendirmesi: doğranmış elyaf ve dokuma katmanlarla eğilme ve kayma dayanımının artırılması

Daha güçlü köprüler ve binalar

Günlük hayatımızda güvendiğimiz birçok köprü ve bina, zamanla güç kaybeden ve tasarlandıklarından daha ağır trafiğe maruz kalan beton kirişlerden yapılmıştır. Bu çalışma, bu kirişlere yapı bütünlüğünü bozacak veya hantal destekler ekleyecek bir müdahaleye gerek kalmadan ince cam elyaf kaplamalarla yeni bir ömür kazandırmanın nispeten basit bir yolunu inceliyor; böylece kirişler daha güvenli ve daha dayanıklı hale geliyor.

Beton kirişler genellikle nasıl başarısız olur

Beton, sıkıştırma kuvvetlerini taşımada çok iyidir ancak bir kirişte eğilme ve kayma biçiminde ortaya çıkan çekme kuvvetlerini karşılamada zayıftır. Zamanla kirişlerde görünür çatlaklar oluşur ve bunlar aniden büyüyerek az uyarıyla gevrek kırılmaya yol açabilir. Araştırmacılar, kirişlerin başarısız olabileceği iki ana yöne odaklandı: ortada meydana gelen eğilme nedeniyle sarkma ve desteklere yakın yerdeki kayma nedeniyle oluşan keskin çapraz çatlaklar ve ani çökme. Bu iki zayıf noktayı anlamak ve iyileştirmek, döşemeler, köprüler ve otopark döşemeleri gibi günlük yapılar için kritik öneme sahiptir.

Kirişleri cam elyaf kaplamalarla sarmak

Zayıf kirişleri değiştirmek yerine ekip, kirişin dışına bandaj gibi yapıştırılabilecek ince cam elyaf katmanlarını test etti. İki tür katman kullandılar: rastgele yönlendirilmiş, tüylü bir tabaka olan doğranmış elyaf bezi (chopped strand mat) ve daha düzenli bir tabaka olan dokuma roving bezi (woven roving mat). Her ikisi de epoksi yapıştırıcı ile yapıştırıldı ve beton kirişlerin yanlarını ve altını çevreleyen U şeklinde uygulandı; üst yüzey serbest bırakıldı, böylece kiriş hâlâ desteklere oturabiliyordu. Sekiz tam boy kiriş inşa edildi ve eğilme ile kayma ayrı ayrı incelenmek üzere gruplara ayrıldı; her grup bir sarılmamış kontrol ve tek katman hâlinde her bir bezle veya her ikisinin birlikte kullanıldığı kirişler içeriyordu.

Deneyler ne gösterdi

Kirişler test çerçevesine yerleştirildi ve hidrolik krikolarla kırılana kadar yüklendi; ekip kirişlerin ne kadar eğildiğini, iç sertliğin nasıl değiştiğini ve çatlakların nasıl oluşup yayıldığını izledi. Sarma, ilk çatlağın ortaya çıkışını geciktirdi ve kirişlerin kırılmadan önce daha fazla eğilmesine ve daha fazla enerji absorbe etmesine izin verdi. Eğilme testlerinde, sarılmamış kiriş 18,6 kilonewton taşıyabilirken; doğranmış bezle, dokuma bezle ve her ikisinin hibrit uygulamasıyla sırasıyla 23,6, 27,2 ve 31,84 kilonewtona ulaştı; bu değerler kontrolden yaklaşık yüzde 42’ye kadar artış gösterdi. Kayma testlerinde ise aynı sıra kapasiteyi 18,6’dan 24,0, 25,2 ve 28,32 kilonewtone yükseltti; yaklaşık yüzde 22 ila 34 artış sağlandı.

Neden hibrit sarma en iyi sonucu verdi

Kiriş eğriliği, sertlik kaybı ve kayma deformasyonunun dikkatli ölçümleri, iki cam bezin farklı biçimlerde katkı sağladığını gösterdi. Doğranmış bez geniş alanlarda çatlak kontrolü ve süneklik sunarken, dokuma bez kritik bölgelerde daha fazla yük taşıyan daha güçlü ve daha iyi hizalanmış lifler sağladı. Hibrit sarma olarak birleştirildiklerinde birlikte çalıştılar: çatlaklar daha geç oluştu, daha dar kaldı ve kirişler kırılmadan önce hem eğilme hem de kayma altında daha yüksek yükler taşıdı. Dezavantaj ise en zayıf noktanın betondan yapıştırılmış ara yüze kaymasıydı; bazı kirişler lif katmanının soyularak ayrılmasıyla başarısız oldu; bu da yüzey hazırlığı ve yapıştırıcı performansının önemini vurguluyor.

Gerçek yapılara ne ifade ediyor

Uzman olmayanlar için çıkarım şudur: ince, hafif cam elyaf kılıflar mevcut beton kirişlerin dayanımını ve tokluğunu fazla ağırlık veya boyut artışı getirmeden önemli ölçüde artırabilir. Çalışma, doğranmış ve dokuma cam bezlerinin birlikte kullanıldığı U şeklindeki hibrit sarımın özellikle etkili olduğunu, kirişlerin günlük eğilme ve kayma yüklerini taşıma biçimini ve başarısızlığa yakın davranışını iyileştirdiğini gösteriyor. Yazarlar daha büyük kiriş setleri ve uzun dönem dayanıklılık üzerine daha fazla teste ihtiyaç olduğunu belirtse de, bulguları yaşlanan beton köprülerin ve binaların hizmet ömrünü nispeten basit dış takviyelerle uzatmaya yönelik pratik bir yol öne sürüyor.

Atıf: Govindarajan, S., Devi, V., Yong, X. et al. Performance evaluation of strengthened concrete beams: flexural and shear enhancement using chopped strand and woven roving mats. Sci Rep 16, 15415 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43304-2

Anahtar kelimeler: beton kirişler, cam elyaf sargı, yapısal güçlendirme, eğilme ve kayma kapasitesi, retrofit