Bazalt elyaf takviyeli polimerlerle eğilme yönünde güçlendirilmiş betonarme kirişler için ankraj sistemlerinin verimliliği

Daha güçlü kirişlerin önemi

Köprülerin, otoparkların ve apartman bloklarının içinde, onlarca yıl boyunca ağır yükleri sessizce taşıyan beton kirişler bulunur. Zamanla, özellikle trafik yoğunluğu arttığında veya yapı yönetmelikleri değiştiğinde bu kirişler çatlayıp zayıflayabilir. Bu çalışma, volkanik kayaçtan elde edilen bazalt elyaflarından yapılmış ince levhalar kullanarak yıpranmış beton kirişlere ikinci bir yaşam vermenin yeni bir yolunu inceliyor ve bu levhaların gerçekten yapı güvenliğini artırması için nasıl bağlanmaları gerektiğine odaklanıyor.

Eski betona yeni kılıflar

Mühendisler genellikle mevcut kirişleri alt yüzeye yapıştırdıkları elyaf levhalarla güçlendirir; bu, ince, yüksek dayanımlı bir bandaj eklemeye benzer. Geleneksel levhalar karbon veya cam elyafı kullanır; bazalt elyaf takviyeli polimer (BFRP) ise yüksek dayanımı, iyi dayanıklılığı ve daha ekonomik ve çevre dostu bir seçenek sunar. Sorun şu ki bu levhalar, tam dayanımlarına ulaşmadan beton yüzeyinden ani bir şekilde soyulabilir; bu gevrek bir kırılmadır, malzemenin israfına ve emniyet kazancının sınırlanmasına yol açar. Yazarlar, BFRP levhalarını beton üzerinde sağlam tutabilecek farklı bağlama yöntemlerini, yani ankraj sistemlerini test etmeye karar verdi.

Deneylerin düzenlenişi

Araştırma ekibi, her biri üç metreden biraz uzun sekiz tam boy beton kirişi inşa etti; içinde özdeş çelik donatılar vardı. Bazı kirişler referans amacıyla güçlendirilmemiş bırakılırken, diğerlerine farklı uzunluklarda alt yüzeye iki veya dört kat BFRP levha uygulanmıştır. Levhaları yerinde tutmak için ekip iki ana ankraj türünü denedi: kirişin yanlarından bir kemer gibi dolaştırılan U sarımları ve BFRP liflerini demirize ederek beton deliklerine yerleştirilen çivi/çotuk tipi ankrajlar. Tüm kirişler laboratuvarda iki yoğunlaştırılmış yük kullanılarak eğilme denemesine tabi tutuldu; sensörler açıklık boyunca saptamayı ve çatlakları izledi.

Kirişler eğildikçe neler oldu

Yük arttıkça kirişler önce elastik davranış gösterdi, sonra uygulanmış yükler arasındaki bölgede düşey eğilme çatlakları gelişti ve nihayet içteki çelik donatı akma gösterdikçe yumuşadı. Güçlendirilmiş kirişler çatlamadan sonra kontrol kirişine göre daha rijitti ve nihai eğilme kapasitesi yüzde 33'e kadar artış gösterdi. Ancak daha fazla BFRP katmanı eklemek otomatik olarak çok daha fazla dayanım sağlamadı. Birkaç durumda, levhalar beton örtüden koparak ayrıldı; dolayısıyla potansiyel güçlerinin yalnızca bir kısmı kullanıldı. Doğru ankrajlanmış levhalara sahip kirişlerde çatlaklar daha sık fakat daha inceydi; bu, BFRP'nin gerilmeyi açıklık boyunca dağıtmaya yardımcı olduğunu gösterir.

Ankrajın neden bu kadar fark yarattığı

Çalışmanın özü, benzer BFRP düzenlemelerine sahip fakat farklı ankraj detaylarına sahip kirişleri karşılaştırmaktı. BFRP levhaları tasarım yönergelerindeki yerleşme uzunluğu (development length) kurallarını karşılayacak kadar uzun olduğunda, hasar modu levha soyulmasından levha kopmasına döndü ve kirişin eğilme dayanımı kontrole göre yaklaşık yüzde 29 arttı. U sarım ankrajları, güçlendirme uzunluğu daha kısa olsa bile benzer bir etki yarattı: uçlardan katman ayrışmasını BFRP kopuşuna dönüştürdü ve dayanımı yaklaşık yüzde 25 artırdı. Çivi/çotuk ankrajlar yalnızca gömülme derinlikleri büyük olduğunda fayda sağladı; sığ çiviler neredeyse ankraj yokmuş gibi davrandı. Konfigürasyonlar genelinde güçlendirme sünekliği azalttı; yani kirişler kırılmadan önce daha az eğildiler, ancak bu kayıp genelde orijinal kirişin deformabilitesinin yaklaşık yüzde 30'u civarında kaldı.

Daha güvenli onarımlar için çıkarımlar

Uzman olmayanlar için ana mesaj şudur: güçlü elyafları zayıf bir kirişe yapıştırmak tek başına yeterli değildir. Bu elyafların betona nasıl bağlandığı, acil bir durumda gerçekten işe yarayıp yaramayacağını büyük ölçüde belirler. Bazalt elyaf levhaları bir kirişin güvenle taşıyabileceği yükü belirgin şekilde artırabilir, ancak yalnızca tasarımcılar yeterli yapışma uzunluğu veya etkili ankrajlar (kirişin yanlarını kavrayan U sarımları gibi) sağlarsa. Çotuk/çivi ankrajlar çalışabilir, fakat yalnızca betona derinlemesine ankrajlandıklarında. Çalışma, bu ankraj sistemlerinin dikkatli detaylandırılmasıyla mühendislerin bazalt bazlı kompozitleri günlük beton yapılardaki hizmet ömrünü uzatmak için pratik ve daha çevreci bir araç olarak kullanabileceğini öne sürüyor.

Atıf: Aziz, J., Ragab, M., Elgabbas, F. et al. Efficiency of anchorage systems for RC beams strengthened in flexure using basalt fiber reinforced polymers. Sci Rep 16, 16288 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52540-5

Anahtar kelimeler: bazalt elyaf takviyeli polimer, beton kirişi güçlendirme, FRP ankrajı, U-sarımlar, yapısal güçlendirme