Yapı Elemanlarının DavranışıYrd. Doç. Dr. Barış ÖZKUL

Basit Eğilme Etkisindeki Elemanlar

Betonarme yapılardaki kiriş ve döşeme gibi yatay taşıyıcı elemanlar, uygulanan düşey ve yatay yükler ile eğilme etkilerine maruz kalırlar. Bu tür elemanların kesitlerinde, eğilmeye ek olarak kesme kuvveti, yüklemeye ve sistemi oluşturan elemanların düzenlenmesine bağlı olarak, burulma momenti ve eksenel kuvvet de oluşabilir.

Betonun çekme dayanımı çok düşük olduğu için, donatısız eğilme elemanı yapmak pratik ve ekonomik değildir. Çelik çubukların temel işlevi, çekme gerilmelerini karşılamaktır. Dolayısıyla çekme bölgesindeki betonda oluşacak çatlakların minimum düzeyde tutulabilmesi için çelik donatılar bu bölgeye yerleştirilirler.

Donatının daha etkili çalışmasını sağlamak amacı ile, donatı çubukları çekmenin en büyük olduğu yere, yani çekme yüzüne olabildiğince yakın yerleştirilmelidir. Unutulmamasıgereken, donatının çatlamayı önleyemeyeceğidir. Donatının işlevi, çekme gerilmelerini karşılamak ve çatlak genişliklerini minimum düzeyde tutmaktır.

Görüldüğü gibi düz yüzeyli donatıkullanıldığında az sayıda çatlak oluşmakta, ancak çatlak genişliği büyük olmaktadır. Nervürlü donatıda ise çatlak sayısı artmakta ancak genişlik azalmaktadır. Bu fark nervürlü donatı ile sağlanan aderansın daha etkili olmasından kaynaklanmaktadır.

Video Basit Eğilme Video Betonda Ezilme

•Çekme kuvvetlerini karşılamak ve çatlaklarısınırlamak için çekme bölgelerine boyuna donatıkonur.

•Kesme çatlaklarını sınırlamak için sargı donatısı(etriye) konur. Etriye mesnetlere yakın bölgelerde ve konsollarda sıklaştırılır.

•Basınç bölgelerine teorik olarak donatı gerekmez. Ancak, etriyeyi sarabilmek için, montaj donatısı konur.

•Mesnetlere, açıklıklardan gelen donatılar yeterli olmazsa, ek donatı konur.

Ayrıca; beton dış yüzü ile donatı çubuklarıarasında “pas payı” olarak adlandırılan bir beton tabakasıbulunması zorunludur ve başlıca üç işlevi vardır:

•Aderansı sağlamak,

•Donatıyı korozyon etkilerinden korumak,

•Donatıyı yangın etkisinden korumak.

A

A

A A Kesiti

Fc=0.85fcdbwk1c

0.85fcd

Fs=Asfyd

k1c

k1c

0.85fcd

bw

Fs

Fc

Betonun en çok zorlanan lifi ec=ecu=0.003 birim kısalmasına ulaştığında beton ezilir, eleman moment taşıma kapasitesine erişir ve kırılma konumuna gelir. Bu konumda donatının akıp akmadığına bağlı olarak üçdeğişik kırılma türü tanımlanabilir:

1. Çekme Kırılması (Sünek)

2. Basınç Kırılması (Gevrek)

3. Dengeli Kırılma (Gevrek) Betondaki birim kısalma ec=ecu=0.003 değerine ulaşmadan önce çelik akmışsa, çekme kırılması olur. Çünküönce çelik akmakta, uzamaya devam etmekte ve betondaki birim kısalma da giderek artarak 0.003 sınır birim kısalmasına erişerek ezilme olmaktadır. Kırılma Sünektir.

Çelik akmadan önce, beton 0.003 birim kısalmasına ulaşırsa basınç kırılması olur. Beton ezilir fakat çelik akmaz. Kırılma Gevrektir.

Çekme kırılması ile basınç kırılması arasında bir kırılma türüdür. Çelik aktığı an, betondaki birim kısalma da 0.003 olmaktadır. Betonun ezilmesi ve çeliğin akması aynıanda olmaktadır. Kırılma Gevrektir.

Sünek Kırılma ani olmaz. Çökme oluşmadan önce bir süre aşırı çatlaklar, deplasmanlar oluşur, sıva ve beton parçacıkları dökülür. Bu sırada hala belirli miktarda yük taşıyarak enerjiyi sönümlemeye devam eder. Yapı adeta çökeceğini haber verir. Önlem almak ve yapıyı boşaltmak için zaman tanır.

Gevrek Kırılma hemen hiçbir belirti vermeden, genelde patlama sesi ile birlikte, ani olur. Yapı elemanıtaşıma kapasitesine ulaştığı anda göçme meydana gelir, dolayısıyla yapı elemanının sönümlediği enerji daha azdır. Yapı yıkılmadan önce hemen hiçbir belirti vermediğinden önlem alma veya boşaltma şansı kalmaz. Gevrek Kırılma Çok Tehlikelidir!

Hiçbir yapı elemanı kırılacak şekilde boyutlandırılmaz. Ancak, öngörülemeyen herhangi bir nedenle kırılacaksa, kırılmanın sünek olması arzu edilir.

Sünek davranışı sağlamak için;

• Yönetmelik şartları mutlaka yerine getirilmeli,

• Bilhassa kolon boyutlarında cömert davranılmalı, eksenel yük düzeyi düşük tutulmalı,

•Sık sargı donatısı (etriye,fret) kullanılmalı,

•Beton ile çelik arasındaki aderansın daha etkin olmasıiçin donatılar nervürlü olmalı,

•L, Z, T gibi kesitlerden olabildiğince kaçınılmalıdır.

Kırılarak donatıları ortaya çıkartılan bu kiriş tamirhanede askı olarak kullanılmakta ve bu askıya 2-3 tonluk araçlar asılmaktadır.

Kesme Etkisindeki Elemanlar

Video Kesme

Sargı donatısı bulunmayan elemanların kesme etkisinde kırılmaları ani ve gevrek olur. Bu tür kırılma, istenmeyen bir davranıştır. Kesme kırılması oluştuğunda, yapı elemanı eğilme kapasitesine ulaşmaz. Sargıdonatısının temel işlevi, elemanın kesme dolayısıyla kırılmasını önleyerek eğilme kapasitesine ulaşmasınısağlamaktır.

Kiriş, eğilme dolayısıyla kırılma konumuna geldiğinde boyuna donatı oranına bağlı olarak sünekyada gevrek kırılmaya maruz kalacaktır. Kirişler de donatılandırma yaparken amaç; boyuna donatının aktıktan sonra betonun ezilmesini sağlamak ve bu sırada kesitin kesme dayanımını yitirilmesini engellemektir. Bunun için yönetmeliklerde kirişlerde kullanılacak donatılar için belirli sınırlar getirilmiştir.

Kirişlerde Tipik Çatlak Şekilleri ve Nedenleri

Yapılan deneyler; sargı donatılı bir kirişin eğik çatlama oluşuncaya kadar sargı donatısız bir kiriş gibi davrandığını göstermiştir. Eğik çatlama oluşmadan önce etriyeler üzerinde yapılan ölçümler, bu donatıların gerilme almadığını göstermiştir. Eğik çatlağın oluşması ile, çatlakla kesişen etriyelerde aniden büyük gerilmeler meydana gelmektedir. Bu olay söz konusu etriyelerin etkili olmaya başladığını göstermektedir. Etriyelerin seyrek yerleştirilmesi durumunda (a) oluşan çatlak, etriye ile kesişmeyeceğinden etriye fazla etkili olamayacaktır. Oysa etriyelerin daha sık yerleştirilmesi durumunda (b) çatlağın karşılaştığı tüm etriyeler etkili olacak, dolayısıyla çatlağın genişlemesi daha sınırlı düzeyde kalacaktır.

(a) (b)

Hatırlanacağı üzere donatılar asal gerilme yönüne paralel, dolayısıyla oluşan çatlak yönüne dik yerleştirilmekte idi.

Şiddetli depremler altında düşey yüke rağmen kirişmomentlerinde ve kesme kuvvetlerinde tersinmeler oluşur. Bu tersinmelerin doğal sonucu olarak, kiriş gövdesinde oluşan asal çekme gerilmelerinin yönü büyük çapta değişir (90 kadar). Deprem yükleri tersinir yükler olduğundan çatlaklar birbirlerine dik yönde ilerleyecektir.

2hk 2hk

ℓ/4ℓ/4

ℓbℓb

• Deprem etkisi altında tersinme söz konusu olduğundan asal çekme gerilmeleri pilyeye dik yönde oluşur, dolayısıyla pilyeler etkisini tümüyle yitirirler. Oysa etriyelerkirişi yüksekliği boyunca sardığından tersinir yük durumunda da etkili olabilirler.

• Mesnet bölgelerinde oluşan basınç çubuğu kemer konumunda meydana gelir ve etriyeler bu kemere pilyelerdendaha iyi stabilite sağlarlar.

• Eğik çekme gerilmelerinin sadece pilyelerlekarşılanmaya çalışılması durumunda çatlak genişlikleri etriyelere nazaran çok daha geniş olmaktadır.

• Tablalı kirişler üzerinde yapılan deneylerde gövdede meydana gelen çatlaklar tablaya ulaştıklarında yatay yönde ilerleyerek tablayı gövdeden ayırdıkları gözlenmiştir. Bu durumda etriyeler tabla ile gövde arasında dikiş donatısı gibi davranmaktadırlar.

Teşekkürler…

Haftaya; Süneklik Kavramı

Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği