Theses supervised by Prof. Dr. Metin Hüsem
12 theses · Karadeniz Technical University
Farklı donatı düzenine sahip betonarme yüksek kirişlerin davranışlarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Yüksek kirişler, açık deniz yapılarında, kazık temel üstü kirişlerde, dikdörtgen enkesitli su depolarında, silo yapılarında, yüksek yapılarda transfer kirişi ve kolon üstü başlık kirişlerinde kullanılan önemli bir yapı elemanıdır. Yüksek kirişlerin a/d oranı çok küçük olması nedeniyle kemerleşme etkisi dolayısıyla da kesme kırılması olmaktadır. Bu nedenle de son yıllarda etkin olarak, bu tür kirişlerde gevrek kırılmaya neden olan kesme kırılmasının iyileştirilmesine yönelik birçok çalışma yürütülmektedir. Farklı donatı düzenine sahip betonarme yüksek kirişlerin davranışlarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi amacıyla gerçekleştirilen bu çalışma dört bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın birinci bölümünde; yüksek kirişler hakkında genel bilgiler, uygulama alanları, tasarım ilkeleri, yüksek kirişler üzerinde daha önce yapılan bazı çalışmalar ve bu çalışmanın amacı ve kapsamı verilmiştir. İkinci bölümde; çalışmanın amaç ve kapsamına uygun olarak, dört farklı donatı düzenine sahip yüksek kirişlerin üretimleri verilmiştir. Hazırlanan tüm kirişlerde yatay ve düşey kesme donatıları kullanılmış, eğilme donatısı ve düşey kesme donatısı oranı sabit tutulmuştur. Referans numune olarak seçilen yüksek kirişe göre, kirişlerden bir tanesinde gövde donatısı sıklaştırılması yapılmış, diğer iki tanesinde aynı donatı alanına sahip farklı diyagonal donatılar kullanılmıştır. Çalışmanın üçüncü bölümünde ise deneylerden elde edilen sonuçlar verilmiş, günümüzde yürürlükte bulunan yönetmeliklerde yüksek kirişlerin tasarımında kullanılan, çubuk model yöntemine göre hesaplanan kesme kuvvetleri deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Çalışmanın dördüncü bölümünde ise çalışmadan çıkartılan sonuç ve öneriler verilmiştir. Yapılan çalışmalardan, diyagonal olarak yerleştirilen basınç donatılarının, yüksek kirişlerin taşıma gücünü ve enerji yutma kapasitesini önemli oranda artırdığı dolayısıyla da diğer donatılı yüksek kirişlere göre daha sünek davranışa sahip oldukları, görülmüştür.
Kilitli yığma birim elemanlarla üretilen yığma duvarların tekrarlı yatay yük etkisi altındaki davranışları
Türkiye'deki yapılar taşıyıcı sistemlerine göre incelendiğinde özellikle kırsal bölgelerde yığma yapıların oldukça fazla olduğu görülmektedir. Duvarların taşıyıcı olduğu bu yapı sistemleri depremlerden oldukça fazla etkilenerek yıkılmakta veya hasara uğramaktadır. Bu nedenle yığma yapıların dış yük etkisi altındaki davranışlarının belirlenip yenilikçi yığma yapım tekniklerinin geliştirilmesi ve kırsal dönüşüm zorunlu hale gelmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, kilitli yığma birim elemanlar kullanarak, yığma duvarların yatay yük taşıma kapasitelerinin artırılmasıdır. Bu amaçla birinci bölümde çalışmaya ilişkin genel bilgiler, ikinci bölümde ise kullanılan malzemelerin özelikleri, kilitli yığma birim eleman tasarım ve üretimi, deney elemanları, deney düzenekleri ve deneylerin yapılışları ile gerçekleştirilen analitik çalışmalar verilmiştir. Deneylerden ve analitik çalışmalardan elde edilen bulgular ve bu bulguların irdelenmesi üçüncü bölümde yer almaktadır. Dördüncü bölümde ise çalışmanın bütününden çıkartılabilecek sonuçlar özetlenmiş ve bazı öneriler yapılmıştır. Çalışma sonunda elde edilen sonuçlar, tez kapsamında tasarlanıp köpük betonla üretilen kilitli yığma birimlerin, yığma duvarların yatay yük taşıma kapasitesini, enerji tüketme kapasitesini ve rijitliğini artırdığını göstermektedir. Bu durum, kırsal bölgelerde inşa edilecek yığma yapılarda bu elemanların kullanılması halinde, depremden dolayı oluşması muhtemel can ve mal kayıplarının azalacağını işaret etmektedir.
Taşıyıcı hafif betonla üretilen yekpare ve prefabrike yapı elemanlarının davranışlarının incelenmesi
Bu çalışmada, taşıyıcı hafif betonla üretilen yekpare ve prefabrike yapı elemanlarının davranışları deneysel ve teorik olarak incelendi. Bu amaçla, genleştirilmiş perlit agregası kullanılarak, taşıyıcı hafif beton üretilebilirliği araştırıldı. Bunun için, çok sayıda faklı karışımlar hazırlanarak betonlar üretildi. Üretilen betonlardan, çalışmanın amacına, gerek üretilebilirliği gerekse dayanım bakımından, en uygun olan karışım seçildi ve bu karışım kullanılarak, betonarmenin varlığını borçlu olduğu, donatı-beton aderansı araştırıldı. Üretilen taşıyıcı hafif betonla üretilen donatı-beton aderans deneylerinden, geleneksel betonlar için, yönetmeliklerde verilen, kenetlenme boyunun emniyetli tarafta kalacak şekilde yeterli olduğu görüldü. Bu çalışmada C30 dayanım sınıfında üretilen, taşıyıcı hafif beton kullanılarak betonarme kiriş ve kolon deney numuneleri de üretildi. Bu deney numuneleri üzerinde eğilme ve merkezi basınç deneyi yapılarak, hafif betonla üretilen betonarme yapı elemanlarının eğilmede ve merkezi basınç etkisindeki davranışları incelendi. Bu incelemede, kolonlarda iki faklı enine donatı düzenlemesi yapılarak, sargı donatısının etkisi de araştırıldı. Bu çalışma kapsamında üretilen taşıyıcı hafif betonun, üretilebilirliği, donatı-beton aderansı, üretilen betonarme kiriş ve kolon elemanlarının, eğilme ve merkezi basınç etkisindeki davranışları dikkate alındığında, yekpare ve prefabrike yapılarda kullanılabileceği ortaya konmuştur.
Moment aktaran ve merkez çaprazlı çelik yapılarda ikinci mertebe etkileri
Bu çalışmada, çelik yapılarda ikinci mertebe etkileri ve yönetmeliklerin önerdiği yöntemlerle incelenmiştir. Bu amaçla kayma etkisinden dolayı P- ? etkilerini araştırmak için moment aktaran çerçeve ve eleman eğriliğinden dolayı P-? etkilerini araştırmak için merkez çaprazlı çerçeve modelleri oluşturulmuştur. Moment aktaran ve merkez çaprazlı çerçeve modelleri üzerinde, deprem ve rüzgar yükleri altında, sabit yapı yüksekliğinde, kat yükseklikleri değiştirilerek, ikinci mertebe etkileri araştırıldı. Çalışmanın birinci bölümünde, çelik yapı sistemleri verilerek yönetmeliklerde verilen yöntemler irdelendi. İkinci mertebe etkileri için yapılan yaklaşımlar değerlendirilerek bu konu ile ilgili daha önce yapılan çalışmalar verildi. Çalışmanın ikinci bölümünde çözümlerde kullanılacak modeller ve özellikleri verilerek P-delta etkilerinin araştırılması için yönetmeliklerde verilen yöntemlerle analizler yapılmıştır. Analizlerde kat yüksekliklerinin değişimi göz önünde bulundurularak, referans olarak alınan değerler ile, yönetmelikler için hesaplanan değerler karşılaştırıldı. Çalışmanın üçüncü bölümünde elde edilen sonuçlar verildi. Buna göre, yapılan karşılaştırmalar sonucu kat yüksekliklerin değişimine göre artırılmış yük kombinasyonları dikkate alındığında LRFD-1999'un daha emniyetli tarafta kaldığı görüldü. Moment büyütme katsayıları için hesaplanan değerler karşılaştırıldığında ise Euro Code-3 ve BS-2000 her farklı taşıyıcı sistem için diğer yönetmelikler için bulunan değerlere göre daha emniyetli tarafta kaldığı görülmüştür.
Çelik yapılarda eğrisel şekilli metalik sismiksönümleyicilerin araştırılması ve geliştirilmesi
Yapıların yatay yük etkisinde stabilitelerinin sağlanması ve yapı elemanında herhangi bir hasar oluşmadan bu tür elemanlarda hasarların oluşması istenmektedir. Bu amaçla literatürde metalik sönümleyiciler ile ilgili birçok çalışma yapılmış ve geliştirilen metalik sönümleyicilerin etkinlikleri incelemişlerdir. Yapılan bu çalışmalar genellikle çelik çaprazların kirişlerle birleşim bölgeleri için geliştirilmiştir. Ancak çerçeve boşluklarının kullanılması istenmesinde kolon-kiriş birleşim bölgeleri için geliştirilen eğrisel şekilli veya dirsek tipi sönümleyicilerin sayısı oldukça sınırlıdır. Bu çalışmada, literatürde mevcut olan metalik sönümleyiciler yerine, çelik yapılarda çerçeve boşluklarının efektif olarak kullanılmasını sağlayacak, eğrisel şekilli metalik sönümleyicilerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Geliştirilen farklı tiplerde eğrisel şekilli metalik sönümleyicilerin sayısal modelleri oluşturularak etkinlikleri araştırılmıştır. Bununla birlikte tasarlanan eğrisel şekilli metalik sönümleyiciler, çerçeve ve çelik çapraz kullanılmış sistemin davranışları ile de karşılaştırılmıştır. Yatay yükler etkisinde en uygun enerji sönümleme sağlayan eğrisel şekilli metalik sönümleyici belirlenmiştir. Tez kapsamında geliştirilen eğrisel şekilli metalik sönümleyicilerin çelik çerçevenin yatay yük taşıma kapasitesini artırdığı ve daha fazla enerji tükettiği görülmüştür.
Çok katlı çelik yapılarda yatay yük kapasitesini artırmada kullanılan elemanların etkinliğinin incelenmesi
Çeliğin yapı malzemesi olarak kullanılması uzun bir geçmişe dayanır. Çelik yapılarda kullanılan profillerin kesit alanının azalması burkulma sorununu ortaya çıkartmaktadır. Bu durum stabilite bağlantısı ile giderilebilmektedir. Çelik yapılar insan yoğunluğunun fazla olduğu, hastane, okul ve alış veriş merkezleri gibi yerler için, gerek kullanım alanından tasarruf gerekse sağlamlık açısından kullanılmaları avantaj sağlamaktadır. Yapı yükseklikleri arttıkça yapılara etkiyen deprem ve rüzgar etkileri de dikkate alınması gereken seviyelere çıkmaktadırlar. Bu etkilere karşı dayanımın arttırılması çelik çapraz elemanlar kullanılarak sağlanabilmektedir. Bu çalışmada yukarıda belirtilen gerekçelerden ve durumlardan yola çıkılarak, çelik çapraz elemanların birbirlerine göre farklılıkları üzerine bir araştırma yapılmıştır.Çalışmanın ilk kısmında genel olarak çeliğin tarihsel gelişimine değinilmiş ve bir yapı malzemesi olarak çeliğin bileşenlerinin özelliklerinin üzerinde durulup araştırmanın konusuyla ilgili daha önce yapılmış olan çalışmalardan bahsedilmiştir.İkinci kısımda çalışmanın amacına uygun olarak oluşturulmuş olan üç boyutlu yapı modelleri kullanılmıştır. Bu modeller üzerinde çelik çapraz elemansız ve seçme çelik çapraz elemanlı yapı modellerinin ön boyutlandırılması yapılmış ve modellerde kullanılan elemanların kesitleri verilmiştir. Oluşturulan farklı çelik çapraz elemana sahip modellerin yatay yük etkisindeki davranışları araştırılmıştır.Üçüncü kısımda elde edilen sonuçların değerlendirilmesi yapılarak farklı çelik çapraz elemanlı yapı modelleri arasındaki farklılıklar belirtilmiştir.
Fretli kolonların basit burulma etkisi altında davranışının deneysel olarak incelenmesi
Beton ve betonarme teknolojisi üzerine yapılan çok sayıdaki araştırmalara rağmen, burulma etkisi henüz yeterince aydınlatılmamıştır. Yapılan araştırmalar neticesinde bu etkinin göz ardı edilmemesi gerektiği anlaşılmış ve betonarme elemana ek burulma donatıları ekleyerek elemanın emniyete alınması sağlanmıştır.Bilindiği üzere depremlerde, fretli kolonlar, etriyeli kolonlara göre daha iyi bir performans göste rmektedir. Ülkemizde son zamanlara kadar çok nadir olarak kullanılmış olmasına rağmen geçirdiğimiz büyük depremlerden sonrasında daha fazla fretli kolon tasarımı yapılmaya başlanmıştır.Bu çalışmanın temel amacı, basit burulma etkisindeki fretli kolonların çevrimsel yük altındaki davranışlarının incelenmesidir. Bu çalışma dört bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm genel bilgiler bölümü olup, betonun özellikleri, betonarmenin üstünlük ve sakıncaları, fretli kolonların burulma performanslarından bahsedilmiştir. İkinci bölüm yapılan çalışmalara ayrılmış olup, yapılan çalışmalar ve deneyler anlatılmıştır. Üçüncü bölümde, çalışmanın bütününden çıkartılabilecek başlıca sonuç ve öneriler özetlenmektedir. Son bölümde kaynaklar dizini verilmiştir.Yapılan çalışma göstermiştir ki fretli kolonların burulmaya karşı etkili olması ancak burulmanın fret sargı donatısı yönünde gelmesi durumunda, etriyeli kolonlara göre daha etkili olduğu; sargı donatısının ters yönde burulma uygulanması durumunda, etriyeli kolon davranışlarına benzer sonuçlar elde edildiği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Basit Burulma, Fretli Kolon, Tekrarlı Yükleme.
Çelik taşıyıcı sistemlerde yatay yük taşıma kapasitesini arttıran elemanların etkinliğinin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Bu çalışmada çelik taşıyıcı sistemlerde yatay yük taşıma kapasitesini artıran elemanların etkinliği deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Bu amaçla, farklı özelliklere sahip sekiz seri çelik çerçeve sistem (dolgusuz çelik çerçeve, yatay delikli tuğla duvar dolgulu çelik çerçeve, gaz beton tuğla duvar dolgulu çelik çerçeve, betonarme perde duvar dolgulu çelik çerçeve, ince ve kalın çelik levha perde duvar dolgulu çelik çerçeve, bir ve iki yönlü merkezi çelik köşegen elemanlı çelik çerçeve) için 14 adet deney numunesi, depremi benzeştiren tersinir-tekrarlanır yatay yük altında deneye tabi tutulmuştur.Çalışma dört bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, dolgu elemanları ile ilgili genel bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde, yapılan deneysel ve teorik çalışmalar açıklanmıştır. Üçüncü bölümde deneysel ve teorik çalışmalardan elde edilen bulgular ve irdelemeler verilmiştir. Dördüncü bölümde ise yapılan irdelemelere göre elde edilen sonuçlar özetlenmiş ve bazı öneriler yapılmıştır.Elde edilen sonuçlar göz önüne alındığında, çelik çerçevenin yatay yük taşıma kapasitesini artırmak amaçlanıyor ise; en başarılı sistemlerin betonarme perde duvar dolgulu, kalın (t:3mm) çelik levha perde duvar dolgulu ve iki yönlü merkezi çelik köşegen elemanlı çerçeve sistemler olduğu söylenebilir. Bu sistemler arasında, iki yönlü merkezi çelik köşegen elemanlı çerçeve sistemler en büyük enerji yutabilme kapasitesine sahip sistem olmuştur. Sistemin yerdeğiştirmesinin sınırlı seviyede tutulması amaçlanıyor ise betonarme perde duvar dolgulu veya kalın çelik levha perde duvar dolgulu sistemler tercih edilmelidir.Anahtar Kelimeler: Dolgulu Çelik Çerçeve, Merkezi Köşegen Elemanlı Çelik Çerçeve, Tersinir-Tekrarlı Yükleme, Doğrusal Olmayan Sonlu Elemanlar Analizi, ANSYS
Çelik çerçeve sistemlerde prefabrike elemanlarla burkulması sınırlandırılmış çaprazların deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, çelik çerçeve sistemlerde, prefabrike elemanlarla burkulması sınırlandırılmış çaprazların davranışlarını deneysel olarak incelenmiştir. Burkulmayı sınırlandıran prefabrike elemanların üretiminde, çeşitli malzemeler, betonarme, çelik lifli beton, polypropilen lifli beton, polyetilen ve polyamid levhalar kullanılmıştır. Deneylerde çelik çapraz olarak pratikte kullanılan profiller seçilmiştir. Çelik lifli, polypropilen lifli beton, prefabrike elemanı sarmak için lirefa malzemesi, polyetilen ve polyamid levhaları, burkulmayı sınırlandıran eleman olarak ilk defa bu araştırmada kullanılmıştır.Bu araştırmanın sonuçları, deprem bölgelerinde yapılan binaların tasarımında ve yapımında, mevcut yapıların güçlendirilmesinde ve özelikle sağlık merkezleri gibi depremden sonra hemen kullanılacak yapıların güçlendirilmesinde de kullanılabilmektedir.Bu amaçlarla gerçekleştirilen çalışma beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde genel bilgiler, ikinci bölümde yapılan deneysel çalışmalar, üçüncü bölümde deney bulguları ve irdelemeler verilmiş, dördüncü bölümde ise çalışmadan çıkarılabilecek bazı sonuçlar özetlenmiş ve bazı öneriler yapılmıştır. Beşinci bölümü çalışmanın son bölümü olan yararlanılan kaynaklar dizini takip etmektedir.Elde edilen sonuçlar, çelik lifli beton, betonarme, polyetilen ve polyamid levhalar, çelik lifli beton ve lirefa sargılı çelik lifli beton prefabrike elemanlarının, çelik çaprazların burkulmasını sınırlandırdığı, sünekliği dolayısıyla da enerji yutma kapasitesini artırdığını ortaya koymuştur.
Betonarme binaların hakim doğal titreşim periyodunun hesabı için yeni bir yaklaşım
Bina hakim doğal titreşim periyodu hesabı, ülkemiz ve dünya çapında yayınlanan yönetmeliklere göre yaklaşık olarak yapılsa da, bulunan büyük periyot değerleri emniyet açısından uygun değillerdir. Gerçek periyotlara en yakın sonuçların elde edilebilmesi maksadıyla hazırlanan bu tez çalışmasında, toplam da 32 farklı kalıp planlı 264 adet betonarme binanın, SAP2000v20 programında Modal Analiz Yöntemi ile doğal titreşim periyotları belirlenmiş ve 2018 yılı Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'nde (TBDY) önerilen bağıntılarla da periyotlar analitik olarak hesaplanmıştır. Ardından çalışmada önerilen bağıntılar yardımıyla da periyotlar hesaplanıp, tüm sonuçların Excel programı ile kolerasyon ve regresyon analizleri yapılmıştır. Çıkan sonuçlara göre çerçeve ve karma sistemlerde %97 ve perdeli sistemlerde %99 kolerasyon katsayıları ile en optimum sonuçlar elde edilmiştir. Yine ortalama hataların da bu sistemlerde sırası ile %17 ve %14 civarında olduğu belirlenmiştir. Mevcut TBDY 2018 yönetmeliğindeki yaklaşık formüllere kıyasla, bulunan daha yüksek kolerasyon katsayısı ve daha düşük ortalama hatalar dikkate alındığında çalışma önerilen bağıntıların, bina hakim doğal titreşim periyodu hesaplamalarında kullanılabileceği belirtilmiştir.
İnşaat mühendisliği uygulamalarında, karbon ayak izinin sınırlandırılması ve sürdürülebilirlik
Dünyada ve Türkiye'de sanayi ve inşaat faaliyetlerinin artması sera gazlarının atmosferde yoğunlaşmasına sebep olmaktadır. Küresel ısınma ve beraberinde iklim değişikliğinin sonuçları yeryüzündeki canlı yaşamını tehdit etmektedir. Endüstriyel sektörlerin enerji taleplerinin artarak devam etmesi doğal kaynakların hızla tükenmesini de beraberinde getirerek, gelecek nesillerin yaşam standartlarını doğrudan etkilemektedir. Yaşanan çevresel sorunları yeni uygulamalarla önlemek amacıyla ortaya atılan kavram sürdürülebilirlik kavramı olmuştur. Bu tez kapsamında inşaat sektöründe karbon ayak izinin sınırlandırılmasına yönelik çalışmalar ve yaşamın her alanına etki eden sürdürülebilirlik kavramının öncelikle, çevre kirliliği ve doğal kaynak kullanımında inşaat sektörünün oynadığı rol değerlendirilmiştir. Son 20 yılda, inşaat mühendisliği uygulamalarında karbon ayak izinin sınırlandırılması ve atıkların farklı şekillerde yeniden kullanılması üzerinde yapılan çalışmalar değerlendirilmiştir. Bu sentez çalışması ışığında, inşaat mühendisliği uygulamalarında karbon ayak izinin sınırlandırılması ve sürdürülebilir olmasına yönelik yapılması gereken çalışmalar irdelenerek bazı sonuçlara varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Karbon ayak izi, Sürdürülebilirlik, Yeşil bina sertifika sistemleri, Sürdürülebilir beton uygulamaları, Geri dönüşüm
Yüksek sıcaklık etkisine maruz bırakılan betonarme çerçevelerin tekrarlı yatay yük etkisindeki davranışı
Bu tez çalışmasında önce yüksek sıcaklık etkisine maruz kalan betonarme çerçevenin daha sonradan deprem gibi tekrarlı yük etkisine maruz kalması durumundaki davranışı ve bu davranışa etki eden parametrelerin değişimi incelenmiştir. Bu amaçla yüksek sıcaklığın derecesi ve etki etme süresi gibi değişkenler dikkate alınmış, betonarme çerçeve deney numuneleri, 60, 120 ve 180 dakika süresince, 200, 400, 600 ve 800 °C sıcaklık etkisine maruz bırakıldıktan sonra tekrarlı yük etkisinde davranışları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Tez çalışması beş aşamada gerçekleştirilmiş olup, ilk aşamada betonarme çerçevelerin uygun boyut ve malzeme özelliklerinin belirlenerek numunelerin üretilmesi sağlanmıştır. İkinci aşamada betonarme çerçeveler yüksek sıcaklık etkisine maruz bırakılmıştır. Üçüncü aşamada yüksek sıcaklık etkisine maruz bırakılan betonarme çerçevelerin FEMA 461 yükleme protokolüne uygun olarak tekrarlı yük etkisi altındaki deneyleri yapılmıştır. Dördüncü aşamada betonarme çerçeve deney elemanlarının ABAQUS programı kullanılarak sonlu eleman modelleri oluşturulmuş, ısıl – yapısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Beşinci aşamada ise tekrarlı yükleme deneylerinden elde edilen deneysel sonuçlar ile sonlu eleman analizlerinden elde edilen sayısal sonuçlar değerlendirilmiş, deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda, yüksek sıcaklığın derecesi ve etki etme süresinin artmasıyla betonarme çerçevenin yatay yük taşıma kapasitesi, rijitlik ve enerji sönümleme kapasitesinde önemli oranda azalmanın meydana geldiği belirlenmiştir.