Betonarme kirişlerin kesme kapasitesinin dış donatılar ile arttırılması

Betonarme yapılar deprem yükleri, düşey yükler, kullanım amacı değişikliği ve benzer sebeplerden dolayı hasar görebilmektedir. Bu yapılarda ve yapısal elemanlarda sıklıkla ortaya çıkan kesme hasarı yapıları oldukça güvensiz hale getirmekte ayrıca önemli sayıda can ve mal kayıplarına sebebiyet vermektedir. Özellikle kirişlerin kesme kapasitelerinin yetersizliği nedeniyle ortaya çıkan bu hasarları önlemek veya mevcut hasarlı binaları güçlendirmek için kirişlerin kesme kapasitelerini arttırılması gerekmektedir. Bu amaçla, kesme kapasitesi yetersiz kirişler için literatürde birçok yöntem önerilmiş ve uygulanmıştır. Bunlardan bazıları: beton katman eklenmesi, FRP, CFRP, çelik plaka yapıştırılması veya dış donatı eklenmesidir. Bu tez çalışmasında kesme kapasitesi yetersiz olan betonarme T kesitli kirişlerin güçlendirilmesi için yeni bir yöntem önerilmiştir. Bu kirişler yeni geliştirilen enine dış donatı sistemi ile sarılmıştır. Enine dış donatılara ek olarak kirişlerin çekme bölgesine boyuna dış donatılar ankre edilmiştir. Güçlendirilen bu kirişler iki noktadan yüklemeye tabi tutularak deneyleri yapılmıştır. Son olarak elde edilen deneysel ve yönetmelik sonuçları sonlu elemanlar programı ABAQUS' den elde edilen analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Tez çalışması üç aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada kirişlerin üretimi gerçekleştirilmiş, kirişler güçlendirilmiş ve deneysel olarak yüklemeye tabi tutulmuştur. İkinci aşamada kirişlerin ABAQUS programı ile sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuş ve analizleri gerçekleştirilmiştir. Son olarak uygulama mühendislerinin önerilen yöntemi kolaylıkla kullanabilmesi için Türk Deprem Yönetmeliği-2007 (TDY-2007) ve TS500-2000 formülasyonları ile kirişlerin yük taşıma kapasiteleri belirlenmiş ve sonuçların uyumu karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında üretilen 21 adet kesme kapasitesi yetersiz betonarme T kesitli kirişlerin 3 adedi güçlendirilmeden (RF), geri kalan 18 adedi ise 6 farklı yöntem ile güçlendirilerek yüklemeye tabi tutulmuştur. Kesme kapasitesi yetersiz bu kirişler Ø6/400 mm eksik etriyeye, çekme bölgesinde 2Ø12, basınç bölgesinde 4Ø8 boyuna donatıya sahiptir. Kirişlerin beton dayanımları 16 Mpa olarak hesaplanmış ve üretilmiştir. Kirişler sırasıyla, 3 mm kalınlığında levha ve 100 mm aralıklı enine dış donatılar ile (GK1), 3 mm kalınlığında levha ve 200 mm aralıklı enine dış donatılar ile (GK2), 6 mm kalınlığında levha ve 100 mm aralıklı enine dış donatılar ile (GK3), 6 mm kalınlığında levha ve 200 mm aralıklı enine dış donatılar ile (GK4) güçlendirilmiştir. Bunlara ek olarak kirişlerin çekme bölgelerine boyuna donatılar ankre edilmiştir. Bu kirişler 3 mm kalınlığında levha ve 100 mm aralıklı enine dış donatılara ek olarak 2Ø12 boyuna dış donatı (GK5), 3 mm kalınlığında levha ve 100 mm aralıklı enine dış donatılara ek olarak 1Ø12 boyuna dış donatı (GK6) ile güçlendirilmiştir. Güçlendirilmiş ve güçlendirilmemiş kirişler monotonik olarak artan yüklemeye tabi tutulmuştur. Yükler kirişe iki noktadan çelik transfer kirişi ile aktarılmıştır. Deneyler sonucunda kirişlerin akma yükü, akma deplasmanı en büyük yükü, göçme yükü, göçme deplasmanı ve rijitliklerindeki değişim incelenmiştir. Bunlara ek olarak kirişlerin yük deplasman eğrileri ve hasar durumları karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Kirişlerin sonlu elemanlar analizleri ABAQUS paket programı ile yapılmıştır. Beton malzeme özelliği ve hasar davranışı olarak Concrete Damage Plasticity (CDP) kullanılmıştır. Çelik için elasto-plastik malzeme varsayımı kullanılmıştır. Sonlu elemanlar ağ yapısı olarak C3D10M eleman özelliği kullanılmıştır. Ayrıca önerilen yöntemin teorik hesaplarının yapılabilmesi için TDY-2007 ve TS500-2000 formülasyonları kullanılmıştır. Son olarak analizlerden elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda deneysel ve teorik sonuçların birbirleri ile uyumlu olduğu anlaşılmıştır. Bu durum uygulama mühendislerinin önerilen yöntemi kolaylıkla kullanabileceğini göstermektedir. Tez çalışmasında önerilen yöntemin yapısal elemanların güçlendirilmesinde güvenle kullanılabileceği anlaşılmıştır. Ayrıca bu yöntemde yerinde kalıp, beton ve demir işçiliği gerekmemesi ve dış donatıların yapıların öz ağırlığını arttırmaması mantolama ve çelik plaka ekleme yöntemlerine göre önemli avantajlardır. Bunlara ek olarak yangın ve sıyrılma problemlerinin dış donatılar için önemli bir sorun teşkil etmemesi FRP, CFRP yöntemlerine karşı üstünlük olarak sayılabilir. Tez çalışmasıyla geliştirilen yöntemin güvenilir, ekonomik ve pratik bir şekilde uygulanabildiği görülmüştür. Bu nedenlerle önerilen yöntemin toplumsal birçok ihtiyaca ve toplumsal birikime önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Güçlendirme, Dış Donatı, Betonarme T Kiriş, SEM Analizi, CDP Modeli