Düşük dayanımlı betonarme yapılarda kolon-kiriş birleşim bölgelerinin deprem performansının deneysel olarak incelenmesi

Ülkemizdeki yapı stoğunun büyük bir kısmının deprem bölgesinde oluşu ve bu yapılardaki yapısal yetersizlikler göz önüne alındığında, mevcut yapıların büyük bir bölümü için olası bir depremde hasar alma veya göçme riskinin söz konusu olduğu görülmektedir. Deprem etkileri göze alındığında, yapılarda en çok etkilenecek bölgelerden biri de birleşim bölgeleridir. Yapıya etkiyen bu yanal yükler, "kritik bölge" olarak da adlandırılan birleşim bölgelerinde tersinir yüklemelere sebebiyet vermektedir. Yönetmelikler, kritik bölgeler olan birleşim bölgelerinin, gelen yükleri güvenli bir şekilde aktarabilecek yeterli yapısal güvenliğe sahip olacak bir şekilde tasarlanmalarını hedeflemektedir. Deprem etkileriyle oluşacak tersinir yüklerin yeterli dayanım ile karşılanabilmesi için kiriş boyuna donatılarına birleşim bölgelerinde 135 derece kanca yapılması, yüksek dayanımlı beton kullanılması ve kolon etriye düzenlemesinin birleşim bölgelerinde devam ettirilmesi (sıklaştırma aralığı korunarak) gibi hususlara dikkat edilmesi gerekmektedir. Ancak ülkemizdeki birçok örnekte öncelikle bu bölgelerde, enine donatının yetersiz olması veya hiç olmaması sebebi ile istenen sargılama etkisi sağlanmamaktadır. Birçok yapının birleşim bölgelerinde kanca uygulaması söz konusu olmamakla birlikte yapılanların çoğunda da 90 derece kanca yapılmıştır. Ayrıca düz yüzeyli donatılar kullanılması, tersinir yüklemeler altında donatının betonla olan aderansının kolayca kaybına sebep olmaktadır. Söz konusu yapıların yapıldığı dönemler dikkate alındığında, düşük dayanımlı beton (C10 ve altında) kullanımının yaygın olduğu görülmektedir. Dolayısı ile bu durumlar altında birleşim bölgelerine bağlanan betonarme elemanlar eğilme kapasitelerine ulaşmadan, birleşim bölgelerindeki eksikliklerden dolayı göçmeler meydana gelmektedir. Deprem riski bulunan gelişmiş ülkelerin ülkemizle aynı dönemde yapılan yapılarında, ülkemize nazaran daha yüksek beton kalitesi ve nervürlü donatıların kullanımı söz konusudur. Her ne kadar artık ülkemizde de düz yüzeyli donatı kullanımı yasaklansa da eski yapılarımızda hala bu tür zayıflıklara rastlanmaktadır. Dolayısı ile bu konu hakkında söz konusu zayıflıkları içeren durumlar için yapılan çalışmalar daha sınırlı sayıda kalmaktadır. Ülkemizde bulunan yapılar için bu konuda kendi yapılarımıza özgü hataların ve eksikliklerin dikkate alındığı yeni çalışmaların yapılması, yapıların deprem performanslarının daha gerçekçi olarak tahmin edilebilmesi ve bu sebeple oluşabilecek yıkımların önüne geçilebilmesi için oldukça önemlidir. Ayrıca yukarıda bahsi geçen zayıflıkların önüne geçebilmek adına mevcut yapılarımızdaki zayıf olan birleşim bölgelerinin uygun bir şekilde güçlendirilebilmesi için yeni malzeme ve yöntemler hakkında çalışmalar yapılmasına da ihtiyaç duyulmaktadır. Bu doktora çalışmasında, ülkemizdeki mevcut yapı stoğunun önemli bir kısmını temsil etmek üzere düşük dayanımlı beton ve düz yüzeyli donatıya sahip kolon-kiriş birleşim bölgelerinin çeşitli donatı konfigürasyonlarında (kiriş boyuna donatılarındaki kanca durumu, birleşim bölgesinde enine donatı kullanılıp kullanılmaması durumu, vb.) deprem etkilerini simüle eden çevrimsel yüklemeler altındaki davranışlarının deneysel olarak incelenmesi ve bu birleşim bölgelerinin FRP (fiber takviyeli polimer) malzemeler ile güçlendirilerek deprem performanslarının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Güçlendirme işlemleri için daha ekonomik ve uygulanabilir bir güçlendirme tekniğinin denenmesi ve yapısal davranışa etkisinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Ayrıca yapılan bir analitik çalışma ile deneyleri gerçekleştirilen numunelerin birleşim bölgelerinden elde edilen deney sonuçlarının, bir analiz programı ile yapısal çerçeveler üzerinde uygulanarak, nümerik analizlerde yapılan kabullerde söz konusu zayıflıkların nasıl yansıtılabileceği araştırılmıştır. Son olarak, yönetmeliklerin birleşim bölgeleri ile ilgili kriterlerine değinilerek deney numunelerinin yönetmelik bazlı tahkikleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda öncelikle 10 adet numuneyi içeren bir deneysel çalışma planlanmıştır. Üretilen numuneler iki seriye ayrılmıştır; İlk seride, 150 x 200 mm en kesit ebatlarında betonarme kirişin, 150 x 150 mm en kesit ebatlarında betonarme kolona bağlandığı 5 adet numune üretilmiş olup bunlardan bir tanesi referans numunesi olarak üretilmiştir. Söz konusu numunelerin birleşim bölgelerindeki donatı konfigürasyonları değişmektedir. İkinci seride, ilk 5 adet numunenin, en-kesit ebatları ve donatı konfigürasyonları korunarak aynılarından 5 adet daha numune üretilmiştir. Ancak söz konusu numuneler Fiber Takviyeli Polimer (FRP) malzemeler ile güçlendirilerek deneylere tabi tutulmuştur. Doktora tez çalışması beş ana başlık altında sunulmuştur: 1. Bölüm - Giriş: Bu bölümde tez konusunun önemi, amaç ve kapsamı verilmiştir. Deney numuneleri kısaca tarif edilerek hangi tür malzemeler ile güçlendirileceklerinden bahsedilmiştir. 2. Bölüm - Genel Kısımlar: Bu bölümde ülkemizdeki mevcut yapılardaki kolon-kiriş birleşim bölgeleri ile ilgili yetersizlikler hakkında bilgiler verilmiştir. Yaşanan depremlerde oluşan hasarlar görsel olarak sunulmuştur. Literatürde kolon-kiriş birleşim bölgelerinin davranışı ile ilgili yapılan çalışmalar ayrıca özetlenmiştir. Birleşim bölgesindeki yük aktarım mekanizması, güçlendirilmemiş ve güçlendirilmiş numuneler üzerinde yapılan deneysel çalışmalar ve analitik bazı yöntemler ile ilgili bir literatür özeti verilmiştir. Güçlendirilmiş numuneler ile ilgili olarak farklı ve yeni malzemeler ile yapılan bazı güncel çalışmalar da vurgulanmıştır. 3. Bölüm - Malzeme ve Yöntem: Bu bölüm, deneysel çalışmalar, analitik çalışmalar ve yönetmeliklerin yaklaşımları olarak üç bölüme ayrılmıştır. Deneysel çalışmalarda; deney numunelerinin tasarım detayları, güçlendirme uygulaması, malzeme deneyleri, deney düzeneği ve ölçüm sistemleri ve deney planı sunulmuştur. Analitik çalışmalarda; nonlineer statik analiz modeli ve modellemede yapılan kabuller, beton ve donatı çeliği için malzeme modelleri, kolon ve kiriş kesitleri ile birleşim bölgelerinin kapasite hesapları anlatılmıştır. Yönetmeliklerin yaklaşımları ile ilgili bölümde ise DBYBHY (2007), Eurocode-8 (2004), ACI-318 (2011), ACI-352R-02 (2002), ACI-369R-11 (2011) ve ASCE/SEI-41-13 (2013) yönetmeliklerinin birleşim bölgeleri ile ilgili provizyonları özetlenmiştir. 4. Bölüm - Bulgular: Bu bölümde deneysel çalışmalar, analitik çalışmalar ve yönetmeliklerin yaklaşımları ile ilgili sonuçlara ve elde edilen bulgulara yer verilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen bulgularda öncelikle numunelerin davranışları yük-yerdeğiştirme-öteleme oranı grafikleri ile sunulmuştur. Devamında her deneyin farklı öteleme oranları için hasar incelemeleri yapılmıştır. Birleşim bölgelerinin deney esnasındaki kesme şekildeğiştirmeleri ve donatı şekildeğiştirmeleri değerlendirilmiştir. Son olarak numunelerin enerji tüketme kapasiteleri hesaplanarak, deney esnasında enerji tüketimleri ve rijitliklerindeki değişim ile ilgili sonuçlar verilmiştir. Analitik çalışmalar sonucunda elde edilen bulgular üç ana bölüme ayrılmıştır. Kolon ve kirişlerin kesit kapasite hesapları ile ilgili yazılımdan alınan sonuçlar verilmiştir. Nonlineer statik analizler sonucunda elde edilen eğriler karşılaştırılarak deprem etkilerindeki performansları değerlendirilmiştir. Analitik çalışmalar sonucunda bu tip eksiklikleri olan birleşim bölgelerinin nümerik analizlerinde kullanılması için bazı katsayılar önerilmiştir. Son olarak, deney numuneleri için yönetmeliklere göre yapılan kapasite hesaplarının sonuçları verilmiştir. 5. Bölüm - Tartışma ve Sonuç: Bu bölüm, bu doktora tezi çalışmasından elde edilen sonuçlar ve öneriler olarak iki ana başlığa ayrılmıştır. Sonuçlar bölümünde deneysel çalışmadan ve analitik çalışmadan elde edilen sonuçlar özetlenmiştir. Öneriler bölümünde ise analitik çalışma neticesinde elde edilen katsayılar hakkında bilgi verilerek, bu konuda ileride yapılması öngörülen çalışmalar ve yönetmeliklerde bulunması gerekliliği düşünülen kısımlar hakkında öneriler getirilmiştir.