Düşük süneklikli betonarme çerçevelerin güçlendirilmesinde ince çelik levhaların kullanımı

Deprem kuşağında yer alan ülkemizde, özellikle İstanbul gibi büyük şehirlerdeki yapı stoğunun önemli bir kısmı kalitesiz malzeme kullanımı, yeterli ve gerekli mühendislik hizmetini almamış olması veya bu hizmeti almış olsa dahi günümüz standart ve yönetmeliklerinde ön görülen performans düzeylerine ulaşamaması sebebiyle insan hayatı açısından risk arz etmektedir. Bu nedenle, söz konusu yapıların belirlenen performans düzeylerine ulaşmalarını sağlamak amacıyla güçlendirme uygulamaları yapılmakta ve mevcut elemanlara ek olarak yeni yatay yük taşıyıcı sistemler ilave edilmektedir. Hedeflenen performansa ulaşmak için, bina türü yapılarda en çok tercih edilen güçlendirme tipleri kuşkusuz ki betonarme perdeler ve çelik çaprazlı sistemlerdir. Bu geleneksel yöntemlerin, yapının güçlendirilmesinde etkili oldukları ispatlanmış olsa da, özellikle betonarme perdelerin mevcut yapıya eklenmesindeki zorluklar ve yapıya kattıkları ilave ağırlıklar nedeniyle yeni güçlendirme metodları geliştirilmeye çalışılmaktadır. Hem uygulama kolaylığı, hem de diğer yöntemlere kıyasla ağırlığının düşük olması sebebiyle, ince çelik levhalar ile oluşturan yatay yük taşıyıcı sitemler bu anlamda ön plana çıkmaya başlamıştır. Son yıllarda ince çelik levhalar kullanılarak teşkil edilmiş perde sistemler, çeşitli ülkelerde meydana gelen birçok depremde sünek davranış sergilemiş ve iyi bir performans göstermiştir. Bu durum ince çelik levhalı yatay yük taşıyıcı sistemlerin mevcut binaların güçlendirilmesinde de kullanılabileceğinin bir göstergesi olmuştur. Bu amaçla ince çelik levhalar ile oluşturulan perde sistemlerin davranışları ve yine bu sistemlerin mevcut betonarme çerçevelerle birlikte deprem yükleri gibi yatay yükler karşındaki davranışları konusunda araştırmalar devam etmektedir. Yüksek lisans tezi olarak sunulan bu çalışmada, yukarıda belirtilen araştırmalara paralel olarak, tek açıklıklı, süneklik düzeyi düşük bir betonarme çerçevenin, ince çelik levhalar kullanılarak güçlendirilmesi sonrası yatay yük taşıma kapasitesi, enerji yutma kapasitesi ve sağladığı rijitlik özelliklerinde meydana gelen değişimler kuramsal ve deneysel olarak incelenmiştir. Bu amaçla biri betonarme yalın çerçeve, diğer ikisi ise ince çelik levhalarla güçlendirilmiş üç çerçeve analitik olarak modellenmiş ve deneysel çalışmalarda kullanılmak üzere bu üç çerçeveyi temsil eden numuneler hazırlanmıştır. Söz konusu çerçeveler tipik tek katlı bina türü betonarme bir yapıya ait moment çerçevesinin ½ oranında ölçeklendirilmiş hali olup, kiriş açıklıkları 1,700m, kat yükseklikleri 1,525m'dir. Çerçeve kolon boyutları 0.25mx0.20m, kiriş boyutları 0.325mx0.200m'dir. Ayrıca kiriş eleman üzerinde, döşeme etkilerini de göz önüne almak amacıyla 0.82mx0.12m boyutlarında bir tabla bulunmaktadır. Çerçeveye ait temelin boyutları ise 3mx0.6mx0.5m'dir. Betonarme çerçevede kullanılan malzemelerin dayanımları, ülkemizde özellikle güçlendirmeye ihtiyaç duyan 30 yaş üstü betonarme yapılarda sıklıkla karşılaşıldığı gibi, beton için eksenel basınç dayanımı 10Mpa, donatı çeliği için ise eksenel çekme dayanımı yaklaşık olarak 220Mpa olarak belirlenmiştir. Numunelerde mesnet bölgelerinde etriye sıklaştırması yapılmamış olup, kullanılan tüm donatılar nervürsüzdür. Güçlendirilmiş numunelerde kullanılan ince çelik levha kalınlığı 1mm, malzeme kalitesi ise S235'dir. Kuramsal çalışmalarda çerçeve analizleri SAP2000 programı aracılığıyla hazırlanan sonlu eleman modeliyle ve güçlendirme levhaları için "strip modeling" yaklaşımı kullanılarak yapılmıştır. Beton malzeme özelliklerinin programa tanıtılması amacıyla, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY) Bilgilendirme Eki 7B'de doğrusal elastik olmayan davranış gösteren sargısız beton için önerilen ve "Mander Modeli" olarak da bilinen malzeme modeli kullanılmıştır. Donatı çeliği de dahil olmak üzere, tüm çelik elemanlar için de aynı bölümde çelik için önerilmiş olan malzeme modeli esas alınmıştır. Kesit özellikleri ise yine SAP2000 programı Section Designer modülü aracılığıyla tanımlanmıştır. Oluşturulan güçlendirilmiş ve güçlendirilmemiş modellere doğrusal olmayan statik itme analizi uygulanarak yatay yük taşıma kapasiteleri belirlenmiştir. Çerçeve bağlantı detayları ise ince çelik levhanın akma sınır durumuna karşı gelen etkiler altında, AISC 360-2005 Çelik Yapılar Yönetmeliği'nde belirtildiği şekilde eleman kapasiteleri hesaplanılarak tahkik edilmiştir. Deneysel inceleme amacıyla analitik modeller ile aynı özelliklere sahip üç adet çerçeve numunesi tamamiyle laboratuvar ortamında üretilmiştir Hazırlanan numunelerin yatay yük taşıma kapasiteleri İTÜ Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı'nda gerçekleştirilen deneyler sonucunda belirlenmiştir. Kuramsal ve deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak meydana gelen yatay yük taşıma kapasitesi, enerji yutma kapasitesi ve sistem rijitliği değişimleri incelenmiştir. Yukarıda özetlenen çalışmaların anlatıldığı bu tez altı bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde giriş başlığı altında genel bilgiler sunulmuştur. Bu kısımda geleneksel güçlendirme teknikleri, ince çelik levhalı perde sistemler ve sistem modelleri hakkında açıklamalar bulunmaktadır. Çalışmanın ikinci bölümünde, konuyla ilgili çeşitli araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalara ilişkin özet bilgiler kronolojik sıralamaya uygun bir biçimde sunulmuştur. Üçüncü bölümde deney öncesi hazırlık süreci, bu süreçte karşılaşılan zorluklar ile SAP200'de analitik modellerin oluşturulmasına ilişkin detaylı bilgiler, analitik çalışmalara ilişkin sonuçlar ile birlikte sunulmuştur. Tezin dördüncü bölümünde deney numunelerinin tasarımı, birleşim bölgeleride yer alan bağlantı elemanlarının tahkiki ve deney düzeneğine ilişkin bilgilere yer verilmiştir. Beşinci bölümde deneysel çalışmalar öncesi donatı çeliği, yapı çeliği, beton ve bulon elemanlar üzerinde gerçekleştirilen malzeme deneylerine ilişkin veriler ve elde edilen sonuçlar paylaşılmıştır. Tezin altıncı ve yedinci bölümlerinde ise yapılan deneysel çalışmalara ilişkin gözlemler, elde edilen sonuçlar sunulmuş, analitik çalışma sonucunda elde edilen veriler karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.