Betonarme perde duvarlar için plastik mafsal boyu yaklaşımlarının ve birim şekil değiştirme limitlerinin değerlendirilmesi

Betonarme perdelerde yatay yerdeğiştirme temel olarak, eğilme ve kesme olmak üzere iki bileşenden oluşmaktadır. Eğilme bileşeni, narin perdelerde genel olarak oransal anlamda daha büyük bir paya sahipken, kesme bileşeni ise daha küçük bir paya sahiptir. Bu sebeple kesme bileşeninin narin perdelerde çoğu zaman ihmal edilmesi gibi bir eğilim vardır. Kesme bileşenin tepe deplasmanına katkısının hesaplanması için literatürde mevcut birkaç yaklaşım bulunmaktadır. Eğilme sebebiyle oluşan yatay deplasman da kendi içinde elastik ve inelastik kısım olarak ikiye ayrılır. Elastik kısım, elastik teoriye göre, akma eğriliği ve perde boyu ile hesaplanırken, plastik olan kısımda ise yığılı plastik mafsal metodunda yapılan kabuller devreye girer. Plastik eğrilik plastik mafsal boyu ile çarpılıp plastik dönmeler elde edilir. Bu dönmeler ise perde gibi konsol çalışan elemanlarda konsol boyu ile çarpılıp yatay yerdeğiştirmelerin elastik ötesi bölümü elde edilmiş olur. Bu tanımdan da anlaşılacağı üzere perdenin yatay ötelenme kapasitesini asıl olarak üç faktör belirlemektedir. Bunlar, birim şekil değiştirme, tarafsız eksen derinliği ve plastik mafsal uzunluğudur. Bilindiği üzere birim şekil değiştirmenin tarafsız eksen derinliğine oranı kesit eğriliğinin ifadesidir. Tarafsız eksen derinliğinin tespiti, düzlem kesit şekil değiştirmeden sonra da düzlem kalır faraziyesiyle, kesit analizinden yararlanılarak nispeten daha kolay şekilde yapılabilir. Şunu unutmamak gerekir ki, bu kabul olmadan tarafsız eksen tanımı ve kavramı bambaşka bir hal alabilmektedir. Bu çalışmada düzlem kesit düzlem kalır hipotezi baz alınarak kesit analizi yapılmıştır. Plastik mafsal modelinde plastik mafsal uzunluğu, plastisitenin yayıldığı bölgeyi bu bölgenin eşdeğeri olarak temsil eder. Elastik ötesi davranışın perde boyunca yayıldığı bu bölge 3 fiziksel olgunun bileşini olarak ortaya çıkar. Bunlardan birincisi, "moment gradient" olarak ifade edilen moment diagramındaki eğimin plastik mafsal uzunluğuna etkisi. İkincisi ise, "tension-shift" etkisi. Bu etki, eğilme-kesme etkileşimi sonucu ortaya çıkan eğilme-kesme çatlakları sebebiyle en büyük momentin, mesnet bölgesinden, ortaya (kirişte) ya da perde durumunda yukarıya doğru ötelenmesi sebebiyle plastikleşen bölgenin büyümesi olarak tanımlanabilir. Üçüncü ve son olarak ise "strain-penetration" etkisi, akma durumu için donatı sıyrılması dönmesini ifade eden bu etki de plastik mafsal boyuna dahil edilerek plastik mafsal boyu belirlenmektedir. Bu paremetrelerin dışında, eksenel yük etkisi, donatıda pekleşme etkisi, kesme kuvvetinin etkisi gibi birçok faktör araştırmacılar ve araştırma grupları tarafından çalışılsa da plastik mafsal boyu yaklaşımlarında bu etkilerin hesaba dahil edilip edilmemesi hala netlik kazanmamıştır. Plastik mafsal modelinde kullanılacak birim şekil değiştirme limitlerin tayini ise bir diğer önemli husustur. Literatürde, gerek basınç tarafı, gerekse çekme tarafı için önerilen birim şekil değiştirme limitleri olsa da, bu limitlerin betonarme perde duvarlar için plastik mafsal modelinde güvenli bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağı sorusu hala cevap beklemektedir. Plastik mafsal modelinde, sargılı beton için tanımlanmış birim şekil değiştirme limiti, salt eksenel yük etkileri altında sargı donatısının kopma anına kadar tüketilen enerjinin denkliğinden türetilmiş olup premature donatı burkulması durumlarında makul sonuçlar vermediği bilinmektedir. Çevrimsel yükler altında, hem eksenel hem de moment etkisi altında olan ve her ne kadar önlenmeye çalışılsa da boyuna donatılarda burkulmanın gözlemlendiği perde duvarlarda, bu limitler kullanılarak konservatif olmayan perde yatay kapasitesi tahminleri elde edilmiştir. Birim şekil değiştirme limitinin güvenilirliğinin yanısıra eğilme göçmesinin hangi tarafta olacağının kestirilmesi de plastik mafsal modelinin doğruluğu açısından büyük önem taşımaktadır. Şöyle ki, çevrimsel yük etkisi sebebiyle basınç tarafında daha önce burkulan donatının çekme tarafında kopması sebebiyle göçme öncesi durumunu tecrübe etmiş bir betonarme perde deney numunesi için, basınç tarafı birim şekil değiştirme limitleri doğru sonuçlar vermeyecektir. Ya da basınç tarafında beton ezilmesi durumunu yaşamış bir perdenin kapasitesi, çekme tarafı limitleri ile doğru ve anlamlı bir şekilde belirlenemeyecektir. Tezin organizasyonu anlamında; 1. Bölüm'de çalışmanın önemi, kapsamı ve amacı ifade edilmeye çalışılmıştır. 2. Bölüm'de konu ile ilgili terminolojinin literatür karşılıkları incelenmiştir. Akma eğriliği, plastik eğrilik, birim şekil değiştirme limitleri gibi tanımların yanısıra farklı araştırmacılar tarafından önerilen 11 farklı plastik mafsal boy yaklaşımı ve plastik mafsal metodunun detayları verilmiştir. 3. Bölüm'de bu çalışma kapsamında incelenen perde deneylerinin bir kısmı detaylı bir şekilde incelenmiştir. Kesit boyutları, donatı düzeni, test günü malzeme sonuçları, test düzeneği gibi deney öncesi datalarla beraber, deney sonuçlarına ait histerez döngü grafikleri, hasar ilerleme raporları ve nihai hasar durumuna ait bilgiler ilave şekiller ve çizelgelerle beraber sunulmuştur. 4. Bölüm'de eğilme davranışının hakim olduğu 49 perde deneyi baz alınarak, plastik mafsal modeli kullanılarak birim şekildeğiştirme limitlerinin ve bu limitler ile beraber kullanılan plastik mafsal boyu yaklaşımlarının deney sonuçlarına karşı geçerliliği sınanmıştır. Bu bağlamda perde duvaların modellenmesi ve değerlendirlmesi için gerekli dataların (malzeme, kesit, geometri, yükleme ve şekil değiştirme özellikleri) toplanması suretiyle perde veri tabanı oluşturulmuştur. "OpenSees" platformu kullanılarak perde numunelerinin kesit analizleri yapılmış moment-eğrilik ilişkileri elde edilmiştir. Literatürde geçerliliği olan birim şekil değiştirme limitleri ve plastik mafsal uzunluklarının farklı kombinasyonları kullanılarak elde edilen yatay yerdeğiştime değerleri deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. 5. Bölüm'de ise aşağıda özetlenen sonuçlar verilmiştir; Kırılma tipini kesit analizinden tahmin etmek üzere bir yaklaşım geliştirmiştir. Bu sayede kırılma moduna göre uygun birim şekildeğiştirme ve plastik mafsal uzunluğu seçilip daha yakınsak yatay deplasman kapasitesi tahmini yapılması hedeflenmektedir. Birim şekildeğiştirme limitlerinin güvenirliği sınanmıştır. Sargılı beton için için verilen birim şekil değiştirme limitlerinin perdelerde, genel anlamda donatı için verilen birim şekil değiştirme limitleri kadar güvenilir olmadığı görülmüştür.Plastik mafsal boy yaklaşımlarının geçerliliği değerlendirilmiştir.. Klasik yaklaşım olan plastik mafsal boyunu perde boyunun yarısı olarak kabul etmenin plastik mafsal analiz metodunun güvenirliğini tehlikeye attığı sonucuna varılmıştır.