T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MEVCUT YAPILARIN GÜÇLENDİRİLMESİNDE DIŞ ÇELİK KONSTRÜKSİYON PERDE UYGULAMASI AVNİ TARKAN GÖRGÜLÜ Danışman: Prof.Dr. Hasan KAPLAN II. Danışman: Yrd.Doç.Dr. Zeki AY DOKTORA TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİMDALI ISPARTA-2008

2

3 İÇİNDEKİLER Sayfa İÇİNDEKİLER... i ÖZET... iii ABSTRACT...v TEŞEKKÜR... vii ŞEKİLLER DİZİNİ... viii ÇİZELGELER DİZİNİ... xii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ... xiii 1. GİRİŞ Genel Amaç Kapsam Tezin düzeni KAYNAK ÖZETLERİ Yapısal güçlendirme teknikleri Betonarme taşıyıcı sistem güçlendirilmesi konusunda yapılmış çalışmalar MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Deney modelleri Betonarme deney modelleri Betonarme deney modellerindeki yapısal yetersizlikler Betonarme deney modellerinin güçlendirilmesi Çelik güçlendirme perdesinin betonarme sistem bağlantısı Çelik güçlendirme perdesinin temel bağlantısı Deney modellerinin imalat aşamaları Temellerin imalatı Betonarme deney modellerinin imalatı Dış çelik konstrüksiyon perde uygulaması Deney modellerinin malzeme özellikleri Laboratuar ortamı ve deney öncesi hazırlıklar Deprem ve yapı teknolojileri laboratuarı Yükleme düzeneği Veri toplama sistemi Verilerin toplanması Yöntem Deneysel çalışmalar Referans yapı deneyi (RYD) Referans yapı modelinin onarılması Güçlendirilmiş yapı deneyi (GYD) Onarılıp güçlendirilmiş yapı deneyi (OGYD) Sayısal Analiz Plastik mafsallar Düğüm noktalarında yetersiz kenetlenme Statik itme analizi Referans yapı modeli analizi...78 i

4 Güçlendirilmiş yapı modeli analizi Onarılıp güçlendirilmiş yapı modeli analizi ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Deney sonuçları ile sayısal analizlerin karşılaştırılması Referans yapı deneyi ile sayısal analizlerin karşılaştırması Güçlendirilmiş yapı deneyi ile sayısal analizlerin karşılaştırılması Onarılıp güçlendirilmiş yapı deneyi ile sayısal analizlerin karşılaştırılması Deney modellerinin kapasiteleri yönünden karşılaştırılması Deney modellerinin deplasman ve rijitlik yönünden karşılaştırılması Betonarme sistem-çelik güçlendirme perdesi arasındaki yük aktarımı SONUÇ KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ ii

5 ÖZET Doktora Tezi MEVCUT YAPILARIN GÜÇLENDİRİLMESİNDE DIŞ ÇELİK KONSTRÜKSİYON PERDE UYGULAMASI Avni Tarkan GÖRGÜLÜ Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Jüri: Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU Prof. Dr. Hasan KAPLAN (Danışman) Prof. Dr. Sıddıka Nilay KESKİN Yrd. Doç. Dr. Zeki AY (II. Danışman) Doç Dr. İsmail DEMİR Yrd. Doç. Dr. Fuat DEMİR Yrd. Doç. Dr. Kasım Armağan KORKMAZ Yüzölçümünün %66 sı I. ve II. derece deprem bölgelerinde bulunan ülkemizde yakın tarihte meydana gelmiş olan depremler, yapısal yetersizliklere sahip mevcut betonarme yapı stokunun büyük risk oluşturduğunu ortaya koymuştur. Bu durumdaki yapıları tespit etmek ve hızlı bir şekilde güçlendirmek gerekmektedir. Bu çalışmada, mevcut betonarme yapıların boşaltılmasına gerek kalmadan yapı dışından çelik konstrüksiyon perdeler ile güçlendirilmesine imkan sağlayacak bir teknik deneysel olarak test edilmiştir. Bu teknikle güçlendirme maliyetleri azalacak, süre ve uygulama açısından daha hızlı ve etkili çözümlere ulaşılabilecektir. Sayısal analiz ve deneylerden oluşan çalışma kapsamında betonarme modeller, üç boyutlu, bir yönde tek diğer yönde üç açıklıklı ve iki katlı olarak tasarlanmış ve imal edilmiştir. Deney modellerinin hazırlanmasında, mevcut betonarme yapılarda sıkça iii

6 rastlanan yapısal yetersizliklerden bazıları dikkate alınmıştır. Önerilen güçlendirme sisteminin etkinliğinin ortaya konulmasında temel alınan referans yapı tersinir tekrarlı yatay yük altında, hasarlı ve hasarsız iken güçlendirilen yapı modelleri artımsal yatay yük altında test edilmişlerdir. Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda, geliştirilen güçlendirme yöntemi ile deprem bakımından yetersiz mevcut betonarme yapıların hızlı bir şekilde güçlendirilebileceği, kapasitelerinin ve rijitliklerinin önemli miktarda arttırılabileceği ortaya konulmuştur. Anahtar Kelimeler: Deprem, Betonarme Yapılar, Dış Çelik Konstrüksiyon Perde, Güçlendirme, Kapasite. 2008, 117 sayfa iv

7 ABSTRACT Ph.D. Thesis APPLICATION OF EXTERNAL STEEL CONSTRUCTION SHEAR WALL AT STRENGTHENING OF THE PRESENT STRUCTURES Avni Tarkan GÖRGÜLÜ Süleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural Sciences Department of Civil Engineering Thesis Committee: Prof. Dr. Muzaffer TOPÇU Prof. Dr. Hasan KAPLAN (Supervisor) Prof. Dr. Sıddıka Nilay KESKİN Asst. Prof. Zeki AY (II. Supervisor) Assoc. Prof. İsmail DEMİR Asst. Prof. Fuat DEMİR Asst. Prof. Kasım Armağan KORKMAZ Earthquakes occurred in recent years in our country which has the area of %66 in the first and second degree seismic zones, proved that existing reinforced concrete structure stock which has structural insufficiencies has great risk. It is necessary to find and strengthen those structures in the possible fast way. In this study, a technique was tested experimentally which was developed to permit to strengthen the existing RC structures from their exterior with steel construction shear walls without preventing the usage. By this way, strengthening costs will be reduced and reached to faster and effective solutions from the point of view of time and application. Within the scope of the study which is composed of experiments and numerical analysis, concrete structure models were planned and produced as 3 dimensional, at one side one bay, at the other side three bay and two-storey. In the v

8 producing stage of the experimental models, some of the common structural inadequacies in existing RC structures were taken into consideration. Reference structure model which was based on introducing the efficiency of the suggested strengthening system was tested under reversed cyclic lateral loads, damaged and non damaged structure models which were strengthened with external steel construction shear walls were tested under increasing lateral loads. At the end of the performed experimental studies, it is introduced that with the improved strengthening technique, existing reinforced concrete structures which are insufficient from the point of view of earthquakes can be strengthened rapidly, their capacities and stiffness can be increased significantly. Key Words: Earthquake, Reinforced Concrete Structures, External Steel Construction Shear Wall, Strengthening, Capacity. 2008, 117 pages vi

9 TEŞEKKÜR Çalışmalarımda maddi manevi her türlü yardımlarını esirgemeyen, başta birinci danışmanım Prof. Dr. Hasan KAPLAN olmak üzere, ikinci danışmanım Yrd. Doç. Dr. Zeki AY, Yrd. Doç. Dr. Yavuz Selim TAMA ve tüm hocalarıma çok teşekkür ederim. Deneysel çalışmalarımda, destek ve yardımlarını esirgemeyen, başta Yrd. Doç. Dr. Salih YILMAZ olmak üzere tüm arkadaşlarıma ve OK-SU Yapı Kimyasallarına teşekkür ederim D-06 nolu proje ile tezimi maddi olarak destekleyen Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı na ve BAP DPT.2004K kodlu proje ile çalışmaya maddi destek sağlayan Devlet Planlama Teşkilatı na teşekkür ederim. Tez çalışmam sırasında özverili destek ve anlayışından dolayı sevgili eşime teşekkürü bir borç bilirim. Avni Tarkan GÖRGÜLÜ ISPARTA, 2008 vii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1.Taşıyıcı sistem elemanlarının güçlendirilmesi (Moehle, 2000)...6 Şekil 2.2.Taşıyıcı sistemin güçlendirilmesi (Moehle, 2000)...6 Şekil 3.1. Betonarme deney modellerinin plan ve kesit görünüşleri...15 Şekil 3.2. Betonarme deney modelleri kolon aplikasyon planı...16 Şekil 3.3. Kolon donatı yerleşimi...16 Şekil 3.4. Kiriş donatı yerleşimi...17 Şekil 3.5. (K104) Kirişi açılımı...17 Şekil 3.6. (K101-K102-K103) Kirişleri açılımı...18 Şekil 3.7. Soğuk derz bölgesinde oluşan hasarlar (Kaplan 1999)...19 Şekil 3.8. Kuvvetli kiriş-zayıf kolon oluşumu (Kaplan 1999)...19 Şekil 3.9. Yetersiz kenetlenme boyu nedeniyle oluşan hasarlar (Kaplan 1999)...20 Şekil Yetersiz sargı donatısı nedeniyle oluşan hasarlar (Kaplan 2003)...20 Şekil Güçlendirilmiş yapı modeli 1. kat kalıp planı...21 Şekil Ters V çapraz formu...22 Şekil Dış çelik konstrüksiyon güçlendirme perdesi...23 Şekil Çelik güçlendirme perdesi 1-1 kesiti, (A,B,C,D,E) detayları...24 Şekil Çelik güçlendirme perdesinin betonarme sisteme bağlantı detayı...25 Şekil Çelik güçlendirme perdesinin betonarme temele bağlantı detayı...26 Şekil Temellerin imalatı, a) demir montajı, b) beton dökümü, c) temellerin rijit döşemeye montesi...27 Şekil Betonarme deney modellerinin 1. kat imalatı, a) sac kalıbın yağlanması, b) kolonların montajı, c) kolon ve kiriş montajı, d-e) kiriş demirleri montajı, f) 1. katın demir montajı tamamlanmış görünüşü...28 Şekil Betonarme deney modellerinin 2. kat imalatı, a) 1. kat betonunun tamamlanmış görüntüsü, b) kiriş demirleri montajı, c) 2. katın demir montajı tamamlanmış görünüşü, d) ikinci kat beton dökümü...29 Şekil İmalatı tamamlanmış birinci ve ikinci betonarme deney modelleri...29 Şekil Dış çelik konstrüksiyon perde sistemi...30 Şekil Ankraj deliklerinin açılması, a) delme işlemi, b-c) deliklerin temizlenmesi, d-e) açılmış delikler, f) ankraj macunu hazırlanması, e) ankraj macununun tüpe dökülmesi...32 Şekil Ankraj bulonlarının ekilmesi, a-b-c-d) bulonların 1. kat kiriş ve kolonlarına ekilmesi, e) ankraj macunu ile yarıya kadar doldurulmuş delik, f) bulonların ikinci kat kirişine ekilmesi, g) çelik sistemin betonarme sisteme birleştirilmesi...33 Şekil Çelik güçlendirme sisteminin betonarme sisteme montajı, a) temelde, birinci kat hizasında kolona, c) birinci kat kirişine, d) ikinci kat kirişine...34 Şekil Çelik perde ile güçlendirilmiş betonarme deney modeli...34 Şekil Beton küp numuneler...35 Şekil Çekme testi sonunda Ø8 donatılar...36 Şekil Çekme testi sonunda Ø6 donatılar...36 Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı ön perspektif görünüşü...38 Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı arka perspektif görünüşü...38 Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı ön kısım...39 Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı arka kısım...39 viii

11 Şekil Ankraj ünitesi detay resimleri...40 Şekil Deney modeli ve yükleme sistemi yan görünüş...41 Şekil Yükleme sistemi görünüşü...41 Şekil Hidrolik piston-deneysel model bağlantısı...41 Şekil Hidrolik piston düzeneğindeki mafsal noktaları...42 Şekil Veri toplama sistemi, a) birinci katta, b) ikinci katta...43 Şekil Veri toplama yazılımı...43 Şekil Referans yapı modelinden veri toplanması...44 Şekil Güçlendirilmiş yapı modellerinden veri toplanması...44 Şekil Referans model veri toplama sistemi...45 Şekil Güçlendirilmiş model veri toplama sistemi...46 Şekil Referans yapı modeli deney öncesi görünümü...48 Şekil RYD (taban kesme kuvveti-ikinci kat ötelenme oranı) çevrim eğrisi...48 Şekil RYD (taban kesme kuvveti-birinci kat ötelenme oranı) çevrim eğrisi...49 Şekil RYD ikinci kat (ötelenme oranı-zaman) grafiği...49 Şekil RYD birinci ve ikinci katlar (deplasman-zaman) grafiği...50 Şekil RY deneyi sonunda kat deplasmanları...50 Şekil RY deneyi ilk çatlak oluşumu...51 Şekil RY deneyi sonundaki hasar bölgeleri...51 Şekil RY deneyi sonundaki hasar detayları, a) S 206 kolonu üst ucunda, b) S 205 kolonu üst ucunda, c) S 206 kolonu alt, S 106 kolonu üst uçlarında, d) S 201 kolonu alt, S 101 kolonu üst uçlarında, e) S 208 kolonu alt ucunda, f) kolontemel bağlantısında...52 Şekil RY deneyi sonundaki hasar detayları, a) S 6 kolonunun alt ve üst uçlarında, b) S 7 kolonunun alt ve üst uçlarında, c) S 8 kolonunun alt ve üst uçlarında...53 Şekil Çatlakların ve matkap deliklerinin temizlenmesi, a) çatlakların açığa çıkarılması, b-c) açığa çıkarılmış çatlakların kompresör ile temizlenmesi, d-e) temizlenmiş çatlaklar, f) açılan matkap deliklerinin temizlenmesi...54 Şekil Pakerlerin deliklere yerleştirilmesi, a) paker görünüşü, b-c) pakerlerin deliklere yerleştirilip sıkılması, d-e-f) deliklere yerleştirip sıkılmış pakerler 55 Şekil Epoksi enjeksiyonu uygulaması, a-b) çatlakların tamir harcı ile sıvanması, c-d-e) pakerlerden epoksi enjekte edilmesi, f) kontrol pakerinden gelen epoksi...56 Şekil Epoksi enjeksiyonu ile onarılmış referans yapı modeli...57 Şekil Güçlendirilmiş yapı modeli deney öncesi görünümü...58 Şekil GYD (taban kesme kuvveti-ikinci kat ötelenme oranı) eğrisi...59 Şekil GYD (taban kesme kuvveti-birinci kat ötelenme oranı) eğrisi...59 Şekil GYD ikinci kat (ötelenme oranı-zaman) grafiği...60 Şekil GYD birinci ve ikinci katlar (deplasman-zaman) grafiği...60 Şekil GY deneyi sonunda kat deplasmanları...61 Şekil GY deneyi ilk çatlaklar oluşumu...61 Şekil GY deneyi sonunda betonarme sistemdeki hasar detayları, a) S 204 kolonu üst ucunda, b) S 208 kolonu üst ucunda, c-d) S 201 kolonu alt ucunda, e-f) S 206 kolonu alt ucunda, g) S 205 kolonu alt ucunda, h) S 201 kolonu alt ucunda...62 Şekil GY deneyi sonunda çelik sistemdeki hasar detayları, a) ÇP1 perdesi D 2 diyagonalinde burkulma, b) ÇP2 perdesi D 2 diyagonalinde burkulma...63 ix

12 Şekil GY deneyi sonunda betonarme sistem hasar bölgeleri...64 Şekil GY deneyi sonunda sistem görünüşü...64 Şekil Onarılıp güçlendirilmiş yapı modeli deney öncesi görünümü...65 Şekil OGYD (taban kesme kuvveti-ikinci kat ötelenme oranı) eğrisi...66 Şekil OGYD (taban kesme kuvveti-birinci kat ötelenme oranı) eğrisi...66 Şekil OGYD ikinci kat (ötelenme oranı-zaman) grafiği...67 Şekil OGYD birinci ve ikinci katlar (deplasman-zaman) grafiği...67 Şekil OGY deneyi sonunda kat deplasmanları...68 Şekil OGY deneyi ilk çatlak oluşumu...68 Şekil OGY deneyi sonunda betonarme sistemdeki hasar detayları, a) S 205 kolonu üst ucunda, b) S 208 kolonu üst ucunda, c) S 206 kolonu üst ucunda, d) S 201 kolonu alt ucunda, e) S 205 kolonu alt ucunda, f) S 208 kolonu alt ucunda, g) S 206, S 207 kolonları alt uçlarında...69 Şekil OGY deneyi (çelik perde betonarme sistem) bağlantı noktası hasarları, a) S 206 kolonu üst ucunda, b) S 203 kolonu üst ucunda, c) S 206 ve S 207 kolonları üst uçlarında ve kirişte...70 Şekil Epoksi enjeksiyonu ile onarılmış kısım alt ve üst çatlakları...70 Şekil OGY deneyi sonunda çelik sistemdeki hasar detayları, a) Ç2 perdesi D 2 diyagonalinde burkulma ve bulon deliğinde ezilme, b) Ç1 perdesi D 2 diyagonalinde burkulma...71 Şekil OGY deneyi sonunda betonarme sistem hasar bölgeleri...72 Şekil OGY deneyi sonunda sistem görünüşü...72 Şekil Yığılı plastik davranış hipotezi...73 Şekil Eleman (kuvvet deformasyon) eğrisi...75 Şekil İtme şekli ve (çatı deplasmanı-taban kesme kuvveti) grafiği...77 Şekil Referans yapı Sap2000 modeli...78 Şekil Referans yapı Sap2000 modeli yükleme şekli...79 Şekil RY modeli (taban kesme kuvveti-ikinci kat ötelenme oranı) eğrisi...79 Şekil RY modelinde göçme mekanizması oluşumu...80 Şekil Güçlendirilmiş yapı Sap2000 modeli...81 Şekil Güçlendirilmiş yapı Sap2000 modeli yükleme şekli...82 Şekil GY modeli (taban kesme kuvveti-ikinci kat ötelenme oranı) eğrisi...82 Şekil Çelik güçlendirme perdesi N max, T max, M max diyagramları...83 Şekil GY modelinde ilk mafsallaşmalar...84 Şekil GY modelinde göçme mekanizması oluşumu...85 Şekil Onarılıp güçlendirilmiş yapı Sap2000 modeli...86 Şekil Onarılıp güçlendirilmiş yapı Sap2000 modeli yükleme şekli...87 Şekil OGY modeli (taban kesme kuvveti-ikinci kat ötelenme oranı) eğrisi...87 Şekil Çelik güçlendirme perdesi N max, T max, M max diyagramları...88 Şekil OGY modelinde ilk mafsallaşmalar...89 Şekil OGY modelinde göçme mekanizması oluşumu...90 Şekil 4.1 RY deneysel-analitik (taban kesme kuv.-2. kat ötelenme oranı) grafiği...91 Şekil 4.2. RY modelinin deney sonu mafsallaşma durumu (analitik)...93 Şekil 4.3. RY modelinin deney sonu hasar durumu (deneysel)...93 Şekil 4.4. GY deneysel-analitik (taban kesme kuv.-2. kat ötelenme oranı) grafiği...94 Şekil 4.5. GY deneyi sonunda betonarme sistem mafsallaşma durumu (analitik)...95 Şekil 4.6 GY deneyi sonunda çelik perde mafsallaşma durumu (analitik)...96 Şekil 4.7. GY deneyi sonunda betonarme sistem hasar noktaları (deneysel)...96 x

13 Şekil 4.8. OGY deneysel-analitik (taban kesme kuv.-2. kat ötelenme oranı) grafiği.97 Şekil 4.9. OGY deneyi sonunda betonarme sistem mafsallaşma durumu (analitik)..99 Şekil OGY deneyi sonunda çelik perde mafsallaşma durumu (analitik)...99 Şekil OGY deneyi sonunda betonarme sistem hasar noktaları (deneysel) Şekil Deney modelleri (taban kesme kuv.-2. kat ötelenme oranı) eğrileri Şekil Deney modelleri (taban kesme kuv.-kat ötelenme oranları) eğrileri Şekil Deney modellerinin kat hizalarındaki ötelenmeleri (% 0,5; 1,0; 1,5 göreli ötelenme seviyelerinde) Şekil Deney modellerinin kat hizalarındaki ötelenmeleri (deney sonu) Şekil Çelik-betonarme sistem bağlantı noktaları Şekil GY, OGY modellerinde betonarme ve çelik sistem tarafından karşılanan kuvvetler xi

14 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 3.1. Deneysel yapı modelleri...14 Çizelge 3.2. Dış çelik güçlendirme perdesi çubukları mukavemet özellikleri...23 Çizelge 3.3. Ankraj macunu teknik özellikleri...31 Çizelge 3.4. Beton mukavemet değerleri...35 Çizelge 3.5. Betonarme demiri mekanik özellikleri...36 Çizelge 3.6. Çelik profillerin mekanik özellikleri...37 Çizelge 3.7. Deneysel çalışma aşamaları...47 Çizelge 3.8. Epoksi malzemesi teknik özellikleri...57 Çizelge 4.1. RY, (deneysel-analitik) taban kesme kuvveti karşılaştırmaları 92 Çizelge 4.2. RY modelinin deney sonu mafsallaşma bölgeleri (analitik)...92 Çizelge 4.3. GY, (deneysel-analitik) taban kesme kuvveti karşılaştırmaları...94 Çizelge 4.4. GY modelinin deney sonu mafsallaşma bölgeleri (analitik)...95 Çizelge 4.5. OGY, (deneysel-analitik) taban kesme kuvveti karşılaştırmaları...98 Çizelge 4.6. OGY modelinin deney sonu mafsallaşma bölgeleri (analitik)...98 Çizelge 4.7. Deney modellerinin kapasiteleri Çizelge 4.8. Deney modellerinin ilk ve son çevrim rijitlikleri Çizelge 4.9. Çelik-betonarme sistem bağlantısı maksimum kesme kuvvetleri xii

15 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ A c Brüt kesit alanı f c Beton basınç dayanımı f sy Çelik akma gerilmesi f su Çelik kopma gerilmesi f yh Enine donatı akma dayanımı F Enkesit alanı g Yerçekimi ivmesi (9.81 m/s 2 ) GÇ Göçme sınırı GY Güçlendirilmiş yapı GV Minimum hasar sınırı h Çalışan doğrultudaki kesit yüksekliği H Yatay yük I Atalet momenti i x Atalet yarıçapı l b Kenetlenme boyu (mevcut) l d Kenetlenme boyu (gereken) L p Plastik mafsal boyu m Kütle M e Elastik hesap momenti M p Plastikleşme momenti M u Toplam moment (Elastik + Plastik) MN Güvenlik sınırı N Normal kuvvet N emç Elastik hesap, çubuk emniyetli çekme kuvveti N emb Elastik hesap, çubuk emniyetli basınç kuvveti N pç Plastik hesap çubuk çekme kuvveti N pb Plastik hesap, çubuk kritik basınç kuvveti OGY Onarılıp güçlendirilmiş yapı P Düşey yük RY Referans yapı S k Burkulma boyu T Kesme kuvveti V Kesme kuvveti W Mukavemet momenti ω Burkulma katsayısı σ s Donatı sıyrılma gerilmesi σ y Donatı akma gerilmesi Çatı deplasmanı y Elastik ötelenme p Plastik ötelenme Ө p Plastik dönme Φ p Plastik eğrilik Φ y Elastik eğrilik Φ u Toplam eğrilik (Elastik + Plastik) ε cu Sargılı beton basınç şekil değiştirme değeri ε su Donatı çeliği kopma birim şekil değiştirme değeri ρ Donatı oranı s xiii

16 1. GİRİŞ 1.1 Genel Türkiye; topraklarının %96 sının, nüfusunun ise %95 inin çeşitli derecelerde deprem etkisi altında olduğu, sanayisinin büyük bir kısmının diri faylar üzerinde bulunduğu bir deprem ülkesidir. Son yirmi yılda meydana gelen, Erzincan (1992), Dinar (1995), Ceyhan (1998), Marmara-Kocaeli (1999), Afyon-Sultandağı (2002) ve Bingöl (2003) depremlerinden sonra Türk Deprem Yönetmeliği esaslarında 1998, 2000 ve 2006 yıllarında önemli revizyonlar yapılmış, bu depremlerde hasar görmüş olan yapılarda ve bazı kamu yapılarında incelemeler ve güçlendirme çalışmaları başlatılmıştır. Bu bağlamda, tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de, hasarlı ve hasar görme ihtimali olan yapı ve yapı elemanlarının güçlendirilmesi ile ilgili teknikler konusunda yoğun çalışmalar sürdürülmektedir. Bu çalışmada, betonarme taşıyıcı sistemlerin dışlarından çelik konstrüksiyon perdeler ile güçlendirilmelerini sağlayacak, yatay yük taşıma kapasitelerinin sismik açıdan yeterli seviyeye çıkarılmasına imkan verecek bir güçlendirme tekniği deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Bu güçlendirme tekniğinde, bütün uygulama çalışmaları bina dışında yapılacağı için, yapının kullanımı ve fonksiyonu çok az etkilenmekte, uygulama hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Güçlendirme nedeniyle, yaşanan hacimlerde alan kaybı, mimari fonksiyon bozuklukları ve onarım maliyetleri minimum düzeydedir. Bunların yanında, betonarme perde uygulaması gibi diğer güçlendirme tekniklerine göre, yapının kütlesini çok daha az arttırmaktadır. Bunun sonucu olarak, yapı üzerine gelen deprem yükleri diğer güçlendirme tekniklerinden çok daha az olacak, temellerin takviye maliyetleri daha düşük olacaktır. Bu nedenlerle, güçlendirmede, dış çelik konstrüksiyon perde kullanımının, diğer güçlendirme tekniklerine göre göz ardı edilemeyecek ekonomik ve fonksiyonel avantajları vardır. Bu avantajların yanında dış çelik konstrüksiyon perde uygulamasında, işçilik için uygulamada kalifiye elemana ihtiyaç duyulmakta, beton ve çelik gibi iki farklı malzemenin bir arada kullanılacak olmasının yanında betondan daha yüksek genleşme katsayısına sahip çeliğin dış cephede kullanılacak olması, 1

17 projelendirme ve uygulama safhalarında da yüksek mühendislik bilgisi gerektirmektedir. Günümüzde sıklıkla ele alınan yapısal güçlendirme konularında, özellikle güçlendirilmiş yapı modellerinin deneysel davranışlarının araştırılması kapsamında çalışmalar hem ülkemizde hem dünyada yoğun bir şekilde sürdürülmektedir. Yapıların güvenli olarak güçlendirilmesi için malzeme ve yapı elemanı davranışı üzerinde olabildiğince çok bilgi gerekmekte ve bunlar, ya deneysel olarak toplanabilmekte ya da yapılarda hesap ve yapım hataları ile deprem etkileri altında ortaya çıkan davranışlardan derlenmektedir. Bu nedenle, deneysel çalışmalara ve deprem etkileri sonucunda derlenecek davranışlar ile ilgili bilgilere büyük bir ihtiyaç vardır Amaç Ülkemiz ve dünyada, hasarlı ve hasar görme ihtimali olan betonarme yapı ve yapı elemanlarının güçlendirilmesi konusunda yeni yöntemler geliştirilmekte ve yeni yaklaşımlar ortaya konulmaktadır. Bu çalışma, deprem gibi dinamik etkilerden dolayı hasar görmüş veya hasar görme ihtimali olan mevcut betonarme yapıların güçlendirilmesinde, uygulama kolaylığı, deprem performansı ve ekonomi açısından diğer yöntemlere göre üstünlük sağlayacak alternatif bir tekniğin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi amacı ile hazırlanmıştır. Mevcut betonarme yapıların dış çelik konstrüksiyon perde uygulaması tekniği kullanılarak güçlendirilmesi konulu bu çalışma ile konuya yönelik çalışmaların geliştirilmesi, deneysel çalışma ve uygulama arasındaki ilişkinin kurulması amaçlanmıştır. Hem teorik hem de deneysel aşamaları içeren bu çalışmada, iki katlı imal edilmiş betonarme deney modelinin güçlendirilmeden önceki ve çelik elemanlarla dışarıdan güçlendirildikten sonraki davranışları, yük-deplasman ilişkileri kullanılarak kapasite, 2

18 deplasmanlar, rijitlik ve hasar oluşumları açısından incelenmiş, elde edilen bulgular yorumlanmış ve uygulamaya yönelik öneriler sunulmuştur Kapsam Yapıların bina içine girilmeden dışarısından güçlendirilmesi fikri Prof. Dr. Ergin ATIMTAY ve çalışma grubu tarafından Devlet Planlama Teşkilatı na 2003 yılında proje önerisi olarak sunulmuş ve desteklenmiştir (Atımtay vd., ). DPT- YUUP projesi kapsamındaki deneysel çalışmalar ile birlikte gerçekleştirilmiş olan bu çalışma, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Deprem ve Yapı Teknolojileri Araştırma Laboratuarında gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında deneysel yapı modelleri, iki katlı, bir yönde tek açıklıklı diğer yönde üç açıklıklı olarak tasarlanmış ve imal edilmiştir. Yapı modelleri üzerinde toplam üç ayrı deney gerçekleştirilmiştir. İlk deneyde, güçlendirme uygulanmamış olan hasarsız referans yapı modeli tersinir tekrarlı yatay yük altında test edilmiştir. Deney, referans yapı hasara uğrayana kadar devam ettirilmiş, yapının yatay yük taşıma kapasitesi, davranış şekli ve hasar oluşumları belirlenmiştir. Deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar, önerilen yöntemle güçlendirilmiş olan sistem deneylerinden elde edilen verilerin karşılaştırılması ve uygulanılan güçlendirme yönteminin geçerliliğinin ortaya konulmasında kullanılmıştır. İkinci deneyde, yine aynı tip hasar görmemiş diğer bir betonarme yapı modeli, dışından çelik perde ile güçlendirilmiş ve test edilmiştir. Gerçekleştirilen deneysel çalışma ile güçlendirilmiş yapının yatay yük taşıma kapasitesi, davranış şekli ve hasar oluşumları belirlenmiş, deneyden elde edilen sonuçlar kullanılarak, önerilen güçlendirme yönteminin mevcut hasar görmemiş betonarme yapılara uygulanabilirliği ve verimliliği ortaya konmuştur. Üçüncü deneyde, birinci deney serisinde hasar verilmiş olan referans yapıdaki hasarlar epoksi enjeksiyonu yöntemi ile onarıldıktan sonra yapı çelik güçlendirme perdesi ile dışından güçlendirilmiş ve test edilmiştir. Gerçekleştirilen deneysel 3

19 çalışma ile güçlendirilmiş yapının yatay yük taşıma kapasitesi, davranış şekli ve hasar oluşumları belirlenmiş, deneyden elde edilen sonuçlar kullanılarak, önerilen güçlendirme yönteminin mevcut hasar görmüş betonarme yapılara uygulanabilirliği ve verimliliği ortaya konmuştur. Referans yapı ve güçlendirilmiş yapılar bilgisayar ortamında modellenmiş ve sayısal analizleri yapılmıştır. Deneysel ve analitik çalışmalar birlikte değerlendirilmiş ve önerilerde bulunulmuştur Tezin düzeni Tezin birinci bölümünde; konu, amaç, kapsam ve tez düzeni kısaca özetlenmiştir. İkinci bölümde; betonarme yapıların güçlendirilmesi ile ilgili literatür çalışması kapsamında bu konu ile ilgili yapılmış olan çalışmalar derlenerek sunulmuştur. Dış çelik konstrüksiyon perde ile güçlendirme bir taşıyıcı sistem güçlendirmesi olduğu için literatür çalışmasında, yapıların çelik perdeler ile iç kısımlarından güçlendirilmeleri ve betonarme perdeler ile güçlendirmeleri konularında yapılmış çalışmalardan da bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde, deneylerde kullanılan modellere ait geometrik ve malzeme özellikleri verilmiş, deney modellerinin üretim, onarım ve güçlendirme aşamaları, çelik güçlendirme sisteminin imalat ve montaj aşamaları anlatılmıştır. Deneylerin yapıldığı Pamukkale Üniversitesi Deprem ve Yapı Teknolojileri Araştırma Laboratuarındaki kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı sisteminin özellikleri hakkında, yükleme sistemi, veri toplama sistemi, deplasman ve yük ölçerlerin deney modellerine bağlantısı ile ilgili bilgiler verilmiştir. Deneysel çalışma aşamaları ve deney modellerinin sayısal analizleri ile ilgili çalışmalar da bu bölümde verilmiştir. Dördüncü bölümde, deneysel çalışmaların sonuçları kendi aralarında ve sayısal analiz sonuçları ile karşılaştırılmış, son bölümde ise elde edilen tüm sonuçlar yorumlanmış ve tartışılmıştır. 4

20 2. KAYNAK ÖZETLERİ 2.1. Yapısal güçlendirme teknikleri Aktif bir deprem kuşağında yer alan Türkiye de, son yüzyılda meydana gelen depremler sonucunda, çok sayıda betonarme bina yıkılmış, birçoğu ileri ve orta düzeyde hasara uğramış ve büyük can kayıpları meydana gelmiştir. Depremler sonrasında yıkılan ve hasara uğrayan betonarme yapılarda gerçekleştirilen incelemeler sonucunda, yapılarda, düşük kaliteli beton, kolon-kiriş birleşim bölgelerinde yetersiz sargılama, zayıf kolon-kuvvetli kiriş davranışı, kısa kolon davranışı (özellikle yarım bodrumlu betonarme yapılarda), düğüm noktalarında yetersiz kenetlenme boyları ve etriye (enine donatı) uçlarının uygun olarak düzenlenmemesi gibi yapısal yetersizliklerin bulunduğu tespit edilmiştir. Mevcut yapı stoku içerisinde de bu gibi yapısal yetersizliklere sahip çok sayıda betonarme yapı bulunmaktadır. Bu durumdaki yapıların tespit edilmesi ve hızlı bir şekilde güçlendirilmesi gerekmektedir. Güçlendirme uygulamaları; sadece taşıyıcı sistem elemanlarının (kiriş, kolon, döşeme, temel) güçlendirilmesi ile yapılabileceği gibi sisteme sonradan yeni taşıyıcı elemanların (betonarme, çelik perdeler vb.) ilave edilmesi şeklinde de yapılabilir (Moehle, 2000). Günümüzde, mevcut betonarme taşıyıcı sistem elemanlarının güçlendirilmesine yönelik birçok teknik uygulama bulunmaktadır. Betonarme taşıyıcı sistem elemanlarının güçlendirilmesi yaklaşımları, betonarme sistem elemanlarının, beton, çelik veya lif takviyeli plastik levhalar (FRP) ile mantolanmalarını içermektedir (Moehle, 2000). Sadece betonarme taşıyıcı sistem elemanlarının güçlendirilmesinde, yapının yatay yük taşıma kapasitesinde önemli bir değişim olmazken, güçlendirilen yapı elemanlarının sünekliklerinin artması ile yapının da sünekliği artmaktadır. Uygulanan güçlendirme sonucunda yapının rijitliğinde önemli bir değişme olmadığı için depremin yapıdan talep ettiği deplasman seviyesinde de önemli bir değişim olmamaktadır (Şekil 2.1). 5

21 Mevcut ve güçlendirilmiş yapılar için talep deplasman seviyesi Taban kesme kuvveti Güçlendirilmiş yapı Mevcut yapı Çatı deplasmanı Şekil 2.1.Taşıyıcı sistem elemanlarının güçlendirilmesi (Moehle, 2000) Güçlendirilmiş yapı Güçlendirilmiş yapı için talep deplasman seviyesi Taban kesme kuvveti Mevcut yapı için talep deplasman seviyesi Çatı deplasmanı Şekil 2.2.Taşıyıcı sistemin güçlendirilmesi (Moehle, 2000) Eleman bazında yapılan güçlendirme uygulamaları, güçlendirilen yapının deprem güvenliğini istenilen düzeye çıkarmak için tek başına yeterli olmayabilir. Diğer taraftan yapıdaki tüm elemanlara müdahale edilmesi hem maliyeti artırmakta hem de uygulama zorluğu doğurmaktadır. Bu durumda, yapının taşıyıcı sisteminin bir bütün olarak güçlendirilmesi yoluna gidilir. Taşıyıcı sistemin güçlendirilmesinde sistem 6

22 elemanlarının yetersizlikleri, sistem kapasitesinin yükseltilmesi ile giderilebilir. Bu güçlendirme uygulamasında betonarme veya çelik konstrüksiyon perdeler kullanılabilir. Yapıya sonradan ilave edilecek olan bu elemanların, yapının içinde veya dışında uygulanmasına göre, iç veya dış güçlendirme perdeleri olarak iki kısma ayrılabilir. Taşıyıcı sistem güçlendirmelerinde yapının yatay yük taşıma kapasitesi ve rijitliğinde önemli bir artış meydana gelmekte ve deplasman talebi azalmaktadır (Şekil 2.2). Bu çalışmada ortaya konulan dış çelik konstrüksiyon perde ile güçlendirme tekniği bir taşıyıcı sistem harici güçlendirmesidir. Bu sebeple literatür taramasında taşıyıcı sistem elemanları güçlendirilmesine ait çalışmalara yer verilmemiş, taşıyıcı sistem güçlendirilmesi ile ilgili çalışmalara değinilmiştir Betonarme taşıyıcı sistem güçlendirilmesi konusunda yapılmış çalışmalar Betonarme taşıyıcı sistemlerin güçlendirilmesi konusunda, mevcut betonarme yapıların çelik ve betonarme perdeler ile güçlendirilmeleri ile ilgili geçmişte yapılmış çeşitli teorik ve deneysel çalışmalar bulunmaktadır. Betonarme yapıların betonarme perdeler kullanılarak güçlendirilmeleri konusundaki çalışmaların çoğunda tek veya iki katlı, tek açıklıklı deneysel çerçeve numuneleri kullanılmıştır. Çerçevelerin güçlendirilmesinde kullanılan dolgunun kısmi olarak uygulandığı (pencere, kapı boşlukları düşünülerek) çalışmalar, iki katlı iki açıklıklı çerçeve numunelerin dışlarından betonarme perde kullanılarak güçlendirilmelerine ait yapılmış çalışmalar ve üç boyutlu olarak imal edilmiş betonarme yapı modellerinin dışlarından betonarme perde duvarlar ile güçlendirilmelerine ait deneysel çalışmalar yapılmıştır. Tüm bu çalışmalar sonucunda, dolgu malzemesinin türünün (tuğla, beton vb.), betonarme çerçeve özelliklerinin (kolon donatı oranı, kolon-kiriş sargı donatısı ve beton basınç mukavemeti) ve çerçeve-dolgu duvar arasındaki bağlantının dolgulu çerçevenin davranışında etkili olduğu, dolgu duvarlar ile güçlendirmenin yapı kapasitesi ve rijitliğini arttırırken yanal ötelenmeleri azalttığı sonucuna ulaşılmıştır. 7

23 Betonarme yapıların, çelik konstrüksiyon perde veya çapraz ilaveleri ile içlerinden güçlendirilmeleri konusunda yapılmış uygulama ve deneysel çalışmalara yoğunlukla rastlanmakla birlikte betonarme yapıların çelik konstrüksiyon perdeler ile dışlarından güçlendirildikleri uygulamalar da mevcuttur. Bunlara örnek olabilecek iki önemli uygulamadan ve betonarme taşıcı sistemlerin güçlendirilmeleri konusunda yapılmış olan çalışmalardan aşağıda bahsedilmiştir. İlk uygulama, Mexico City nin yumuşak zeminli bölgesinde 1972 yılında planda (11,90 m. x 20,90 m.) boyutlarında, temel seviyesinden 36,40 m. yüksekliğinde 12 katlı olarak inşa edilmiş olan Durango binasında yapılmıştır. 14 Mart 1979 tarihinde Mexico City de meydana gelen (M S =7,6) depremde özellikle enine doğrultuda gelen deprem kuvvetleri ile yapının 1,2 ve 3 üncü katlarında önemli hasarlar oluşmuş ve yapının onarılıp güçlendirilmesine karar verilmiştir. Mevcut hasarlı kolon ve kirişler epoxy enjeksiyonu ile onarıldıktan sonra bina en ekonomik ve fonksiyonel olarak, enine doğrultuda dış çelik güçlendirme perdesi ile takviye edilirken uzun doğrultuda tuğla dolgu duvarları üzerine hasır çelik döşenerek 60 mm. kalınlığında beton tatbik edilmiştir. Dış çelik konstrüksiyon perdenin temelleri genişletilmiş ve çelik kazıklarla güçlendirilmiştir. Güçlendirme projesi binayı kullananlara minimum rahatsızlık verecek şekilde 10 ayda tamamlanmış, maliyet binanın yeniden yapılma maliyetinin yaklaşık %20 si olmuştur. Yapılmış olan testler sonucunda, güçlendirme öncesi ölçülen 1. mod frekansı 0,535 Hz. iken güçlendirme sonrasında frekansın 0,875 Hz. ye çıktığı görülmüştür. Bu sonuç yapının enine doğrultusunda yapılmış olan güçlendirmenin rijitliği yaklaşık iki kat arttırdığı anlamına gelmektedir. Durango binasında, 19 Eylül 1985 te Mexico City de meydana gelen ikinci depremde (M S =8,1) herhangi bir hasar oluşmazken etrafındaki yapıların çoğu yıkılmıştır (Foutch vd., 1989). İkinci uygulama, Salt Lake City, Utah da bulunan, 1960 ların başında 8 katlı betonarme olarak inşa edilmiş olan Wallance F. Bennet Federal binasında yapılmıştır. Deprem standartlarındaki yeni koşulların hiçbirine uymayan yapının, yakında bulunan Wasatch fayı tarafından üretilebilecek büyük bir depreme karşı koyma kapasitesi yoktur. Projenin bütçesi içinde bulunan 550 kişinin başka bir yere 8

24 nakledilmesine imkan vermiyordu bu nedenle güçlendirme yöntemi olarak dış çelik konstrüksiyon güçlendirme sistemi seçilmiştir. Güçlendirme sistemi, döşeme ve kolon hizalarında yerleştirilmiş yatay ve düşey geniş başlıklı I profiller ile bunların arasına X şeklinde yerleştirilmiş burkulması tutulmuş diyagonal elemanlardan oluşmuştur. Burkulması tutulmuş elemanlar, çekirdek bölgesindeki (+) şekilde tasarlanmış çelik elemanın, çelik boru içine konulması ve borunun beton ile doldurulması ile oluşturulmuştur. Çekirdekteki çelik eleman ile beton arasındaki sürtünmeyi yok etmek için ince bir tabakanın çelik elemana uygulanması gerekmiştir. Böylece burkulması tutulmuş elemanlar eksenel yük ile yüklendiğinde beton dolgu ve çelik boruya herhangi bir yük aktarmayacaktır. Sonuç olarak burkulması tutulmuş elemanların çekme ve basınçta eksenel yük taşıma kapasiteleri eşit hale gelmiştir. Güçlendirme projesi 14 ayda tamamlanmış ve maliyet aynı binanın yeniden inşa maliyetinin yaklaşık %30 u olmuştur (Uzgider ve Çağlayan, 2002). Sugano (1982), çalışmasında, Japon araştırmacılar tarafından yapılmış olan yüzden fazla güçlendirilmiş çerçeve deneyinin sonuçlarını özetlemiştir. Daha önce yapılmış olan çelik (X, K ve ) çaprazlı çerçeve deneyleri sonucunda, çelik çaprazla güçlendirmenin dayanımı arttırdığı, süneklik ve enerji sönüm özelliklerini yükselttiği belirtilmiştir. Çalışma sonunda Japonya da güçlendirme yapılmış binalardan örnekler sunulmuştur. Bush vd. (1991), yapmış oldukları deneysel çalışmada, kolonlarında süneklik düzeyi düşük deney çerçevesini iki farklı güçlendirme yöntemi ile güçlendirmişlerdir. İlk yöntemde çerçeveyi tüm yükseklik boyunca kısmi perdeler ilavesi ile güçlendirmişler ikinci yöntemde çerçeveye dışarıdan eklenen X çaprazlarla güçlendirilmiş çerçeveyi denemişlerdir. Çapraz elemanlar ilave edilmiş sistemde yatay yük kapasitesinin çapraz elemanların akma ve burkulması ile belirlendiği görülmüştür. Çalışma sonucunda çerçeve dayanımı ve rijitliği ciddi oranda artmış ve her iki güçlendirme yönteminin başarısının da ankrajlara bağlı olduğu belirtilmiştir. 9

25 Masri ve Goel (1996), kirişsiz döşemeli betonarme binaların çelik çaprazlarla güçlendirilmesi konusunu deneysel olarak araştırdıkları çalışmada, 1/3 ölçeğinde oluşturdukları tek açıklıklı iki katlı betonarme çerçeveyi çelik çerçeve içine yerleştirilmiş ters V formundaki çelik çaprazlar ile güçlendirmişlerdir. Çalışma sonucunda betonarme çerçevenin yatay yük kapasitesinin 4,5 katına çıktığı belirtilmiştir. Canbay vd. (2003), 1/3 ölçekli, iki katlı üç açıklı olarak oluşturdukları betonarme çerçeve üzerinde iki adet deney yapmışlardır. İlk olarak çıplak çerçeve olarak üretilmiş referans numune %1.60 göreli öteleme seviyesine kadar itilerek hasar görmesi sağlanmıştır. Sonrasında hasarlı çerçeve hasar gören bölgelerinde herhangi bir onarım yapılmadan betonarme dolgu perde ile güçlendirilmiştir. Deneyler sonucunda, çerçeve yatay yük taşıma kapasitesinin güçlendirme sonrasında yaklaşık dört katına, rijitliğinin ise 15 katına çıktığı görülmüştür. Tama vd. (2005), çalışmada, Denizli de, bulunan ve dışarıdan çelik perde duvar ile güçlendirme uygulanan bir yapı ele alınmıştır. Çalışma kapsamında, yapının mevcut hali, betonarme perde ilavesiyle ve önerilen dış çelik perde uygulaması ile güçlendirilmiş durumlarının deprem performansı üç boyutlu SAP2000 modelleri oluşturularak incelenmiş ve iki farklı güçlendirme yönteminin karşılaştırılması yapılmıştır. Çelik perde ilavesi 8 farklı bölgede yapılmış, bu bölgelerde 13 çelik perde kullanılmıştır. Çelik perde elemanları çelik-çelik birleşimlerinde ankastre, çelik-betonarme birleşimlerinde mafsallı olarak modellenmiştir. Betonarme perdeler ise, yapının karşılıklı iki köşesinde L şeklinde kullanılmıştır. Perdeler geniş kolon analojisi kullanılarak modellenmiştir. Yapıda artan rijitlikle birlikte yapının deplasman seviyesi de oldukça azalmıştır. Betonarme perde ilavesinde deplasmanlar, çelik takviyeli sisteme göre daha fazla azalmıştır. Çelik elemanlarla takviye sonucunda yapının yeterli güvenlik düzeyine ulaştığı anlaşılmıştır. İki sistemin en önemli farkı, sistemlerin maliyeti ve yapı kullanımına etkisi olmuş, yapının iki farklı güçlendirme sistemi kullanılarak güçlendirilmesinin maliyeti güncel fiyatlarla hesaplanmıştır. Çelik perdelerin maliyetinin betonarme perde maliyetinin %78 ine 10

26 karşılık gelmiş, önerilen sistemin daha uygun maliyetli olmasının yanı sıra, yapının kullanımı da aksamadığı görülmüştür. Erdem vd. (2006), iki adet 1/3 ölçekli, iki katlı, üç açıklıklı hasar görmemiş çerçeveyi iki çeşit güçlendirme tekniğinin deneysel olarak karşılaştırılması için test etmişlerdir. Her iki çerçeve de Türkiye deki mevcut yapılardaki yaygın noksanlıkları taşıyacak şekilde tasarlanmıştır. Çerçevelerden biri 70 mm. kalınlığında betonarme dolgu ile güçlendirilmişken diğeri kalınlığı 90 mm. ye ulaşan sıvalı boşluklu tuğla duvara diyagonal olarak uygulanmış CFRP uygulaması ile güçlendirilmiştir. Deneysel numuneler ikinci kat hizasından uygulanmış tersinir tekrarlı yatay yük ile denenmiştir. Her iki güçlendirme tekniğinde de güçlendirilmiş çerçevelerin rijitlikleri ve kapasiteleri yaklaşık 5 kat arttığı ve taban kesme kuvvetinin %90 ının dolgu tarafından taşındığı görülmüştür. Çerçeve ilk rijitliğinin CFRP ile güçlendirmeye göre betonarme dolgu ile güçlendirmede daha yüksek olduğu sonucuna ulaşmışlardır. Ohmura vd. (2006), betonarme çerçevelerin çelik çaprazlarla, çerçeveye ankraj yapılmadan güçlendirilmesi konusunu deneysel olarak araştırmışlardır. Klasik uygulamada, çelik elemanlar betonarme sisteme ankraj bulonları ile bağlanmaktadır. Bu uygulamaların, delik delme işlemi sebebi ile titreşim, ses ve toz yayan zararlı etkileri bulunmaktadır. Deneysel çalışmada, tek katlı tek açıklıklı betonarme çerçeve, iç kısmına yerleştirilmiş çelik çaprazlı çerçeve ile güçlendirmiştir. Çelik elemanlar betonarme kiriş ve kolonlara yüksek mukavemetli harç ile birleştirilmiş, ankraj bulonları kullanılmamıştır. Deney sonunda kolon alt ve üst uçlarında ve kiriş uçlarında hasarlar gözlenmiştir. Çalışma sonucunda, ankraj bulonları kullanılmadan çelik çaprazlar ile yapılmış olan sismik güçlendirmenin betonarme çerçevenin sismik performansını arttırdığı belirtilmiştir. Altın vd. (2007), betonarme dolgu ile güçlendirilmiş betonarme çerçeveler üzerine yapmış oldukları deneysel çalışmada, 1/3 ölçeğinde tek açıklıklı, iki katlı oluşturdukları altı adet numuneyi kat hizalarından tatbik edilmiş tersinir tekrarlı yatay yük ile denemişlerdir. Betonarme dolgu 50 mm. kalınlığında tasarlanmıştır. 1. ve 2. numuneler referans numuneleri olup 1. numune çıplak çerçeve, diğerleri dolu 11

27 olarak imal edilmiştir. 4., 5. ve 6. numunelerde kolonlar ile betonarme dolgu arasındaki bağlantı noktaları güçlendirilmiştir. İçi boş çerçevenin kapasitesi kullanılmış olan güçlendirme yöntemine bağlı olarak 5 ila 12 kat arasında artış göstermiştir. Kolon alt birleşim bölgelerinin kaynaklanması ile oluşturulmuş olan 6 numaralı numune üzerinde yapılmış olan deney en iyi sonucu vermiş, kapasiteyi yaklaşık 12 kat arttırmıştır. Anıl ve Altın (2007), betonarme binaların güçlendirilmesi sırasında, mimari ihtiyaçlar sonucunda dolgu duvarlarda pencere ve kapı boşlukları bırakılabilmektedir. Bu çalışma kısmi dolgu ile güçlendirilmiş betonarme çerçevelerin tersinir tekrarlı yatay yük altında davranışlarının araştırılması amacı ile yapılmış deneysel bir çalışmadır. Çalışma kapsamında 1/3 ölçeğinde tek açıklıklı, tek katlı 9 adet çerçeve numunesi üretilmiş Bunlardan biri boş referans çerçeve diğerleri içlerinde çeşitli şekillerde boşluk bırakılmış dolgulu çerçevelerdir. Test sonuçları, betonarme dolgunun çerçevelerin kapasitesini yükselttiğini ve ötelenmeyi azalttığını göstermiştir. Dolgunun özellikleri, kolon donatı oranı, kolon-kiriş etriye oranı, beton basınç mukavemeti, dolgu malzemesi (tuğla, betonarme vb.), dolgu ve çerçeve arasındaki bağlantı, dolgulu çerçevelerin davranışında etkilidir. Yatay yük çerçeveye kiriş hizasından tatbik edilmiş sisteme herhangi bir düşey yük uygulanmamıştır. Çalışmalar sonucunda, dolgulu çerçevenin kapasitesinin çıplak çerçeveye oranla 3,73 ile 10,08 kat arasında artarken, kısmi dolgulu çerçevenin kapasitesinin çıplak çerçeveye oranla 3,73 ile 7,88 kat arasında arttığı görülmüştür. Kaltakçı vd. (2007), dış betonarme perde duvar uygulamasını konu alan çalışmalarında 1/3 ölçeğinde iki katlı iki açıklıklı olarak 4 adet çerçeve üretmişlerdir. Tüm deneysel modeller ikinci kat hizasından tersinir tekrarlı yüke maruz bırakılmıştır. İki deneysel model boş çerçeve şeklinde imal edilmişken diğer iki çerçeve dış betonarme perde duvar ile güçlendirilmiştir. Deneysel çalışma sonucunda, boyuna donatı oranı 0,013 olan perde duvar ile güçlendirilmiş sistemin kapasitesi 3,76 kat artarken, boyuna donatı oranı 0,023 olan perde duvar ile güçlendirilmiş sistemin kapasitesinin 4,19 kat arttığı sonucuna ulaşılmıştır. 12

28 Rahai ve Alinia (2007), betonarme binaların kompozit çaprazlar ile güçlendirilmesi konusunda bir çalışma yapmışlardır. Kompozit elemanlar, çelik bir çekirdeğin içi boş çelik kutunun içine yerleştirilip boş kısımların beton ile doldurulması şeklinde tasarlanmıştır. Çelik çekirdek beton tabakadan ince bir zar ile ayrılmıştır, böylece normal ve kesme kuvvetleri beton tabakaya aktarılmayacak ve çelik çekirdek burkulmaya karşı korunmuş olacaktır. Sonrasında çelik çekirdeğin uygun detaylar ile yapıya bağlantısı yapılacaktır. Biri üç katlı diğeri dokuz katlı iki adet betonarme binanın güçlendirilmesi kompozit çaprazların değişik formlarda kullanımı ile analitik olarak yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda 9 ve 3 katlı binaların kapasiteleri iki ile üç kat arasında artmıştır. Kompozit çaprazlar ile güçlendirilmiş bütün modellerde plastik mafsallar, nonlineer alanlarda relatif olarak daha küçük yanal yer değiştirmeler içinde oluşmakta böylece daha büyük bir direnç faktörü elde edilmektedir. Çalışma sonucunda, X çaprazlı sistemler daha rijit yapılar oluştursa da kompozit çaprazlı sistemlerin yapılar için daha uygun rijitlik ve süneklik sağladığı sonucuna ulaşılmıştır. Yılmaz (2007), Pamukkale Üniversitesi laboratuarında yapmış olduğu deneysel çalışmada, 1/3 ölçeğinde üretilmiş bir yönde tek açıklıklı diğer yönde üç açıklıklı, iki katlı olarak üretilmiş üç adet üç boyutlu betonarme model oluşturmuştur. Çalışma kapsamında üç adet deney yapılmış, numuneler ikinci kat hizalarından tatbik edilmiş tersinir tekrarlı yük altında denenmişlerdir. İlk deneyde, birinci deneysel model güçlendirilmeden denenmiş ve hasar verdirilmiş, ikinci deneyde hasar görmüş olan ikinci deneysel model epoksi enjeksiyonu ile onarıldıktan sonra dış betonarme perde ilavesi ile güçlendirilerek davranışı incelenmiştir. Üçüncü deneyde ise hiç hasar görmemiş olan üçüncü deneysel model aynı tip betonarme dış perde duvar ilavesi ile güçlendirilerek davranışı incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda, birinci deneydeki güçlendirilmemiş yapının kapasitesi 68,10 kn a ulaşırken, onarıldıktan sonra epoksi enjeksiyonu ile güçlendirilmiş hasarlı yapının kapasitesinin 2,27 kat artarak 152,95 kn a, hasarsız halde güçlendirilmiş yapının kapasitesinin de 3 kat artarak 206,60 kn a ulaştığı belirtilmiştir. 13

29 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Materyal Deney modelleri İki katlı, bir yönde tek açıklıklı diğer yönde üç açıklıklı olarak tasarlanmış, 1/3 ölçekli üretilmiş olan iki adet yapı modeli üzerinde toplam üç ayrı deney gerçekleştirilmiştir. Birinci deneyde, betonarme yapı modellerden birincisine (referans yapıya), ikinci kat hizasından uzun doğrultusunda tersinir tekrarlı yatay yük uygulanmış ve yapı modelinin yatay yük taşıma kapasitesi belirlenmiştir. İkinci deneyde, yine aynı tip diğer bir betonarme yapı modeli, dışından çelik konstrüksiyon perde ile güçlendirilmiş ve artımsal yatay yük altında test edilmiştir. Deney sonucunda, hasarsız yapının dış çelik perde ile güçlendirildikten sonraki davranışı ve yatay yük taşıma kapasitesi belirlenmiştir. Üçüncü deneyde, birinci deneyde hasar verilmiş olan referans yapı modeli, epoksi enjeksiyonu ile onarıldıktan sonra, dış çelik perde uygulaması ile güçlendirilmiş ve artımsal yatay yük altında test edilmiştir. Deney sonucunda, hasar görmüş olan yapının dış çelik perde ile güçlendirildikten sonraki davranışı ve yatay yük taşıma kapasitesi belirlenmiştir. Çizelge 3.1. Deneysel yapı modelleri Kod Adı Açıklama RY Referans yapı Güçlendirmemiş betonarme yapı modeli (Referans yapı) (1. betonarme deneysel model) GY Güçlendirilmiş yapı Hasar görmeden güçlendirilmiş betonarme yapı modeli. (2.betonarme deneysel model) OGY Onarılıp güçlendirilmiş yapı Hasar gördükten sonra onarılıp güçlendirilmiş referans yapı modeli 14

30 Betonarme deney modelleri Betonarme yapı modelleri, bir yönde tek diğer yönde üç açıklıklı, iki katlı olarak tasarlanmış ve 1/3 ölçeğinde laboratuar ortamında üretilmiştir. Üretilen betonarme deney modellerinin planı ve kesit görünüşleri Şekil 3.1 de verilmiştir. 20 (1-1 Kesiti) S201 S202 S203 S S101 S102 S103 S (2-2 Kesiti) 100 S205 S S105 S101 T1 T S101 B 220 K104 A S K101 K102 K D101 S102 S103 S104 K104 D102 K104 D103 K K101 K102 K103 A S106 S107 S (1. kat plan) B Şekil 3.1. Betonarme deney modellerinin plan ve kesit görünüşleri Deprem yönetmeliğinde (DBYYHY, 2006) kolonların kirişlerden güçlü olması koşulu için kolon-kiriş düğüm noktasına birleşen kolonların taşıma gücü momentlerinin toplamının (M pa +M pü ), kirişlerin taşıma gücü momentlerinin toplamından (M pi +M pj ) %20 fazla olması öngörülmüştür (Denklem 3.1). Kuvvetli kiriş-zayıf kolon esasına göre üretilen betonarme deney modellerinde (Denklem 3.1), kolon boyutları mm seçilmiş, kolonlardaki boyuna donatılar ve etriyeler de Ø6 (S220a) betonarme demiri kullanılmıştır. 15

31 (M (M pa pi + M + M pü pj ) ) mevcut mevcut = (3.1) Modellere ait kolon aplikasyon planı Şekil 3.2 de, kolon ve kiriş kesitlerinde donatı yerleşim şeması sırası ile Şekil 3.3 ve Şekil 3.4 de verilmiştir. Kolon donatıları yapı yüksekliğince ek yapılmadan tek parça halinde, temel imalatı aşamasında yerleştirilmiş, son kat kolon donatılarının uçları kirişler içerisine gönyelenmeden düz olarak bırakılmış ve yeterli kenetlenme boyu sağlanmamıştır. Kolon uç bölgelerinde etriye sıklaştırması yapılmamış, etriyeler 90 0 kancalı olarak üretilmiştir. B 1' S1 20/20 4Ø6 S2 S3 S ' B A 1' S S S S A S1 L=90 Ø6/9/9/9 4' Şekil 3.2. Betonarme deney modelleri kolon aplikasyon planı O O 6/ Şekil 3.3. Kolon donatı yerleşimi 16

32 O 8 O O 8/ AÇIKLIK MESNET Şekil 3.4. Kiriş donatı yerleşimi Kiriş boyutları mm seçilmiştir. Kirişlerde S220a betonarme donatısı kullanılmıştır. Kiriş kesitlerinde, boyuna doğrultuda 2Ø8 montaj ve 2Ø8 düz donatı yerleştirilmiştir. Mesnet bölgelerinde, kiriş üst bölgesine 1Ø8 donatı ilave edilmiştir (Şekil 3.4). Kiriş enine donatılarında (Etriyeler de) Ø8 betonarme çeliği kullanılmış, donatı uçları 90 0 kancalı olarak üretilmiştir. Sargılama bölgesinde enine donatıda sıklaştırma yapılmamıştır. Kiriş açılımları Şekil 3.5 ve Şekil 3.6 da verilmiştir. Model yapının kolonları 600/500 mm ebadında iki sürekli temelin üzerine oturtulmuş, temellerin her biri 6 noktadan rijit döşemeye sabitlenmiştir (Şekil 3.1). A K /140 18Ø8 2Ø8 10 2Ø8 B Ø8 L= Ø8 L= Ø8 L= Ø8 L= Şekil 3.5. (K104) Kirişi açılımı 17

33 Şekil 3.6. (K101-K102-K103) Kirişleri açılımı 18

34 Betonarme deney modellerindeki yapısal yetersizlikler Betonarme deney modellerinin tasarımında ve imalatında, ülkemizdeki mevcut betonarme yapılardaki bazı yapısal yetersizlikler de göz önünde bulundurulmuştur. Kolonların soğuk derz yüzeylerinde kayma ile oluşan hasarlar (Şekil 3.7). Bu durumun betonarme modellerde ortaya çıkarılabilmesi için kolon boyuna donatı oranları ( ρ s =0.003) düşük düzeyde tutulmuştur. Şekil 3.7. Soğuk derz bölgesinde oluşan hasarlar (Kaplan 1999) Kuvvetli kiriş zayıf kolon oluşumu (Şekil 3.8). Betonarme deney modellerinin düğüm noktalarında kolonların moment kapasiteleri kirişlerin moment kapasitelerinden düşük tutulmuştur. Şekil 3.8. Kuvvetli kiriş-zayıf kolon oluşumu (Kaplan 1999) 19

35 Düğüm noktalarında yetersiz kenetlenme (Şekil 3.9). Betonarme modellerin ikinci kat hizasındaki düğüm noktalarında, kolon boyuna donatıları gönyelenmemiş, kolon-kiriş birleşim bölgesi içinde gönyesiz bırakılmıştır. Kolon üst uçlarında donatılar için kenetlenme boyu 15 cm (25Ø) olarak imal edilmiştir. Sargı donatılarındaki yetersizlikler (Şekil 3.10). Betonarme modellerde, sargı donatısı detayları yetersiz düzeyde tutulmuştur. Etriye kancaları 90 0 kıvrılmış, kolonkiriş birleşim bölgelerinde hem kolon hem de kiriş etriyeleri konulmamış, birleşim bölgeleri sargısız imal edilmiştir. Düşük kaliteli beton. İkinci deney serisindeki betonarme modelin ikinci kat beton 15x15 küp dayanımının, alınan numuneler sonucunda 10,6 MPa olduğu görülmüştür. Şekil 3.9. Yetersiz kenetlenme boyu nedeniyle oluşan hasarlar (Kaplan 1999) Şekil Yetersiz sargı donatısı nedeniyle oluşan hasarlar (Kaplan 2003) 20

36 Betonarme deney modellerinin güçlendirilmesi Güçlendirilmiş (GY) ve onarılıp güçlendirilmiş (OGY) yapı modelleri, sırası ile hasar görmemiş olan ikinci betonarme deneysel modelin ve hasar görmüş olan birinci betonarme modelin dış çelik perde sistemi ile dışarıdan güçlendirilmesi sonucu oluşturulmuştur. Her iki güçlendirilmiş sistemin de betonarme çerçeve özellikleri aynıdır. Güçlendirilmiş modellere ait kalıp planı Şekil 3.11 de verilmiştir. B ÇP2 S101 S102 S103 S104 K101 K102 K103 B 220 K104 D101 K104 D102 K104 D103 K A K101 K102 K103 S105 S106 S107 S108 ÇP A Şekil Güçlendirilmiş yapı modeli 1. kat kalıp planı Bu çalışmada kullanılan dış çelik konstrüksiyon perde ile güçlendirme sistemi; dikey, yatay ve diyagonal elemanlardan oluşmuş bir kafes sistem olarak dizayn edilmiştir. Çelik güçlendirme sisteminin diyagonal elemanları farklı formlarda (K, X, V vb.) kullanılabileceği gibi bu çalışmada yapının güncel kullanımdaki fonksiyonları da dikkate alınarak, kapı ve pencere boşluklarının kapatılmaması için çaprazlar Λ (ters V) formunda kullanılmıştır (Şekil 3.12). Daha farklı formlarda ve detaylar ile oluşturulabilecek dış çelik güçlendirme perdeleri ile gerçekleştirilecek güçlendirmeler farklı çalışmaların kapsamında ele alınabilir. 21

37 Ters V çapraz Şekil Ters V çapraz formu Çelik güçlendirme sistemi temele ve betonarme modele ankastre olarak bağlanmış, sistem elemanları boru kesitli profillerden oluşturulmuştur. Çelik güçlendirme perdelerinin, betonarme sisteme gelen yatay yükün %60 a yakın kısmını taşıması öngörülmüş ve güçlendirme perdesinin kapasitesinde etkili olan diyagonal (D) çubuklar bu esasa göre boyutlandırılmışlardır. Yatay (U) ve dikey (V) çubuklar ise betonarme sistem-çelik sistem bağlantı noktalarındaki birleşimleri sağlayacak kesitte boyutlandırılmışlardır. Prefabrik bir montajın gerçekleştirilebilmesi için güçlendirme sistemini oluşturan elemanların düğüm noktası birleşimleri cıvatalı teşkil edilmiştir. Çelik güçlendirme sisteminin yatay (U) ve çapraz (D) çubuklarının düğüm noktalarındaki levha birleşimleri, boru kesitli çubuk profillerin uç kısımlarının ezilmesi ile sağlanmıştır. Bu birleşimi gösteren bir detay (Şekil 3.13 deki 1-1 kesiti) Şekil 3.14 de verilmiştir. Dış çelik güçlendirme perdesinin çubuklarına ait mukavemet özellikleri Çizelge 3.2 de, çelik güçlendirme perdesi görünüşü ve düğüm noktası detayları sırası ile Şekil 3.13 ve Şekil 3.14 de verilmiştir. Seçilmiş olan bu güçlendirme perdesi formu ve detayları, yapılardaki hasara veya yapının mimari durumuna göre tek başına kullanılabileceği gibi yapı içinde ilave edilecek betonarme veya çelik perdeler ile birlikte de kullanılabilir. Dış çelik konstrüksiyon perde uygulamasının yapılarda uygulanabilmesi için yapı dışlarında açık çıkmalar yapılmamış olması, güçlendirme perdesinin direkt olarak taşıyıcı sisteme monte edilebilmesi gerekmektedir. 22

38 U2 B A 100 D2 V2 U1 C D D1 V1 E 50 B.A. TEMEL Şekil Dış çelik konstrüksiyon güçlendirme perdesi Çizelge 3.2. Dış çelik güçlendirme perdesi çubukları mukavemet özellikleri Enkesit F Çubuk tipi (Boru kesitli) (cm 2 ) i x W x I x S kx (cm) (cm 3 ) (cm 4 ) (cm) V 1 çubukları 60,3. 5 8,68 1,96 11,10 33,48 88 V 2 çubukları 60,3. 5 8,68 1,96 11,10 33, D 1 çubukları 33,7. 3 2,89 1,09 2,04 3,44 86 D 2 çubukları 33,7. 3 2,89 1,09 2,04 3,44 96 U 1,2 çubukları 60,3. 5 8,68 1,96 11,10 33,

39 U2 U2 M t=10 3 M12 D2 V2 A detayı B Detayı D2 V2 U1 M M16 U M16 V1 D1 C Detayı D Detayı 3 V1 M16 M16 D1 U1 t=10 V1 3 t=10 t=10 t= Kesiti E-Detayı Şekil Çelik güçlendirme perdesi 1-1 kesiti, (A,B,C,D,E) detayları Çelik güçlendirme perdesinin betonarme sistem bağlantısı Betonarme sistem ile çelik güçlendirme perdesi arasındaki bağlantı, betonarme yapıdan çelik güçlendirme perdesine yük aktarımı ve güçlendirmenin işlevi ve etkinliği açısından önemlidir. 24

40 Tasarım ve uygulamada, güçlendirme sistemi mümkün olduğunca betonarme yapıya yakın olarak teşkil edilmeli, güçlendirme perdesi ile betonarme yapı arasındaki yatay açıklık en aza indirilmelidir. Her iki sistem arasında bağlantıyı sağlayan, kesitinde seçilmiş olan ve Şekil 3.15 de R2 ile ifade edilen ara elemanlara mümkün olduğunca az moment gelmesi sağlanmalıdır. Ankraj bulonu çapından 2 mm. daha büyük tutulmuş olan ankraj delikleri, Ø12 lik ankrajlar için kiriş ve kolonlarda 14 mm. çapında ve 110 mm. derinliğinde açılmıştır. Tasarımda, çelik güçlendirme sisteminin betonarme sisteme bağlantısını sağlayan R2 elemanlarının kesmeye karşı mukavemetleri, bağlantı elemanlarının kaynak dikişleri ve ankraj cıvatalarının irdelenmesi gereklidir U2 M12 D2 R2 O12 B.A. Kiris 11± R2 O12 t=10 B.A. Kiris (1-1) Kesiti Şekil Çelik güçlendirme perdesinin betonarme sisteme bağlantı detayı Çelik güçlendirme perdesinin temel bağlantısı Çelik güçlendirme perdesi, mevcut temele ankraj elemanları yardımı ile ankastre olarak bağlanmıştır. Kullanılan Ø20 lik ankrajlar için temellerde, 22 mm. çapında ve 170 mm. derinliğinde ankraj delikleri açılmıştır. Deliklerin açılıp temizlenmesini takiben ankraj bulonları ankraj macunu ile betonarme temele ekilmiş, sonrasında civatalar sıkılması ile çelik güçlendirme perdesi temele sabitlenmiştir. Çelik güçlendirme perdesinin temel bağlantısı detayı Şekil 3.16 da verilmiştir. 25

41 D1 V1 3 M16 B.A.Kolon 1 1 t=10 t=10 3 t=10 V1 O20 3 t=20 B.A.Temel O20 (1-1) Kesiti Şekil Çelik güçlendirme perdesinin betonarme temele bağlantı detayı Deney modellerinin imalat aşamaları Deney modellerinin imalat aşamalarını aşağıdaki maddelerle özetleyebiliriz, Temellerin üretilip deney platformuna yerleştirilmesi Betonarme deney modellerinin imalatı ve referans yapı deneyinin (birinci deney) yapılması. Çelik güçlendirme sisteminin atölye ortamında hazırlanarak, ikinci betonarme deneysel modele dışından montajı. Güçlendirilmiş yapı deneyinin (ikinci deney) yapılması. Birinci deneyde hasar görmüş olan betonarme deney modelinin onarıldıktan sonra çelik güçlendirme perdesi ile dışından güçlendirilmesi. Onarılıp güçlendirilmiş yapı deneyinin (üçüncü deney) yapılması. 26

42 Temellerin imalatı Temeller, 50/60 cm. kesitinde tasarlanmış ve imal edilmiş, temellerin imalatında, S420 kalitesinde betonarme donatısı ve BS25 betonarme betonu kullanılmıştır. Temellerde, betonarme deney modellerinin kolon donatı filizleri tek parça olarak (ek gerektirmeyecek şekilde) bırakılmıştır. Temellerin dökümü tamamlandıktan sonra, temeller vinç yardımı ile üzerilerinde bırakılmış donatılardan kaldırılarak deneylerin yapılacağı alana getirilmiş ve içlerinde bulunan altı adet delikten ankraj elemanları ile rijit döşemeye sabitlenmişlerdir. Sabitlenme esnasında hassaslıkla çalışılmış, deney sisteminin milimetrik hassasiyetle yerine oturtulması sağlanmıştır (Şekil 3.17). (a) (b) (c) Şekil Temellerin imalatı, a) demir montajı, b) beton dökümü, c) temellerin rijit döşemeye montesi 27

43 Betonarme deney modellerinin imalatı Deneysel çalışma kapsamında, iki adet deneysel model üzerinde toplam üç adet deney yapılmıştır (Şekil 3.20). Betonarme deney modelleri hazır sac kalıp sistemi ile imal edilmiştir. Betonarme deney modellerinin birinci katına ait imalat aşamaları Şekil 3.18 de, ikinci katına ait imalat aşamaları Şekil 3.19 de verilmiştir. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Şekil Betonarme deney modellerinin 1. kat imalatı, a) sac kalıbın yağlanması, b) kolonların montajı, c) kolon ve kiriş montajı, d-e) kiriş demirleri montajı, f) 1. katın demir montajı tamamlanmış görünüşü 28

44 (a) (b) (c) (d) Şekil Betonarme deney modellerinin 2. kat imalatı, a) 1. kat betonunun tamamlanmış görüntüsü, b) kiriş demirleri montajı, c) 2. katın demir montajı tamamlanmış görünüşü, d) ikinci kat beton dökümü Şekil İmalatı tamamlanmış birinci ve ikinci betonarme deney modelleri 29

45 Dış çelik konstrüksiyon perde uygulaması Betonarme deneysel modellerden, birinci model hasarsız durumda iken, ikinci model hasar gördükten sonra aynı tip çelik perde sistemi ile dışlarından güçlendirilmişlerdir. Şekil 3.21 de gösterilen çelik perde sistemi atölye ortamında hazırlanıp bir bütün halinde laboratuara getirilmiştir. Şekil Dış çelik konstrüksiyon perde sistemi Çelik güçlendirme sistemi ankraj bulonları vasıtası ile betonarme modele sabitleştirilmiştir. Laboratuar ortamı dışındaki uygulamalardaki çıkabilecek sıkıntıların da görülmesi amacı ile ankraj bulonları, beton dökülürken modellerin içinde bırakılmamış, betonarme modellerin üzerlerine işaretlenmiş olan noktalarda açılan deliklerden betonarme modellere ekilmiştir. 30

46 Ankraj delikleri ankraj bulonu çapından 2mm. daha büyük tutulmuş, Ø12 lik ankrajlar için kiriş ve kolonlarda 14 mm. çapında ve 110 mm. derinliğinde ankraj delikleri açılmış, temel bağlantısında kullanılmış olan Ø20 lik ankrajlar için ise, temelde 22 mm. çapında ve 170 mm. derinliğinde ankraj delikleri açılmıştır. Ankraj deliklerinin açılması sırasında, betonarme sistem içerisinde demirlere denk gelen durumlar yaşanmış, mümkün olduğunca demirlere hasar verilmeden bir miktar delik çapı bir miktar çelik bağlantı levhasındaki delik çapı büyütülerek sorun çözülmüştür. Büyütülmüş kısımlar tamamen ankraj macunu ile doldurulmuştur. İstenilen neticenin alınabilmesi için betonarme modellerde açılmış deliklerin içlerindeki toz bir kompresör yardımı ile iyice temizlenmiştir. Deliklerin içlerine ankraj macunu yarıya kadar doldurulmuş ve ankraj bulonları, çelik sistem betonarme sisteme birleştirilmiş durumda iken kiriş, kolon ve temellere ekilmiştir (Şekil 3.22, Şekil 3.23). Kullanılmış olan ankraj macunu teknik özellikleri Duratek firmasının kataloğundan alınmış olup Çizelge 3.3 de verilmiştir. Çizelge 3.3. Ankraj macunu teknik özellikleri Malzeme Karışım oranı Ağırlıkça Hacimsel Karışım yoğunluğu (g/cm 3, 20 0 C de) Karışım ömrü (dak., 25 0 C, 250 g) Renk Kuruma süresi (23 0 C) Toz tutma (dak.) Dokunma (saat) Kat kabul (saat) Tam sertleşme (gün) Duratek-GSM 509 Ankraj macunu A /B /C 30 /20 /50 40 /27/ 33 1,70 ± 0, Gri

47 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) Şekil Ankraj deliklerinin açılması, a) delme işlemi, b-c) deliklerin temizlenmesi, d-e) açılmış delikler, f) ankraj macunu hazırlanması, e) ankraj macununun tüpe dökülmesi 32

48 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) Şekil Ankraj bulonlarının ekilmesi, a-b-c-d) bulonların 1. kat kiriş ve kolonlarına ekilmesi, e) ankraj macunu ile yarıya kadar doldurulmuş delik, f) bulonların ikinci kat kirişine ekilmesi, g) çelik sistemin betonarme sisteme birleştirilmesi 33

49 Ankraj işleminin tamamlanmasından sonra ankraj macununun ilk mukavemetini kazanması için aradan 12 saat geçmesi beklenmiş ve çelik güçlendirme sistemi betonarme sisteme sabitlenmiştir. Çelik güçlendirme sistemi ile betonarme modelin birleşim noktalarından bazı detaylar Şekil 3.24 de, güçlendirilmiş modelin görünüşü Şekil 3.25 de verilmiştir. (a) (b) (c) (d) Şekil Çelik güçlendirme sisteminin betonarme sisteme montajı, a) temelde, birinci kat hizasında kolona, c) birinci kat kirişine, d) ikinci kat kirişine Şekil Çelik perde ile güçlendirilmiş betonarme deney modeli 34

50 Deney modellerinin malzeme özellikleri Deney modellerinin imalatı devam ederken numuneler alınmış ve malzeme kaliteleri belirlenmiştir. Betonarme deneysel modellerinin imalatı sırasında her kattan küp numune alınmış ve bu numuneler tek eksenli basınç deneyine tabi tutularak beton basınç gerilmeleri belirlenmiştir (Şekil 3.26). Beton numunelerden alınan sonuçlar Çizelge 3.4 de verilmiştir. Şekil Beton küp numuneler Çizelge 3.4. Beton mukavemet değerleri Deney modeli Birinci betonarme model İkinci betonarme model 15x15 küp dayanımı 15x15 silindir dayanımı Numune fc (MPa) fc (MPa) No (1. Kat) (2. Kat) (1. Kat) (2. Kat) 1 32,30 35,10 29,39 31, ,20 34,50 28,39 31, ,10 36,50 31,02 33,21 Ortalama 32,53 35,37 29,60 32, ,50 10,60 29,57 9, ,00 10,90 30,03 9, ,20 10,20 28,39 9,28 Ortalama 32,23 10,57 29,33 9,62 35

51 Betonarme deney modelleri, güçlü kiriş zayıf kolon esasına göre tasarlandığı için kolonlarda 6 mm., kirişlerde 8 mm. çapında, S220a kalitesinde betonarme donatısı kullanılmıştır. Bu donatıların, çekme testleri sonucundaki görüntüleri Şekil 3.27 ve 3.28 de, elde edilen mukavemet değerleri Çizelge 3.5 de verilmiştir. Şekil Çekme testi sonunda Ø8 donatılar Şekil Çekme testi sonunda Ø6 donatılar Çizelge 3.5. Betonarme demiri mekanik özellikleri Numune no ƒ sy (MPa) ƒ su (MPa) Kopma uzaması (%) φ6-1 nolu 302,0 373,0 23,33 φ6-2 nolu 324,0 400,0 15,17 φ6-3 nolu 359,0 423,0 20,00 φ8-1 nolu 386,0 530,0 26,50 φ8-2 nolu 387,0 534,0 25,50 φ6-ortalama 328,3 398,7 19,50 φ8-ortalama 386,5 532,0 26,00 Dış çelik güçlendirme perdesinde kullanılan çelik profillere ait mukavemet değerleri, profillerin alınmış olduğu borusan firmasının numune raporlarından alınarak Çizelge 3.6 da verilmiştir. 36

52 Çizelge 3.6. Çelik profillerin mekanik özellikleri ƒ sy (MPa) ƒ su (MPa) Kopma uzaması (%) 293,0 395,0 30, Laboratuar ortamı ve deney öncesi hazırlıklar Deprem ve yapı teknolojileri laboratuarı Pamukkale Üniversitesi Deprem ve Yapı Teknolojileri Araştırma Laboratuarı 1999 yılında hizmete açılmıştır. Pamukkale Üniversitesi Deprem ve Yapı Teknolojileri Araştırma Laboratuarı içerisinde yer alan kuvvetli döşeme reaksiyon duvarı (KDRD) sistemi büyük model deneylerinin yapımına imkân verecek şekilde galerisiz olarak tasarlanmış ve mevcut prefabrik laboratuar binası içerisine 2005 yılında inşa edilmiştir (Kaplan vd 2006a). Laboratuarın kuvvetli döşeme.-.reaksiyon duvarı kısmı bir çok iki ve üç boyutlu deneyin yapılabilmesine olanak sağlamıştır. Deneysel çalışma kapsamında modeller laboratuarın kuvvetli döşemesine ankre edilmiş ve reaksiyon duvarına tesbit edilmiş, hareket edebilen hidrolik piston yardımı ile modele yatay yük uygulanmıştır. Kuvvetli döşeme sistemi, 186,40 m 2 alana oturan 60 cm. kalınlığında betonarme platformdan ve platformun içine inşaat sırasında tesbit edilmiş ankraj ünitelerinden oluşmaktadır. Hidrolik pistonun tesbit edilmiş olduğu reaksiyon duvarı; 5 m. yüksekliğinde ve 40 cm. kalınlığında inşa edilmiş, arka kısmından 2 m. eninde, 30 cm. kalınlığında perde duvarlar ile desteklenmiştir. Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarının ön ve arka perspektif görünüşleri sırası ile Şekil 3.29 ve Şekil 3.30 de verilmiştir. Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarının tamamlanmış durumdaki ön ve arka kısım görünüşleri sırası ile Şekil 3.31 ve Şekil 3.32 de verilmiştir. 37

53 Reaksiyon duvarı ankraj bilezikleri Kontrol ünitesi döşemesi Kuvvetli döşeme Kuvvetli döşeme ankraj kutuları Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı ön perspektif görünüşü I kesiti oluşturan perdeler Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı arka perspektif görünüşü 38

54 Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı ön kısım Şekil Kuvvetli döşeme ve reaksiyon duvarı arka kısım 39

55 Kuvvetli döşemenin oluşturduğu platformda bir yönde 11 er, diğer yönde 13 er adet olmak üzere toplam 143 adet ankraj ünitesi 1 er metre ara ile yerleştirilmiş durumdadır. Deneyi yapılacak olan modeller bu ankraj üniteleri ile kuvvetli döşemeye sabitlenmektedirler. Ankraj sisteminde 2 adet I profili yan yana getirilerek kaynatılmaktadır. Profillerin ortasından 40 delik açılmış ve 30 saplama geçirilmiştir (Şekil 3.33). Ankraj ünitelerinin kullanımı, 30 saplamanın saat yönünde 90 o döndürülüp kilitlenmesi ile olmaktadır. Ankrajlar yerleştirildikten sonra temeller, ankraj ünitelerine üzerilerindeki deliklerden oturtulup sabitlenir. 10 mm levha saplama Kapak Kuvvetli döşeme ankraj kılıfı 2I100 Şekil Ankraj ünitesi detay resimleri Yükleme düzeneği Betonarme deney modeli, reaksiyon duvarına monte edilmiş durumdaki aşağı, yukarı ve yanlara hareket etme kabiliyeti olan hidrolik pistona ikinci kat hizasından bağlanmıştır. Betonarme modelin, reaksiyon duvarı ve rijit döşemeye bağlanması ile oluşturulan yükleme düzeneği Şekil 3.34 ve Şekil 3.35 de verilmiştir. Model yapılar betonarme temellerde bırakılmış olan 40 mm. çapındaki deliklerden Ø30 ankraj elemanları ile rijit döşemeye sabitlenmiştir. Hidrolik pistondan yatay pozisyonda uygulanan tekil yükün yayılı yük olarak betonarme modele aktarılabilmesi için 40

56 hidrolik pistonun ucuna bağlanmış olan yükleme kirişi altı adet Ø14 ankraj bulonu ile betonarme modele bağlanmıştır (Şekil 3.36). Yükleme, tersinir tekrarlı olarak yapılmıştır. Şekil Deney modeli ve yükleme sistemi yan görünüş Şekil Yükleme sistemi görünüşü Ø14 Ankraj Bulonları Şekil Hidrolik piston-deneysel model bağlantısı 41