Kemer köprü taşıyıcı sistemi

Transkript

1 KEMERLER

2 Kemerler Kemerler en kesit ölçüleri uzunluklarına oranla küçük olan eğri eksenli taşıyıcı sistemlerdir. Kemerin en kesit ölçüleri kullanıldığı malzemeye bağlıdır. Kargır malzeme çelik veya ahşaba oranla daha büyük en kesitler gerektirir. Tarihsel gelişimde taş veya tuğladan yapılmış yığma kemerler pencere ve kapı açıklıklarını aşmak için kullanıldı. Geleneksel yapılarda kemerler kargır olup üzerlerindeki duvar ağırlıkları ile yüklüydü. Günümüzde ahşap, çelik, betonarme v.b. malzeme kullanılarak büyük salonlar ve köprüler gibi büyük açıklıklar ekonomik olarak geçinebilmektedir.

3 Kemerler Salonlarda tutkallı ahşap kemerler yaklaşık 100 m ye kadar betonarme kemerlerde yaklaşık 50 m ye kadar açıklıklarda kullanılmıştır. Kemer köprüler 400 m ye kadar açıklılarda uygulanmışlardır. Kemer köprü tarafından taşınan yükler çoğu zaman düz bir yüzeye etkir. Bu yüzey kemerin üstünde ise düşey doğrultuda yerleştirilmiş basınç çubukları ile kemere bağlanır.

4 Kemer köprü taşıyıcı sistemi

5

6

7 Kemerler Geometrik açıdan zincir eğriliği kemerin çıkış noktasıdır İki ucundan mesnetleşen ip kendi ağırlğı altında sarkarak ip (zincir) eğrisi oluşturur. Bu durumda sarkan ipte sadece çekme gerilmesi bulunur. Aynı geometri etki eden yük doğrultusu değiştirilmeden ters döndürülürse ve esnek malzeme ip yerine başka bir basınca dayanıklı(rijit) bir malzeme kullanılırsa bu sefer elemanın bünyesinde sadece basınç gerilmesi görülür. Statikte bu taşıyıcı eleman kemer olarak adlandırılır.

8

9

10 Kemerler Rijit kemerler binalarda sıkça kullanılır. Kemerle üç mafsallı iki mafsallı veya ankastre olabilir.üç mafsallı kemerler izostatik olduğu için mesnet oturmalarının oluşabileceği yapı zeminlerinde de kullanılır. Üç mafsallı kemerler sıcaklık değişiminden ve mesnet oturmalarından etkilenmez.

11

12

13

14 Üç mafsallı kemerde yer değiştirmeler

15 Kemerler Büyük mekân tasarımları kemerin bulunması ile başlamıştır. Bir açıklığın tek parça ile geçilmesinin mümkün olmadığı anlaşınca, bu parçaların yan yana konarak belli açıklıkların geçilmesine çalışılmıştır. Bu şekilde, bir açıklığı birbirine dayanarak örten iki taş parçasından oluşan ilkel kemerler bulunmuştur. Kemerin biçimi, tüm kuvvetlerin özengilerde kemerlerin mesnetlerine iletilmesini sağlar. Bu şekilde mesnet, eğik bir yükle, kendi ağırlığının bileşkesini taşıyabilecek boyut ve biçimde tasarlanmıştır.

16 Kemerler Ana kemerler çoğunlukla küfeki taşından ye da tugladan, daha küçük açıklıklı olan dekoratif kemerler ise mermerden yapılmaktadır. Kemerlerin çoğu gergili durumdadır. Görevleri esas olarak kubbeyi taşımak, yükü duvarlara yada ana ayaklara güvenle aktarmaktır.

17 Kargır kemerlerde yük aktarma diyagramı

18 Kemerler Kemerin statik özellikleri geçtikleri açıklığa ve kemer yüksekliğine bağlı olarak değişir. Kemerin orta çizgisine teğet olarak düşünülen tepki kuvvetleri yatay ve düşey iki bileşene ayrılır. Yatay bileşen kemer yüksekliği ile ters orantılı olarak değişirken düşey bileşen değişmez. Kemer yüksekliği arttıkça yatay itki kuvveti azalır. Basık kemerlerin uçlarda dengelenmesi bu nedenle zordur. Basık kemerlerin uçtaki itki kuvvetini dengelemek için germe (çekme elemanları) kullanılır. Yada yatay itki kuvveti ağır blok temellerle veya öngerilmeli kenar kirişleriyle karşılanabilir.

19 Kemerler Kemerdeki H yatay mesnet tepkisi mesnet itkisi adını alır. Kemer itkisi kemer açıklığının karesi ve q yükü ile doğru orantılı olarak artar, kemer yüksekliği arttıkça azalır. Bu nedenle kemerin öz ağırlığı az ve yüksekliği de büyük seçilerek kemer itkisi azaltılabilir. Yüksekliği fazla olan sivri kemerde etkiler yarım daire olana oranla daha küçük olur.

20 Sivri kemer, yarım daire kemer, basık kemer mesnet itkileri

21 Kemerlerde yükün taşınması

22 Kemerlerde yük aktarma diyagramı

23

24 Kemerler Kemerin oturduğu kolon veya duvarın kemer etkilerini taşıyamadığı durumlarda kemerin mesnetlerinin arasına bir gergi koyarak kemer etkisi bu gergi çubuğu tarafından taşınır. Bu gergi çubuğu çekme kuvvetini taşıyacağı için çekme dayanımı yüksek bir malzemeden örneğin çelikten yapılır.böylelikle kafes sistem benzer şekilde basınç ve çekme elemanlarının birlikte kullanıldığı kemer-gergi sistemi oluşturulur.

25 2.1.Kemer ve kemerde kullanılan öğeler

26 Kemerler Kemerlerle açılan boşluklarda kemer eğrisinin geometrisi, mesnetlerine vereceği itki kuvveti bakımından önemlidir. Bu itki kuvveti, mesnetlerde düzenlenecek yeterli duvar ye a gergi ile alınır. Kemer deformasyonu mesnetlerden birindeki yer değiştirme sonucu ortaya çıkar. Mesnetlerden birindeki itki yok olduğunda kemer yıkılır. Kemerlerin yan yana düzenlenmesi, burkulma dayanımı açısından etkilidir. Ancak kenar kemerde, kemer itkisini zemine iletecek yeterli duvar bulunmalıdır. Tarihi yapılarda kemer itkisini zemine iletecek çeşitli düzenler yapılmıştır.

27 Eski bir kemerde metal gergi

28

29 BOZDOĞAN KEMERİ

30 Kemerler Geleneksel yapılarda düz, basık, tam (Roma), sivri (Gotik) sepet kulpu, Bizans usulü, Arap usulü, Füniküler kemer biçimleri, uygulanmıştır. Kemer seçiminde strüktürel nedenlerin yanında görsel nedenler de etkili olmuştur.

31

32

33 Kemer formları

34

35 Kendi ağırlığı altında a) Minimum; b) maximum)

36

37

38 Kemer Köprüler Kemer köprülerin özü hareketli yükler dışında eğilmeye çalışma gibi bir durumun bulunmayışıdır. Yalnız basınç etkisinde bulunurlar ve bu sebepten dolayı tas dökme çelik, beton gibi çekme dayanımı zayıf yapı elemanlarından yapılabilirler. Günümüzde tuğla, ahşap, alüminyum ve dövme çelikten yapılmış kemer köprüler de mevcuttur. Kafes sistemli olan kemerlerde bazı elemanlarda çekme bulunsa dahi ana elemanlar daima basınç altındadırlar. Bu ana elemanlar çaprazlara oranla çok daha kalın kesitlidir. Öte yandan dijit tahliyeli kemerlerde tabiliye kemerden çok daha kalındır. Bunun sebebi kemerin sadece basınç zoruna tabi tutulması için tahliyenin eğilmeye ve burkulmaya çalışmasıdır. Bu tür köprülerde yük kemere aktarıldığından tabiliye kalınlığı ayni açıklık için gerekli olan tek açıklıklı basit bir kirişten çok daha incedir. Yani şekilde kemer de tabiliye tarafından güçlendirildiğinden basit kemerli bir köprü için gerekli çok daha kalınlıktan aha incedir. Bunlar dikkate alındığında kemer açıklıkları kiriş açıklıklarından daha fazla olabileceği ortaya çıkar.

39 Tahliyeli ve Kemerli Köprü

40 Kemer Köprüler Kemer köprüler basınca çalışması için tasarlandığından özel bir eğriliğe sahiptir. Bu eğriliğe Zincir Eğrisi denir. Bu eğri her hangi bir noktada tüm yükler tam denge içinde olacak şekildedir. Yani eğriyi ne azaltacak yönde ne de arttıracak yöndedir. Bu eğrinin tam sekli ise ağırlık dağılımı, açıklık kemer yüksekliği ve mesnetler arası yükseklik farkına bağlıdır. Asma ve kemer köprüler zincir eğrisine yakın formlara sahiptir. Kemerlerin bu formları taşıt trafiği için uygun olmadığından dolayı genellikle üzerine oturtulan veya altına asılan düz bir tabiliye ile birlikte kullanılırlar

41

42 Kemer Köprüler Kemerler bir anlamda köprü için en basit yapıdır çünkü tas veya kayadan yapıldığı takdirde kemer formunu oluşturmaktan başka bir şeye ihtiyaç duyulmaz. Tasların uygun biçimde kesilmesi ve uygun açıların yakalanması durumunda kendiliğinden dayanak olarak çalışacaklardır. Sağlam olmayan zeminlerde kemerlerin oturacağı büyük dayanakların yapılması gereklidir aksi takdirde kemer oturduğu mesnetleri iterek açar ve formu bozularak dağılır. Yapının dengede olduğu düşünüldüğünde mesnetlerdeki itme kuvvetlerinin zemin tarafından taşınacağı açıktır. Bu kuvvetler zeminde çekme, basınç ve kayma kuvvetleri olarak ortaya çıkar. Mesnetlerde bulunan dayanakların görevi gerilmeyi yayarak zemini taşıyabileceği sınıra kadar düşürmektir. Bu dayanaklardaki kuvvet zemine aktarılması geniş bir alan içinde olacağından gerilmeler oldukça düşecektir.

43 Tek açıklıklı taş kemer köprü

44 Çift açıklı taş kemer köprü

45 Kemer köprüler Kemer Köprülerin Avantajları Tüm kemer basınç altındadır. Bu basınç dayanaklara aktarılmakta ve zemin gerilmesi tarafından karşılanmaktadır. Kemerlerde çekmenin olmayışı basit kirişlere göre çok daha fazla açıklıkların asılabileceği ve çekme dayanımı olmayan malzemeler ile inşa edilebileceği anlamına gelmektedir. Kemer Köprülerin Dezavantajları Bir kemer tamamen inşa edilmeden kendi basına taşıyıcı değildir bu yüzden tamamlanana kadar bir kalıp üzerinde durması ye da çıkma tarzındaki kemerlerin kablo ile asılması gerekmektedir. Beton veya tas kemerlerin çıkma tarzında inşası mümkün değildir. Büyük kemerlerde oluşan büyük itki kuvvetlerinin, önemli bir kayma olmadan dayanaklar tarafından taşınması gereken bir yatay bileşeni vardır. Kemer köprülerin altından bir yol gediyorsa, temiz yükseklik elde edebilmek için kemer yuvarlaklığı daha geniş olmak durumundadır

46

47

48

49 Kemer köprüler Kemerlerde daha büyük açıklıkların geçinebilmesi ancak eğilmeye dayanıklı malzemelerin gelişmesi ile sağlanmıştır. Yirminci yüzyılın başında beton kemer köprüler kullanılmaya başlandı.daha büyük açıklıkların geçinebilmesi ise çelik köprüler ile mümkün olmuştur.

50

51 Dökme Çelikten Yapılan Kafes Sistemli Kemer Köprüler

52

53

54

55

56