MANTOLANMIġ HASARLI BETONARME ELEMANLARIN YÖN DEĞĠġTĠREN TEKRARLI YÜKLER ALTINDA DAVRANIġI. YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ĠnĢ. Müh. Cem DEMĠR

Transkript

1 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ MANTOLANMIġ HASARLI BETONARME ELEMANLARIN YÖN DEĞĠġTĠREN TEKRARLI YÜKLER ALTINDA DAVRANIġI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ĠnĢ. Müh. Cem DEMĠR Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 22 Aralık 2003 Tezin Savunulduğu Tarih : 14 Ocak 2004 Tez DanıĢmanı : Diğer Jüri Üyeleri Yrd.Doç.Dr. Alper ĠLKĠ (Ġ.T.Ü.) Prof.Dr. Metin AYDOĞAN (Ġ.T.Ü.) Yrd.Doç.Dr. ġevket ÖZDEN (K.Ü.) OCAK 2004

2 ÖNSÖZ Mantolanmış hasarlı betonarme elemanların yön değiştiren tekrarlı yükler altında davranışı konulu bu tez çalışması hocam Yrd.Doç.Dr. Alper İlki'nin yönetiminde gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirdiğimiz tüm çalışmalarda hiçbir zaman esirgemediği ilgi ve destek için en içten teşekkürlerimi sunarım. Öğretme azmi ve anlayışı hiç bir zaman azalmadı. Deneysel çalışma İstanbul Teknik Üniversitesi Yapı ve Deprem Mühendisliği ve Yapı Malzemesi laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. Her iki laboratuvar personeline teşekkürlerimi sunarım. Çalışma TÜBİTAK (İNTAG 568) tarafından desteklenmiştir. Manto uygulamasına Onur Mimarlık ve İnşaat, Betonsa ve İzola şirketleri destek sağlamıştır. Tüm bu kuruluş ve şirketlere teşekkürü bir borç bilirim. Gerek deneyler esnasındaki yardımları gerekse hayatıma kattıkları renk için değerli arkadaşlarım Volkan Koç, Esen Yılmaz, Aynur Tezcan, Tamer Aydın, Engin Cüneyt Seyhan a teşekkür ederim. Son olarak, her zaman için arkamda olduklarını hissettiğim babam Ali Demir, annem Kadriye Demir, kardeşim Kerem Demir ve kız arkadaşım Özlem Emiroğlu na sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Aralık, 2003 Cem Demir ii

3 ĠÇĠNDEKĠLER KISALTMALAR v TABLO LĠSTESĠ vı ġekġl LĠSTESĠ vıı SEMBOL LĠSTESĠ x ÖZET xıı SUMMARY xııı 1. GĠRĠġ 1 2. ARKA PLAN Giriş Betonarme Manto ile Güçlendirme Gerçekleştirilen Çalışmalar 7 3. DENEYSEL ÇALIġMA Giriş Deneysel Çalışmanın Kapsam ve Amacı Numune Tasarımı Orijinal Numuneler Orijinal Numunelerde Kullanılan Malzemeler: Beton Orijinal Numunelerde Kullanılan Malzemeler: Donatı Mantolanmış Numuneler Betonarme Manto İmalatında Kullanılan Malzemeler: Beton Betonarme Manto İmalatında Kullanılan Malzemeler: Çelik Yükleme Düzeneği ve Yükleme Patronu Ölçüm Sistemi Deney Sonuçları Giriş Gözlemler Pilot-R-S numunesi R-S numunesi R-S numunesi R-S numunesi R-S numunesi R-S numunesi R-S numunesi R-S numunesi R-S numunesi Karşılaştırmalar 66 iii

4 4. KURAMSAL ÇALIġMA Giriş Kesit Çözümleme Yöntemi Beton Gerilme-Şekildeğiştirme Modeli Analitik Model Dikdörtgen Kesitlerde Yanal Sargı Basıncı Çelik Gerilme-Şekildeğiştirme Modeli Kuramsal ve Deneysel Sonuçların Karşılaştırılması SONUÇLAR VE TARTIġMA 87 KAYNAKLAR 89 EK A. DONATI YERLEġĠMĠ 92 EK B. MOMENT-EĞRĠLĠK PROGRAMI AKIġ ġemasi 101 EK C. DENEYSEL VE KURAMSAL MOMENT-EĞRĠLĠK ĠLĠġKĠLERĠ 103 ÖZGEÇMĠġ 106 iv

5 KISALTMALAR VM : Vinil Mastik D.B : Deney Bölgesi D.B.D. : Deney Bölgesi Dışı v

6 TABLO LĠSTESĠ Sayfa No Tablo 3.1 Orijinal Numunelerin Özellikleri Tablo 3.2 Bir ve İkinci Seri Orijinal Numuneler için Beton Karışımı Tablo 3.3 Standart Silindir Numunelerin Ortalama Dayanım ve Elastisite Modülleri Tablo 3.4 Orijinal Numunelerde Boyuna ve Enine Donatıların Mekanik Özellikleri Tablo 3.5 Mantolanmış Numunelerin Özellikleri Tablo 3.6 Manto Betonu Karışımı Tablo 3.7 Standart Silindir Basınç Deneyleri Sonuçları Tablo 3.8 Güçlendirilmiş Numune Betonlarının Deney Günü Dayanımları Tablo 3.9 Betonarme Manto Donatıları Çelik Çekme Deneyleri Sonuçları Tablo 3.10 Elastik ve Elastik Ötesi Bölgede Uygulanan Yer Değiştirme Seviyeleri 25 Tablo 3.11 Yerdeğiştirmeölçerlerin Özellikleri Tablo 3.12 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (Pilot ve Pilot-R-S) Tablo 3.13 Hasar Özeti (Pilot-R-S) Tablo 3.14 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (10 ve 10-R-S) Tablo 3.15 Hasar Özeti (10-R-S) Tablo 3.16 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (11 ve 11-R-S) Tablo 3.17 Hasar Özeti (11-R-S) Tablo 3.18 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (12 ve 12-R-S) Tablo 3.19 Hasar Özeti (12-R-S) Tablo 3.20 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (13 ve 13-R-S) Tablo 3.21 Hasar Özeti (13-R-S) Tablo 3.22 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (14 ve 14-R-S) Tablo 3.23 Hasar Özeti (14-R-S) Tablo 3.24 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (16 ve 16-R-S) Tablo 3.25 Hasar Özeti (16-R-S) Tablo 3.26 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (17 ve 17-R-S) Tablo 3.27 Hasar Özeti (17-R-S) Tablo 3.28 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (18 ve 18-R-S) Tablo 3.29 Hasar Özeti (18-R-S) Tablo 3.30 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri Tablo 3.31 C Tipi Numuneler İçin Karşılaştırma Tablosu Tablo 4.1 Moment-Eğrilik Programı Giriş Bilgileri vi

7 ġekġl LĠSTESĠ Sayfa No Şekil 2.1 Farklı Betonarme Mantolama Uygulamaları... 6 Şekil 3.1 Birinci ve İkinci Seri Numuneler için 28 Günlük Standart Silindir Basınç Deneyi Sonuçları Şekil 3.2 Seri 1 Ortalama Beton Basınç Dayanımı-Zaman Eğrisi Şekil 3.3 Seri 2 Ortalama Beton Basınç Dayanımı-Zaman Eğrisi Şekil ve 12 Donatı Çubukları İçin Ortalama Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri Şekil 3.5 Çatlakları Delinerek Nipelleri Yerleştirilmiş Hasarlı Numuneler Şekil 3.6 Hasarlı Numunelerde Çatlaklara Epoksi Enjeksiyonu Yapılması İşlemi.. 16 Şekil 3.7 Epoksi Enjeksiyonu Sonrasında Beton Örtüsü Kaldırılmış Bir Numune.. 16 Şekil 3.8 Uygulanan Manto Tipleri Şekil 3.9 Donatı İskeleti Yerleştirilmiş Numune Şekil 3.10 Standart Silindir Beton Basınç Deneyi Şekil 3.11 Manto Betonu 28. ve 90. Gün Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkileri Şekil 3.12 Manto Betonu Basınç Dayanımı-Yaş İlişkisi Şekil ve 12Donatı Çubukları İçin Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri Şekil Donatı Çubukları İçin Tüm Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil Donatı Çubukları İçin Tüm Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekil 3.16 Yükleme Patronu Şekil 3.17 Yükleme Adımları Şekil 3.18 Yükleme Düzeneği Şekil 3.19 Yükleme Düzeneği, Temsili Moment ve Kesme Kuvveti Diyagramları. 27 Şekil 3.20 Eksenel Yük Düzeneği Şekil 3.21 Ölçüm Aletlerinin Yerleri Şekil 3.22 Ölçüm Bölgesi Şekil 3.23 Ortalama Eğriliğin Belirlenmesi Şekil 3.24 A Tipi Numunede Şekildeğiştirmeölçerler Şekil 3.25 B Tipi Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerler Şekil 3.26 C Tipi Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerler Şekil 3.27 D Tipi Numunede Şekildeğiştirmeölçerler Şekil 3.28 Pilot-R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil 3.29 Pilot-R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil 3.30 Pilot-R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.31 Pilot-R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.32 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (Pilot ve Pilot-R-S) Şekil 3.33 Moment-Eğrilik İlişkisi (Pilot-R-S) Şekil 3.34 Pilot-R-S Numunesi Hasar Bölgesi Şekil 3.35 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (Pilot-R-S; U1, U2, MU1) Şekil 3.36 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (Pilot-R-S; A1, A2, MA1) Şekil 3.37 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (10 ve 10-R-S) vii

8 Şekil 3.38 Moment-Eğrilik İlişkisi (10-R-S) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme Yüklemesi) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.43 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (10-R-S; U1, MU1) Şekil 3.44 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (10-R-S; A2, MA2) Şekil 3.45 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (11-R-S) Şekil 3.46 Moment-Eğrilik İlişkisi (11-R-S) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.51 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (11-R-S; U2, MU2) Şekil 3.52 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (11-R-S; A2, MA2) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.57 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (12 ve 12-R-S) Şekil 3.58 Moment-Eğrilik İlişkisi (12-R-S) Şekil 3.59 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (12-R-S; U1, MU1) Şekil 3.60 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (12-R-S; A2, MA2) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.65 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (13 ve 13-R-S) Şekil 3.66 Moment-Eğrilik İlişkisi (13-R-S) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.71 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (14 ve 14-R-S) Şekil 3.72 Moment-Eğrilik İlişkisi (14-R-S) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.77 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (16 ve 16-R-S) Şekil 3.78 Moment-Eğrilik İlişkisi (16-R-S) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.83 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (17 ve 17-R-S) Şekil 3.84 Moment-Eğrilik İlişkisi (17-R-S) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) viii

9 Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.89 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (18 ve 18-R-S) Şekil 3.90 Moment-Eğrilik İlişkisi (18-R-S) Şekil 4.1 Düzlem Çubuk Sistemlerde Şekildeğiştirme Bileşenleri Şekil 4.2 Kesitlerin Yatay Olarak Dilimlenmesi Şekil 4.3 Düşey Dilimleri Oluşturabilecek Beton Tipleri Şekil 4.4 Beton Programı Kullanıcı Arayüzü Şekil 4.5 Boyuna Donatı Programı Kullanıcı Arayüzü Şekil 4.6 Moment-Eğrilik Programı Kullanıcı Arayüzü Şekil 4.7 Sarılmış ve Sarılmamış Beton İçin İskelet Eğrileri Şekil 4.8 Beton için kullanılan gerilme-şekildeğiştirme ilişkisi Şekil 4.9 Etkili Olarak Sarılan Kesit Alanı Şekil 4.10 Numunelerde Sargı Donatıları Şekil 4.11 Manto Boyuna Donatısı İçin Oluşturulan Model Şekil 4.12 Orijinal Kesit Boyuna Donatısı İçin Oluşturulan Model Şekil 4.13 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (10-R-S) Şekil 4.14 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (11-R-S) Şekil 4.15 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (12-R-S) Şekil 4.16 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (Pilot-R-S) Şekil A.1 10-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil A.2 11-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil A.3 12-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil A.4 13-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil A.5 14-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil A.6 16-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil A.7 17-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil A.8 18-R-S Numunesi Donatı Yerleşimi (boyutlar mm birimindedir) Şekil B.1 Moment-Eğrilik Programı Genel Akış Şeması Şekil C.1 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (13-R-S) Şekil C.2 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (14-R-S) Şekil C.3 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (16-R-S) Şekil C.4 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (17-R-S) Şekil C.5 Deneysel ve Kuramsal Moment-Eğrilik İlişkileri (18-R-S) ix

10 SEMBOL LĠSTESĠ A cc, A c A e A s A sh A shx A shy b b c d c E s EF EI f c f co f l f lx f ly f l f lx f ly f y f s f su f yh h k e M M o N N o s s t V w t y t y c : Sarılmış beton enkesit alanı : Etkili olarak sarılmış enkesit alanı : Boyuna donatı enkesit alanı : Enine donatı enkesit alanı : x doğrultusuna paralel enine donatı enkesit alanı : y doğrultusuna paralel enine donatı enkesit alanı : Kesit genişliği : Sarılmış kesit genişliği : Sarılmış kesit yüksekliği : Çelik elastisite modulü : Eksenel rijitlik : Eğilme rijitliği : Beton basınç gerilmesi : Sarılmamış beton silindir basınç dayanımı : Yanal basınç : x doğrultusunda yanal basınç : y doğrultusunda yanal basınç : Etkili yanal basınç : x doğrultusunda etkili yanal basınç : y doğrultusunda etkili yanal basınç : Boyuna donatı akma dayanımı : Donatı gerilmesi : Çelik çekme dayanımı : Enine donatı akma dayanımı : Kesit yüksekliği : Sargı etki katsayısı : Eğilme momenti : Eğilme momenti : Eksenel kuvvet : Eksenel kuvvet : Enine donatı aralığı : Enine donatılar arası temiz mesafe : Düzgün sıcaklık değişimi : Kesme kuvveti : Boyuna donatılar arası mesafe : Sıcaklık genleşme katsayısı : Akma yerdeğiştirmesi : Farklı sıcaklık değişimi : Akma yerdeğiştirmesi : Birim boy değişimi : Beton şekildeğiştirmesi x

11 cc co cc 85) s su sunif y cc sh : Sarılmış beton basınç dayanımına karşı gelen beton şekildeğiştirmesi : Sarılmamış beton basınç dayanımınına karşı gelen beton şekildeğiştirmesi : Sarılmış beton gerilme-şekildeğiştirme ilişkisinin düşen kolu üzerinde dayanımın %85 ine karşı gelen şekildeğiştirme : Çelik şekildeğiştirmesi : Çelik kopma birim uzaması : Çelik çekme dayanımına karşı gelen düzgün doğrusal birim uzama : Çelik akma şekildeğiştirmesi : Dönme : Eğrilik : Eğrilik : Eksenel kuvvet oranı : Boyuna donatı geometrik oranı : Boyuna donatı enkesit alanının sarılmış enkesit alana oranı : Sargı donatısının sarılmış kesitte hacimsel oranı xi

12 MANTOLANMIġ HASARLI BETONARME ELEMANLARIN YÖN DEĞĠġTĠREN TEKRARLI YÜKLER ALTINDA DAVRANIġI ÖZET Hasarlı yapı elemanlarının onarım ve güçlendirmesi ülkemiz için deprem mühendisliği alanının öncelikli konularındandır. Yapı elemanlarının onarım ve güçlendirmesi çok farklı teknikler kullanılarak yapılabilmektedir. Bu nedenle söz konusu farklı tekniklerin incelendiği deneysel ve analitik çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışma kapsamında daha önce sabit eksenel yük ile birlikte yön değiştiren tekrarlı eğilme etkileri altında deneye tabi tutulmuş olan simetrik donatılı dokuz adet betonarme eleman onarılmış ve betonarme manto ile güçlendirildikten sonra tekrar orijinal numunelere benzer şartlarda deneye tabi tutulmuştur. Deney değişkenleri numunelerin boyuna donatı oranları, uygulanan eksenel yükün düzeyi ve güçlendirme mantosunun numunenin bir, iki veya dört kenarına uygulanmış olmasıdır. İki kenarından mantolanan numunelerde betonarme manto numunelerin zayıf ve güçlü eksenlerinde imal edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlara göre, elemanın her dört kenarından veya karşılıklı iki kenarından gerek eleman genişliğini, gerekse eleman yüksekliğini arttırmaya yönelik mantolanmış olan elemanların davranışlarında önemli iyileşme sağlanmıştır. Buna karşılık tek kenarda oluşturulan manto, davranışı önemli ölçüde geliştirememiştir. Mantolanmış betonarme kesitler için moment-eğrilik ilişkileri analitik olarak da elde edilmiştir. Kuramsal analizde lif eleman yaklaşımı uygulanmıştır. Geliştirilen bilgisayar programında donatıdaki burkulma ve yanal sargı basıncının beton dayanımına etkisini gözönüne alan ve üç doğrudan oluşan beton gerilme-şekildeğiştirme modeli ve donatıdaki pekleşmeyi gözönüne alan çelik gerilme-şekildeğiştirme modeli kullanılmıştır. Analitik sonuçlar ile deneysel sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür. xii

13 BEHAVIOR OF JACKETED DAMAGED REINFORCED CONCRETE MEMBERS SUBJECTED TO REVERSED CYCLIC LOADS SUMMARY Repair and retrofit of damaged structural members is one of the most important issues of earthquake engineering in Turkey. Repair and retrofit of structural members can be carried out using different techniques. Consequently, experimental and analytical research works are needed on these different techniques. In this study, nine symmetrically reinforced concrete specimens were tested under axial load and reversed cyclic flexure. After these damaged specimens were repaired and retrofitted by reinforced concrete jackets, from one, two or four sides, they were tested once more by following the same loading pattern as the original specimens. The test variables were the amount of longitudinal reinforcement, level of axial load and the type of the retrofit jacket. According to the test results, significant enhancement in strength and ductility was possible for specimens that were jacketed from at least two sides. However, the behavior was not improved for one specimen that was jacketed from one side. The moment-curvature relationships for jacketed members were also predicted analytically using fiber element approach. Developed computer program included the effect of buckling and the contribution of lateral confinement to concrete s compression strength via a trilinear concrete stress-strain model. The behavior of the longitudinal reinforcement was also modelled by using a trilinear stress model. It was seen that analytical results and experimental data were in satisfactory agreement. xiii

14 1. GĠRĠġ Ülkemizdeki mevcut yapıların oldukça büyük bir bölümünün onarılmaya ve/veya güçlendirilmeye ihtiyaç duyduğu bilinmektedir. Bu ihtiyacın karşılanması için etkin yöntemlerin geliştirilmesi, mevcut yöntemlerin incelenmesi yapı ve deprem mühendisliği disiplinlerinin öncelikli ve ilgi duyulan konularından olmuştur. Yönetmelik değişiklikleri; yapının kullanım amacının değişmesi; zamana ve çevresel şartlara bağlı hasarlar; meydana gelen depremler sonucu ortaya çıkan hasarlar; sahiplerinin gelecekte olması muhtemel depremler karşısında can ve mal güvenliği açısından kendilerini güvende hissetme arzuları gibi nedenler bu ihtiyacı doğurur. Yapının güçlendirilmesi kavramı sistem bazında ve eleman bazında güçlendirme olarak iki başlık altında incelenmektedir. Yapının deprem kuvvetleri altındaki davranışı yalnızca eleman bazında güçlendirme yoluna gidilerek düzeltilemeyecekse taşıyıcı sistem bazında iyileştirmeler yapmak gerekecektir. Sistem bazında güçlendirme yapının yanal rijitliğini arttırmaya, taşıyıcı elemanların dayanım ve süneklik taleplerini azaltmaya yönelik müdahaleleri içerir. Bu anlamda ülkemizde en çok uygulanan yöntem yapıya betonarme perde ilave edilmesidir. Sisteme müdahale esnasında yeterli dikkatin gösterilmemesi durumunda yeni sorunlar ortaya çıkabilmektedir. Eklenecek betonarme perdelerin konumlandırılmasında yapılacak hatalar, yapıda planda burulma düzensizliği gibi yeni düzensizlikler oluşturabilir. Güçlendirme elemanının mevcut yapı elemanları ile birlikte çalışabilmesi için çevre elemanlar ile kuvvet aktarımının sağlıklı olması gerekmektedir. Ayrıca sahip oldukları büyük rijitlikleri nedeniyle büyük etkilere maruz kalacak olan betonarme perdeler temel seviyesinde müdahaleler de gerektirirler. Bunların yanı sıra mimari sorunlarla da karşılaşılabilinir. Yukarı sayılan hususlarda dikkatli olunduğu sürece taşıyıcı sisteme betonarme perde ilavesi oldukça etkili bir yöntemdir. Eleman bazında güçlendirme genellikle sistem bazında güçlendirmeyle eş zamanlı olarak kullanılmaktadır. Ancak perde ilavesi gerektirmeyen durumlarda taşıyıcı sistem davranışının iyileştirilmesi amacıyla da kullanılır. Konvansiyonel yöntemler 1

15 olarak sınıflandırabileceğimiz betonarme manto ile güçlendirme ve çelik profillerle güçlendirme teknikleri uzun süredir yaygın olarak kullanılmaktadır. Göreceli yeni bir teknoloji olan karbon, cam veya aramid lif takviyeli polimer kompozitlerin onarım ve güçlendirme amaçlı kullanımı ise gün geçtikçe artmaktadır. Ancak bu konuda hala pek çok sorun çözüme ulaştırılmayı beklemektedir. Eleman bazında müdahaleler yapılarak sistemin genel davranışını iyileştirmenin yapı yanal rijitliğinin planda dağıtılması ve genellikle temel müdahaleleri gerektirmemesi, daha az mimari sorun yaşanması gibi avantajları vardır. Bu çalışma kapsamında, konvansiyonel yöntemler arasında yer alan betonarme mantolama tekniği ile güçlendirilen hasarlı orijinal numuneler ele alınmıştır. Orijinal numuneler daha önce İlki (2000) tarafından 4~5 yerdeğiştirme süneklik düzeyine kadar sabit eksenel yük ve tekrarlı eğilme etkilerine maruz bırakılarak hasar verilmiştir. Onarımdan sonra betonarme mantolama tekniği ile güçlendirilen dokuz adet numune orijinal numuneler ile benzer şartlarda deneye tabi tutulmuştur. Çalışmanın ana amacı eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı eğilme etkilerine maruz bırakılan, farklı özelliklerde betonarme mantolar ile onarılmış/güçlendirilmiş hasarlı betonarme kesitlerin davranışlarının deneysel ve analitik olarak incelenmesidir. Deney değişkenleri numunelerin boyuna donatı oranları, uygulanan eksenel yükün düzeyi ve güçlendirme mantosunun numunenin bir, iki veya dört kenarına uygulanmış olmasıdır. İki kenardan mantolama numunelerin zayıf eksenleri veya güçlü eksenleri etrafında karşılıklı iki kenarda gerçekleştirilmiştir. Karşılıklı iki kenarından veya dört kenarından gerek eleman genişliğini, gerekse eleman yüksekliğini arttırmaya yönelik olarak mantolanmış olan elemanların davranışlarında önemli iyileşme sağlanmış, buna karşılık tek kenarda oluşturulan manto davranışı geliştirememiştir. Mantolanmış betonarme kesitler için monoton artan yükler altındaki moment-eğrilik ilişkileri analitik olarak da elde edilmiş, ve analitik sonuçlar ile deneysel sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür. Kuramsal çalışma esnasında geniş kullanım alanına sahip ve etkin bir yaklaşım olan lif eleman yaklaşımı kullanılarak Visual Basic 6 programlama dilinde bir program yazılmıştır. Gerek donatı gerekse beton için üç doğrudan oluşan gerilme-şekildeğiştirme malzeme modelleri seçilmiştir. Sargılı 2

16 beton için İlki ve diğ. (2003) tarafından önerilen ve sargı etkisinin yanı sıra boyuna donatıdaki burkulmayı da gözönüne alan beton modeli, donatı için ise çelik çekme deneyleri sonucu elde edilen gerilme-şekildeğiştirme ilişkilerinin pekleşmeyi de göz önüne alacak şekilde değerlendirilip üç doğrudan oluşacak şekilde idealize edilmesi ile elde edilen çelik gerilme-şekildeğiştirme modeli kullanılmıştır. 3

17 2. ARKA PLAN 2.1 GiriĢ Son 10 yıl içinde meydana gelen Northridge, Kobe, Adapazarı, Düzce, Tayvan, Hindistan depremleri büyük can ve mal kayıplarına neden olmuşlardır. Pek çok ülke yapım yönetmeliklerini gözden geçirmek, afet planlaması ve yönetimi üzerinde çalışmak, büyük ölçekli planlamalar ve rehabilitasyon projeleri düzenlemek üzere harekete geçmek zorunda kalmıştır. Ülkemizde de mevcut yapı stokunun oldukça önemli bir kısmı gerek yapıldıkları dönemlerdeki yönetmeliklerin yönlendirmeleri, gerekse tasarım ve yapım aşamalarında gerekli özenin gösterilmemesi nedeniyle risk altındadır. Öyle ki bunların bir kısmı yalnızca düşey yükleri karşılayacak şekilde tasarlanmış, deprem kuvvetleri sonucu ortaya çıkacak etkiler gözönüne alınmamıştır. Deprem kuvvetleri altında yapı elemanlarında büyük deformasyonlar oluşabilir. Deformasyonların elastik sınır ötesine geçmesiyle kalıcı hasarlar meydana gelir. Hasar göçmeye neden olmadığı sürece güncel deprem yönetmelikleri tarafından kabul edilir bir olgudur. Buna göre orta büyüklükteki depremlerde onarılabilir yapısal hasarlara, büyük depremlerde ise yapıda göçmeye neden olmayacak hasarlara müsade edilmektedir. Elastik ötesi büyük şekildeğiştirmelerin yapının güvenliğini tehlikeye atmaması için taşıyıcı sistemin yanal rijitliğinin ve sünekliğinin yüksek olması gerekmektedir. Mevcut yapılarda sistem bazında sıklıkla görülen sorunlar yetersiz süneklik ve yetersiz yanal rijitliktir. Yanal rijitlik açısından herhangi bir sorun yoksa yapı elemanlarının dayanım ve sünekliğinin arttırılarak güçlendirilmesi yoluna gidilebilir. Ancak yapının yanal rijitliği düşük ve dolayısıyla deprem kuvvetleri altında oluşacak yatay yerdeğiştirmeler büyükse taşıyıcı sistem bazında sisteme rijit eleman (betonarme perde gibi) ilavesi gibi önlemlerin alınması gerekecektir. Çoğu kez sistem ve eleman bazında yapılan güçlendirme teknikleri beraber kullanılır. Örneğin yapıya perde ilave edilmesine rağmen hala yetersiz olan kolonlar varsa bunlar çelik veya betonarme mantolama ile takviye edilebilir. 4

18 Düşey taşıyıcı eleman bazında sıklıkla karşılaşılan yetersizlikler şunlardır: i. Yetersiz eksenel yük kapasitesi: Küçük kolon kesitleri, yapıya sonradan ilave edilen katlar ve düşük beton basınç dayanımı nedeniyle ortaya çıkar. ii. Yetersiz eğilme momenti kapasitesi: Yetersiz boyuna donatı miktarı, düşük beton basınç dayanımı ve potansiyel plastik mafsal bölgelerinde yetersiz sargı donatısı kullanılması nedeniyle taşıyıcı elemanların eğilme momenti kapasiteleri düşecektir. Boyuna donatılarda kuvvet aktarımının sağlıklı bir şekilde oluşması bu donatıların birbirine uygun bir şekilde kenetlenmesi ile gerçekleşebilir. Aksi takdirde moment kapasitesinin gerçekçi bir şekilde belirlenmesi dahi mümkün olamayacaktır. iii. Düşük süneklik: Dayanımda artışın sağlanması kadar önemli olan bir diğer husus bu dayanımın ileri şekildeğiştirme düzeylerinde de korunabilmesidir. Beton kalitesi, boyuna donatı oranı, eksenel yük düzeyi, etriyelerin sağladığı sargı etkisi sünekliğin oluşmasında rol oynar. iv. Yetersiz kesme kuvveti kapasitesi: Yetersiz enine donatı kullanımı sonucu kesme kuvveti etkileriyle oluşan göçme tipi gevrektir. Enine donatı, kesme kuvvetlerinin karşılanmasındaki katkısının yanı sıra sağladığı yanal sargı basıncı nedeniyle taşıyıcı elemanlar için önemli rol oynar. Bunun yanı sıra boyuna donatılarda burkulmayı engeller ve bindirme boyu probleminin azaltılmasında etkindir. v. Kötü işçilik ve donatı detayı: Tasarım ne kadar karmaşık ve güncel yöntemlerle yapılmış olursa olsun yerinde uygulama konusunda itina gösterilmemesi tasarlanan ve inşa edilen yapıların farklı davranışlar sergilemelerine neden olabilir. Uygulanacak pas payına dikkat edilmemesi; enine ve boyuna donatı detaylandırmalarının, donatı kenetlenmesinin hatalı yapılması sıklıkla karşılaşılan sorunlardır. vi. Zamana ve çevresel şartlara bağlı hasarlar: Örneğin donatılarda korozyon, kimyasal etkiler ve aşırı rötre ve sünme sonucu oluşan hasarlar,. 5

19 2.2 Betonarme Manto ile Güçlendirme Betonarme manto ile eleman güçlendirilmesi basitçe hasarlı veya hasarsız orijinal elemanın yetersiz olan kesit, enine ve boyuna donatı alanlarının betonarme bir tabaka eklenmesi yoluyla arttırılmasından ibarettir. Kesit, enine ve boyuna donatı alanlarındaki artış nedeniyle eksenel yük, eğilme momenti, kesme kuvveti kapasitelerinde ve süneklikte önemli derecede artış elde edilir. Gerekmesi durumunda boyuna donatılar kolon alt ve üst uçlarında sonlandırılarak kapasite artışının yalnızca eksenel yük ve kesme yükü açısından elde edilmesi sağlanabilir (Fukuyama ve Sugano, 2000). Şekil 2.1 de kolon alt ve üst uçlarında bırakılan boşluklarla yalnızca kesme kuvveti ve eksenel yük kapasitesinde artış olması durumu gösterilmiştir. Tasarım gereksinimleri, kolonun bitişik nizamdaki iki yapı arasında olması veya kenar kolon olması gibi nedenlerle betonarme manto bir, iki, üç ya da dört kenarından yapılabilmektedir. Şekil 2.1 Farklı Betonarme Mantolama Uygulamaları Betonarme mantolama tekniği: i. uzun yıllardır uygulanan ve uygulama açısından üzerinde tecrübe sahibi olunan bir yöntemdir. ii. dayanımda ve süneklikte artış sağlar. iii. yanal yük dayanımının ve rijitlik artışının tüm yapıya dağıtılmasını sağlar. iv. genelde temellerde büyük müdahaleler gerektirmez. v. düşük teknolojili, emek yoğun bir yöntemdir. vi. yeni geliştirilen tekniklere göre daha ekonomiktir. 6

20 vii. imalatında yerel malzemeler kullanılmaktadır. 2.3 GerçekleĢtirilen ÇalıĢmalar Betonarme oldukça yaygın bir güçlendirme tekniği olmasına karşın gerçekleştirilen bilimsel çalışma sayısı bu geniş kullanıma oranla az sayıdadır. Bunda tekniğin uzun yıllar boyunca kullanılması sonucu elde edilen tecrübenin büyüklüğü ve düşük teknolojili bir yöntem olması büyük rol oynamaktadır. Aşağıda bu konuda yapılmış başlıca çalışmalar özetlenmiştir. Bett, Klingner ve Jirsa (1988), üç farklı onarım ve güçlendirme yönteminin kısa kolonların yatay yükler altındaki davranışlarına etkilerini incelemişlerdir. Bu amaçla 1950~1960 yıllarının tipik özelliklerine sahip üç adet 2/3 ölçekli 457mm457mm boyutlarında kolon üretilmiş, bunlardan biri denendikten sonra mantolama ile güçlendirilmiş ve yeniden denenmiş, diğer iki numune ise hasar verilmeden güçlendirilmiştir. Tüm kolonlarda aynı yükleme patronu ve aynı sabit eksenel yük seviyesi uygulanmış, gerek onarıldıktan sonra güçlendirilen, gerekse doğrudan güçlendirilen elemanlar orijinal duruma göre daha iyi davranış göstermişlerdir. Ersoy, Tankut ve Suleiman (1993), betonarme manto ile güçlendirilmiş kolonların davranışını incelemek üzere iki seri deney yapmış ve bunları monolitik referans numuneleri ile karşılaştırmıştır. Birinci seri deneyler salt eksenel yük, ikinci seri deneyler ise eksenel yük ve eğilme etkileri altında gerçekleştirilmiştir. Yöntemin etkinliği dayanım, rijitlik, ve enerji yutma özellikleri açılarından ele alınmış, hem monotonik hem de yön değiştiren tekrarlı yükler altında başarılı olduğu görülmüştür. Rodriguez ve Park (1994) tarafından yürütülen çalışmada 350mm350mm boyutlarında ve 1970 öncesi yapım tekniğini temsil etmek üzere az miktarda enine donatıya sahip dört adet kolon numunesi için benzeştirilmiş deprem yükleri altında onarım ve güçlendirme tekniklerinin etkinliği araştırılmıştır. Numuneler kat orta yükseklikleri arasındaki eleman kısımlarını temsil edecek şekilde üretilmişlerdir. İki adet numune denenmiş, onarılmış, betonarme manto ile güçlendirilmiş ve tekrar deneye tabi tutulmuş, diğer iki numune ise doğrudan güçlendirilmiş ve denenmiştir. Manto enine donatısı iki farklı düzende oluşturulmuştur. Orijinal numunelerde düşük 7

21 süneklik ve belirgin dayanım kaybı gözlenirken, güçlendirilmiş numuneler daha sünek davranmış ve dayanım kaybı orijinal numunelere göre çok daha az olmuştur. Bracci ve Kunnath (1995) 1/3 ölçekli yapı modelini sarsma tablasında denedikten sonra kolonların bir kısmını art germeli betonarme mantolama ile güçlendirmiş ve yeniden deneye tabi tutmuştur. Ramirez (1996) tarafından gerçekleştirilen çalışmada betonarme mantolama da dahil olmak üzere on farklı güçlendirme tekniği karşılaştırılmıştır. Can (1994, 1995, 1996, 1997) bir, iki, üç ve dört yüzünden mantolanmış betonarme kolonların salt eksenel yükler ve deprem yükleri altındaki davranışı üzerinde çalışmıştır. Gomes ve Appleton (1998), dokuz adet önceden hasar verilmiş betonarme kolonu onarmış, daha sonra onarılan numunelerin bir kısmını betonarme manto ile güçlendirmiş, ve bu yöntemin etkinliğini süneklik, enerji yutma kapasitesi, dayanım ve başlangıç rijitliği açısından incelemiştir. Kolon-kiriş birleşim bölgelerinin de mantolama ile güçlendirilmesi araştırma konusu olmuştur. Bu amaçla Alcocer ve Jirsa (1993), mantolanarak güçlendirilmiş düğüm noktalarının kesme dayanımlarını deneysel olarak incelemiştir. Tsonos (2002), iki ve üç yüzünden mantolanmış kolon-kiriş birleşim bölgelerindeki dayanım, süneklik ve enerji yutma kapasitesi artışını incelemiştir. Liew ve Cheong (1991) güçlendirilmiş tablalı kirişlerin eğilme davranışı konusunda, Souza ve Appleton (1997) kirişlerde püskürtme beton ve özel tamir harcıyla oluşturulan mantonun davranışı konusunda, Yamamoto, Imai, Hattori ve Miyagawa (1999) ise boyuna doğrultuda öngermeli betonarme mantolama tekniğini kirişlerde uygulanması konusunda çalışmışlardır. UNDP/UNIDO (1993) projesi kapsamında, ve Fukuyama ve Sugano (2000) ile İlki vd. (2002) tarafından yapılan çalışmalarda farklı güçlendirme tekniklerinin taşıyıcı eleman davranışına etkileri üzerinde durulmuştur. Bu çalışma ile ilgili elde olarak elde edilen bazı sonuçların bir bölümü İlki ve diğ. (2003) ve İlki ve diğ. (2004) tarafından özetlenmiştir. 8

22 9

23 3. DENEYSEL ÇALIġMA 3.1 GiriĢ Deprem esnasında yapı elemanları yön değiştiren tekrarlı eğilme ve kesme kuvvetlerinin yanı sıra değişken eksenel kuvvetlerin etkisi altındadır. Etkiyen bu kuvvetler sonucunda kimi elemanlar elastik sınırı aşmayacak kimi ise elastik sınır ötesine geçerek büyük miktarda hasar görerek enerji sönümleyecektir. Şekildeğiştirmelerin çok büyük olması durumunda yapı elemanında önemli düzeyde kalıcı hasar meydana gelecektir. İstenildiği zaman, istenildiği yerde ve istenildiği düzeyde hasar oluşumu betonarmede kabul edilebilecek bir olgudur. Ülkemizdeki mevcut yapıların önemli bir bölümünün depremler karşısında görecekleri hasarın kabul edilebilir sınırlar içerisinde kalmasını sağlamak üzere güçlendirilmeleri gerektiği bilinmektedir Deneysel ÇalıĢmanın Kapsam ve Amacı Bu çalışma bir, iki veya dört kenarlarından betonarme manto ile güçlendirilmiş dokuz adet hasarlı betonarme eleman kesitinin yön değiştiren tekrarlı eğilme ve sabit eksenel yük etkileri altındaki davranışlarını incelemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Orijinal numuneler İlki (2000) tarafından 4~5 yerdeğiştirme süneklik düzeyine kadar sabit eksenel yük ve tekrarlı eğilme etkilerine maruz bırakılarak hasar verilmiştir. Ardından ters yönde yüklenerek kalıcı şekildeğiştirmeler geri alınmış ve epoksi enjeksiyonu ile çatlaklar onarılmıştır. Beton örtüsünün tamamen kaldırılmasından sonra çalışmanın konusunu oluşturan betonarme mantolama tekniği ile güçlendirilmişlerdir. Deney değişkenleri numunelerin boyuna donatı oranları, uygulanan eksenel yükün düzeyi ve güçlendirme mantosunun numunenin bir, iki veya dört kenarına uygulanmış olmasıdır. İki kenardan mantolama numunelerin zayıf eksenleri veya güçlü eksenleri etrafında karşılıklı iki kenarda gerçekleştirilmiştir. 10

24 3.2 Numune Tasarımı Deneysel çalışma kapsamında sabit eksenel yük ve tekrarlı yön değiştiren yanal yüklere maruz bırakılarak incelenmek amacı ile 9 adet numune hazırlanmıştır. Numunelerin hazırlanması esnasında gerçeğe yakın bir modelleme sağlanması amacının yanı sıra yükleme sisteminin kapasitesi, ölçüm aletlerinin kapasite ve hassasiyeti, ulaşılmak istenen göçme biçimi, deney düzeneğinin kullanışlılığı gibi hususlar da göz önünde bulundurulmuştur. Orijinal numunelerle ilgili bilgiler İlki (2000) den özetlenerek alınmıştır Orijinal Numuneler Orijinal numuneler simetrik donatılı ve 200mmx200mmx2000mm boyutlarında olup genel özellikleri Tablo 3.1 de verilmiştir. Numune isimleri toplam boyuna donatı, deney günü ortalama silindir beton basınç dayanımı, uygulanan eksenel yükün düzeyi dikkate alınarak tanımlanmıştır. Örneğin, 4D12-C25.3-N5, 4 adet nervürlü 12 mm çapında boyuna donatıya sahip, denendiği güne ait ortalama silindir beton basınç dayanımı 25.3 MPa olan ve deney sırasında eksenel yük taşıma kapasitesinin %5 i kadar eksenel yük etkitilmiş olan numuneyi belirtmektedir. f c 28 günlük ortalama silindir beton basınç dayanımını, A s ve boyuna donatı enkesit alanı ve oranını, N elemana uygulanan eksenel kuvveti, ise etkitilen eksenel kuvvetin numunenin eksenel yük taşıma kapasitesine oranını göstermektedir. değeri hesaplanırken orijinal numunelerin denendiği güne ait ortalama silindir beton basınç dayanımı değerleri kullanılmıştır. Tablo 3.1 Orijinal Numunelerin Özellikleri No Seri Numune f c Boyuna (MPa) Donatı A s N (mm 2 ) (kn) Pilot 1 10D12-C25.3-N D12-C25.3-N D12-C25.3-N D12-C25.4-N D12-C25.4-N D12-C25.4-N D12-C22.6-N D12-C22.7-N D12-C22.7-N

25 Orijinal Numunelerde Kullanılan Malzemeler: Beton Orijinal numunelerde beton iki seri halinde dökülmüştür. 20 MPa basınç dayanımına sahip olması beklenen bu iki seri için kullanılan beton karışımı Tablo 3.2'de verilmiştir. Karışımda Su/Çimento oranı 0.76, Su/(Çimento+Kül) oranı 0.66 olup kullanılan Portland çimentosu PÇ 42.5 tipindedir. Kullanılan 1 No mıcırda agrega çapları 4 ve 8 mm arasında değişmektedir. Taş tozu, dane çapı kum ile 1 No mıcır arasında olan ve kırmataşlardan elde edilmiş tozdur. Kum olarak Akpınar yöresinden elde edilen deniz kumu kullanılmıştır. Kimyasal katkı malzemesi SIKA Bv40 akışkanlaştırıcıdır. Akışkanlaştırıcı katkı (çimento+kül) ağırlığının ü kadar kullanılmıştır. Tablo 3.2 Bir ve İkinci Seri Orijinal Numuneler için Beton Karışımı Çimento Kül Su 1 No Mıcır TaĢ tozu Doğal kum Katkı 278 kg 40 kg 210 kg 720 kg 535 kg 540 kg 1.2 kg 28 günlük beton için standart silindir basınç deneyleri sonucu elde edilen gerilme şekildeğiştirme eğrileri Seri 1 ve Seri 2 betonları için Şekil 3.1 de verilmiştir. Bu iki seriye ait beton basınç dayanımlarının zamanla değişimi Şekil 3.2 ve Şekil 3.3 de görülebilir. Seri 1 Seri 2 Şekil 3.1 Birinci ve İkinci Seri Numuneler için 28 Günlük Standart Silindir Basınç Deneyi Sonuçları Standart basınç deneyleri sonucunda, numuneler için farklı yaşlarda belirlenen ortalama dayanım ve elastisite modülleri Tablo 3.3 de verilmiştir. Numuneler için elastisite modulü belirlenirken, gerilme-şekildeğiştirme eğrisinde yaklaşık olarak dayanımın %5 ve %45 i arasında elde edilen noktalar arasından en küçük kareler 12

26 Ortalama Basınç Dayanımı (MPa) Ortalama Basınç Dayanımı (MPa) yöntemiyle bir doğru geçirilerek belirlenen doğrunun eğimi elastisite modulü olarak kabul edilmiştir Yaş (Gün) Şekil 3.2 Seri 1 Ortalama Beton Basınç Dayanımı-Zaman Eğrisi Yaş (Gün) Şekil 3.3 Seri 2 Ortalama Beton Basınç Dayanımı-Zaman Eğrisi Tablo 3.3 Standart Silindir Numunelerin Ortalama Dayanım ve Elastisite Modülleri Seri YaĢ (Gün) Ortalama Dayanım (MPa) Ortalama Elastisite Modulü (MPa)

27 Gerilme (MPa) Gerilme (MPa) Orijinal Numunelerde Kullanılan Malzemeler: Donatı Orijinal numunelerde üç farklı boyuna donatı oranı kullanılmıştır. Boyuna donatı oranları 412 için , 612 için ve 1012 için olmuştur. Tüm orijinal numune boyuna donatıları nervürlü donatı tipindedir. Enine donatı için tüm numunelerde 10 cm aralıklarla 10 mm çapında düz yüzeyli çelik kullanılmıştır. Enine donatı seçimi elemanda taşıma gücüne kesme kuvvetleri etkisi ile değil, eğilme etkileri ile ulaşılmasını sağlayacak şekilde yapılmıştır. Çekme deneyleri sonucunda donatılar için elde edilen mekanik özellikler ortalama sayısal değerleri Tablo 3.4 de verilmiştir. Burada f y çelik çubuklar için ortalama akma dayanımı, f su çelik çekme dayanımı, su çelik kopma şekildeğiştirmesi, E s çelik elastisite modulüdür. Şekildeğiştirme ölçümleri için mekanik ekstansometre kullanılmıştır. Ölçümler elle kaydedilip bilgisayarda işlenmiştir. Kullanılan mekanik ekstansometre ile elde edilebilecek en büyük şekildeğiştirme seviyesi 0.04 dür. Bu şekildeğiştirme seviyesine kadar iki tip donatı için elde edilen ortalama gerilme-şekildeğiştirme eğrileri 10 ve 12 çubuklar için Şekil 3.4 de verilmiştir. Tablo 3.4 Orijinal Numunelerde Boyuna ve Enine Donatıların Mekanik Özellikleri Donatı Çap (mm) f y f su su E s (MPa) (MPa) (MPa) Şekildeğiştirme Şekildeğiştirme Şekil ve 12 Donatı Çubukları İçin Ortalama Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri 14

28 3.2.2 MantolanmıĢ Numuneler Hasar verilmiş numuneler ters yönde yüklenerek kalıcı deformasyonlar mümkün olduğunca giderildikten sonra onarım işlemine geçilmiştir. Onarım, çatlaklar epoksi enjeksiyonu ile doldurularak yapılmıştır. Epoksi düşük viskozitesi, çözücü olmaması, betona iyi bağlanması ve rötre yapmaması nedeniyle çatlakların doldurulması için uygun bir malzemedir. Epoksi ile çalışırken beton yüzeyinin nem muhtevası %5 den küçük olmalıdır. Ayrıca yüzey toz, kir, yağ ve pastan arındırılmış olmalıdır. Öncelikle her bir çatlağa en az bir adet olacak şekilde matkap ile delikler açılmıştır. Numune boyutlarının küçük olması nedeniyle her bir çatlak için açılan delik sayısı genel olarak şantiye uygulamalarında açılan delik sayısından az olmuştur. Daha sonra bu deliklere plastik nipeller yerleştirilmiştir. Şekil 3.5 de nipelleri yerleştirilmiş numuneler görülmektedir. Genişliği yaklaşık olarak 0.1~0.2 mm den büyük olan çatlaklar epoksi macunu ile sıvanarak basınçla enjekte edilen epoksinin, çatlaktan sızması önlendikten sonra nipele enjeksiyon memesi vidalanmıştır. Enjeksiyon memeleri epoksinin içeri pompalanmasına izin vermekte ancak dışarı çıkmasına izin vermemektedir. Memesi vidalanan nipele basınç tabancası ile basınç uygulanarak epoksi enjekte edilmiştir. Bu işlem epoksi çatlağı tamamen doldurup daha üstteki nipelden çıkıncaya kadar devam ettirilmiş daha sonra epoksi çıkan nipelin memesi takılıp bu memeye epoksi enjekte edilmiştir. Tüm numunedeki çatlaklar bu şekilde doldurulunca epoksi enjeksiyonu işlemi sona erdirilmiştir. Epoksi macunu ile sıvanmış çatlağa epoksi enjeksiyonu işlemi Şekil 3.6 da gösterilmiştir. Şekil 3.5 Çatlakları Delinerek Nipelleri Yerleştirilmiş Hasarlı Numuneler 15

29 Şekil 3.6 Hasarlı Numunelerde Çatlaklara Epoksi Enjeksiyonu Yapılması İşlemi Epoksinin yeter derecede dayanım kazanması beklendikten sonra numunelerin tüm beton örtüsü dökülmüştür. Şekil 3.7 de tüm beton örtüsü kırılarak kaldırılmış bir numune görülmektedir. Şekil 3.7 Epoksi Enjeksiyonu Sonrasında Beton Örtüsü Kaldırılmış Bir Numune Onarım işleminin ardından betonarme mantonun imalatına geçilmiştir. İmalat esnasında numune üzerinde herhangi bir yük bulunmamaktadır. Uygulanacak manto tipine göre belirlenen donatı konfigürasyonları çerçevesinde beton örtüsü dökülmüş orijinal numuneler etrafında manto donatı iskeletleri oluşturulmuştur, (Şekil 3.9). Donatıların bağlanmasının ardından şekildeğiştirmeölçerler belirlenen noktalara yapıştırılmıştır. Mantolama tipleri A, B, C, D olmak üzere 4 tipte sınıflandırılmıştır. 16

30 A tipi manto ile güçlendirilen numunenin hem genişliği hem de yüksekliği arttırılmıştır. B tipi manto yalnızca numune yüksekliğini arttıracak şekilde 2 kenarda, C tipi manto yalnızca numune genişliğini arttıracak şekilde 2 kenarda, D tipi manto ise yalnızca numune genişliğini arttıracak şekilde 1 kenarda uygulanmıştır. Uygulanan mantolama tipleri Şekil 3.8 de gösterilmiştir. Bu şekilde taralı alanlar orijinal eleman kesitlerini beyaz alanlar ise manto kesitlerini göstermektedir. Betonarme manto kalınlığı orijinal numune kenarlarından 5 cm kadardır. Orijinal numune betonu boyuna donatı seviyesine kadar kırılarak kaldırıldığı için manto tabakasının kalınlığı yaklaşık olarak 8 cm olmuştur. Şekil 3.8 Uygulanan Manto Tipleri Tablo 3.5 de mantolanmış numunelerin özellikleri verilmiştir. Numune isimlerindeki R harfi onarım, S harfi ise güçlendirme yapıldığını belirtmektedir. Boyuna Donatı (orijinal) kolonunda orijinal numuneye ait toplam boyuna donatı, Boyuna donatı (manto) kolonunda orijinal numuneye mantolama sonucu eklenen donatılar verilmiştir. Gerek orijinal, gerek mantolanmış numunelerin donatıları (Pilot-R-S numunesi dışında) her iki eksene göre simetriktir. Tüm manto boyuna donatıları 12 mm çapında düz çeliktir. (toplam) kolonunda orijinal ve ek manto donatıları toplanarak bulunan boyuna donatı oranları yeni kesitler için verilmiştir. kolonunda deney sırasında etkitilen eksenel yük verilmiştir. Mantolanmış elemanlara etkitilen eksenel yük orijinal numunelere etkitilen eksenel yük ile aynıdır. Son kolonda ilgili numunenin sahip olduğu mantolama tipi görülmektedir. 17

31 Tablo 3.5 Mantolanmış Numunelerin Özellikleri Numune Boyuna Donatı (orijinal) Boyuna Donatı (manto) (toplam) N (kn) Tipi PĠLOT-R-S D 10-R-S A 11-R-S B 12-R-S C 13-R-S B 14-R-S C 16-R-S C 17-R-S C 18-R-S C A tipi mantolama ile güçlendirilen 10-R-S numunesi ve D tipi mantolama ile güçlendirilen Pilot-R-S numuneleri hariç tüm numunelerde manto enine donatısı 10 mm çapında düz yüzeyli 2 donatının U şeklinde bükülüp birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. 10-R-S numunesinde kapalı etriye, Pilot-R-S numunesinde ise bir adet U şeklinde bükülmüş donatı kullanılmıştır. Enine donatılar 100 mm aralıklarla yerleştirilmiştir. Donatı detayları Ek A da sunulmuştur. Deney elemanları önceden temizlenmiş ve yağlanmış kalıplara yerleştirilirken net beton örtüsünün 20 mm olmasını sağlayacak şekilde etriyelere plastik paspayları takılmıştır. Beton dökümü yatay konumdaki numunelere, tek seri halinde ve hazır beton kullanarak yapılmıştır. Numuneler kalıptan söküldüğünde altta kalan bazı kenarlarda betonun iyi yerleşmediği görülerek bu kısımlar YKS Emacco S88c marka tamir harcı ile onarılmıştır. Şekil 3.9 Donatı İskeleti Yerleştirilmiş Numune 18

32 Betonarme Manto Ġmalatında Kullanılan Malzemeler: Beton Numune üretiminde kullanılan malzemelerin özelliklerinin bilinmesi deney sonuçlarını hatasız olarak elde edilebilmek ve sağlıklı yargılara ulaşabilmek için gereklidir. Manto betonu hazır olarak trans-mikser ile getirilmiştir. Betonun sık donatı iskeleti arasında yerleşebilmesi ve altta kalan veya mantolanmayan kenarlarda beton örtüsünün oluşturulabilmesi için çok yüksek işlenebilirliğe sahip ve iri agrega içermeyen beton kullanımı tercih edilmiştir. Buna göre taze betonda gerçekleştirilen çökme deneyinde çökme miktarı 25 cm, yayılma çapı ise 45 cm olmuştur. Beton dökümü betonarme mantolama ile güçlendirme işinin zor aşamalarından biridir ancak bu sorun yüksek işlenebilirliğe sahip beton kullanımıyla bir miktar hafifletilebilir. Manto betonuna ait karışım Tablo 3.6 da görülebilir. Karışımda Su/Çimento oranı 0.52, Su/(Çimento+Uçucu Kül) oranı ise 0.33 olmuştur. Çimento PÇ 42.5 tipindedir. Mineral katkı malzemesi olarak termik santrallerden elde edilen uçucu kül kullanılmıştır. Kimyasal katkı malzemesi Addiment FM 38 hiper akışkanlaştırıcı olup betonun işlenebilirliğini önemli miktarda arttırmaktadır. Akışkanlaştırıcı katkı (çimento+kül) ağırlığının ü kadar kullanılmıştır. Beton birim hacim ağırlığı 2300 kg/cm 3 olmuştur. Tablo 3.6 Manto Betonu Karışımı Çimento (kg/m 3 ) Kül (kg/m 3 ) Su (kg/m 3 ) Mıcır-1No (kg/m 3 ) TaĢ tozu (kg/m 3 ) Doğal kum (kg/m 3 ) Katkı (kg/m 3 ) Su/Çimento Manto betonuna ait mekanik özelliklerin belirlenebilmesi için standart silindir deneyleri yapılmıştır. Kullanılan hazır betondan 9 adet 150 mm300 mm boyutlarında standart silindir numune alınmıştır. Çelik silindir kalıplar yağlanarak betonun kalıplara yapışması önlenmiştir. Beton, kalıplara 3 kademede ve her kademede 25 er kez şişlenerek yerleştirilmiştir. Üst yüzeyleri mala ile düzeltilen silindir numuneler güçlendirilen numuneler ile aynı koşullarda tutulmuş ve gerek manto betonlarının, gerekse standart silindirlerin bir hafta süre ile nemli kalmaları sağlanmıştır. Standart silindir deneylerinden önce silindir kalıpta üstte kalan yüzeye 19

33 başlık yapılmıştır. Başlık çimento, ince kum, az miktarda alçı ve su karışımı ile imal edilmiş, düzgünlüğü su terazisi yardımıyla kontrol edilerek silindire uygulanmıştır. Betonun farklı yaşlardaki dayanımının belirlenebilmesi için 28.,90. ve 180. günlerde standart silindir basınç deneyleri yapılmıştır. Deneyler 500 ton kapasiteli Amsler 500 yükleme cihazında yapılmış ve cihazın ölçüm aralığı 28 gün deneylerinde 100 ton, 90 ve 180 gün deneylerinde 250 ton olarak ayarlanmıştır. Silindirler monoton artan basınç yüklemesine tabi tutulmuş, basınç dayanımlarının yanı sıra gerilmeşekildeğiştirme eğrileri de elde edilmiştir. Şekildeğiştirmelerin belirlenmesi amacı ile TML CM-15 ölçüm çerçevesi kullanılmıştır. 150 mm 300 mm boyutlarında standart silindirlerde kullanılabilen CM-15 ölçüm çerçevesinde iki adet TML CDP- 5A yerdeğiştirmeölçer bulunmaktadır. Bu yerdeğiştirmeölçerler s/mm hassasiyetindedir. CM-15 ölçüm çerçevesi ile 300 mm yüksekliğindeki standart silindir numunenin orta 150 mm lik bölgesinde oluşacak ortalama şekildeğiştirmeler belirlenmiştir. Ölçüm çerçevesinin yanı sıra numunenin yan iki kenarına 10 cm mesafeye iki adet TML CDP-25 yerdeğiştirmeölçer yerleştirilerek tüm silindir yüksekliğince oluşan şekildeğiştirmeler ölçülmüştür, (Şekil 3.10). Yerdeğiştirme verileri TML TDS-303 veri toplayıcı kullanılarak saklanmış, daha sonra elle kaydedilen yük değerleri ile birlikte bilgisayarda işlenerek beton gerilmeşekildeğiştirme eğrileri elde edilmiştir. Manto betonuna ait 28 günlük silindir numuneler için elde edilen gerilme-şekildeğiştirme eğrileri Şekil 3.11 de sunulmuştur. CDP-25 Şekil 3.10 Standart Silindir Beton Basınç Deneyi Farklı beton yaşlarında yapılan standart silindir basınç deneyleri ile elde edilen her bir silindire ait basınç dayanımları, ortalama dayanımlar ve elastisite modülü 20

34 Ortalama Basınç Dayanımı (MPa) Gerilme (MPa) Gerilme (MPa) değerleri Tablo 3.7 de görülebilir. Elastisite modülü belirlenirken, gerilmeşekildeğiştirme eğrisinde dayanımın %5 ve %45 i arasında elde edilen noktaların arasından bir doğru geçirilmiştir ve bu doğrunun eğimi elastisite modülü olarak kabul edilmiştir. Beton yaşı silindir basınç dayanımı ilişkisi Şekil 3.12 de verilmiştir Şekildeğiştirme Gün Gün Şekildeğiştirme Şekil 3.11 Manto Betonu 28. ve 90. Gün Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkileri Tablo 3.7 Standart Silindir Basınç Deneyleri Sonuçları Silindir YaĢ Dayanım Elastisite Modulü Ort. Dayanım Elastisite Modulü (Gün) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) Ölçüm çerçevesi kullanılmadı Yaş (Gün) Şekil 3.12 Manto Betonu Basınç Dayanımı-Yaş İlişkisi 21

35 Tablo 3.8 de numunelerin denendikleri günlerdeki beton yaşları ve Şekil 3.12 kullanılarak hesaplanan manto betonu basınç dayanımları verilmiştir. Tablo 3.8 Güçlendirilmiş Numune Betonlarının Deney Günü Dayanımları Numune Orijinal Numune Betonu YaĢı Manto Betonu YaĢı Manto Betonu Basınç Dayanımı (Mpa) PĠLOT-R-S > 180 gün 75 gün R-S > 180 gün > 180 gün R-S > 180 gün 117 gün R-S > 180 gün 67gün R-S > 180 gün > 180 gün R-S > 180 gün 61 gün R-S > 180 gün 41 gün R-S > 180 gün 46 gün R-S > 180 gün 73 gün Betonarme Manto Ġmalatında Kullanılan Malzemeler: Çelik Betonarme manto imalatında tüm boyuna donatılar için düz yüzeyli 12 mm çaplı, enine donatılar için ise düz yüzeyli 10 mm çaplı donatılar kullanılmıştır. Çelik çubukların mekanik özelliklerinin belirlenebilmesi için çelik çekme deneyleri yapılmıştır. Yaklaşık 600 mm boyundaki donatılar çeneler aracılığıyla mekanik çekme cihazına sıkıştırılıp çekilmiştir. Donatının orta 100 mm lik bölgesindeki şekildeğiştirmeler mekanik ekstansometre yardımıyla ölçülmüştür. Alınan ölçümlere karşı gelen yük düzeyi el ile kaydedilmiş ardından bilgisayarda işlenerek gerilmeşekildeğiştirme eğrileri çizilmiştir. Ekstansometre ile elde edilebilecek en büyük şekildeğiştirme 0.04 dür. Bu şekildeğiştirme seviyesine kadar 10 tipi enine manto ve 12 tipi boyuna manto donatıları için elde edilen gerilme-şekildeğiştirme eğrileri Şekil 3.13 de verilmiştir. 22

36 Gerilme (MPa) Gerilme (MPa) Şekildeğiştirme Şekildeğiştirme Şekil ve 12Donatı Çubukları İçin Gerilme-Şekildeğiştirme Eğrileri Ekstansometre için üst ölçüm sınırı olan 0.04 den büyük olan en büyük çekme kuvvetine karşı gelen ve kopma anındaki şekildeğiştirmelerin belirlenebilmesi için numune üzerine donatı çapı kadar aralıklarla çizgiler çizilmiştir. Deney sonrasında kopmanın gerçekleştiği bölgede çapın 10 katı kadar olan uzunlukta oluşan boy uzaması ölçülerek kopma anındaki şekildeğiştirme ( su ) belirlenmiştir. Düzgün doğrusal donatı uzaması ( sunif ) ise kopmanın oluştuğu bölge dışında iki ayrı bölgede belirlenen şekildeğiştirmelerin ortalaması alınarak bulunmuştur. Böylelikle belirlenen iki nokta 0.04 şekildeğiştirme seviyesine kadar ölçerek belirlenen noktalara eklenmiştir. Böylelikle 10 ve 12 donatılar için tüm gerilmeşekildeğiştirme eğrileri üretilmiştir. 10 tipi donatı için elde edilen tüm gerilmeşekildeğiştirme eğrisi Şekil 3.14 de, 12 tipi donatı içinse Şekil 3.15 de sunulmuştur. Çekme deneyleri sonunda ulaşılan donatı karakteristik özellikleri ortalama sayısal değerleri ile Tablo 3.9 da sunulmuştur. Tablo 3.9 Betonarme Manto Donatıları Çelik Çekme Deneyleri Sonuçları Donatı Çap (mm) f y f su su E s (MPa) (MPa) (MPa)

37 Gerilme (MPa) Gerilme (MPa) Şekildeğiştirme Şekil Donatı Çubukları İçin Tüm Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi Şekildeğiştirme Şekil Donatı Çubukları İçin Tüm Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi 3.3 Yükleme Düzeneği ve Yükleme Patronu Deprem esnasında yapı elemanları dinamik yön değiştiren tekrarlı eğilme ve kesme kuvvetlerinin yanı sıra değişken eksenel kuvvetlerin etkisindedir. Ancak bu durumun laboratuvar ortamında modellenmesi oldukça zor olduğundan yükler eşdeğer statik deprem yükleri olarak etkitilmiştir. Statik yüklemeli deneylerin en büyük avantajı yüklemenin adım adım ve geniş bir zaman aralığında gerçekleşmesi nedeniyle eleman davranışının ve hasar durumunun çok daha sağlıklı ve detaylı bir şekilde gözlenebilmesidir. Bu çalışmada orijinal eleman deneylerinde uygulanan yükleme patronunun aynısı uygulanmıştır. Bu yükleme patronuna göre elastik bölgede 4 farklı yerdeğiştirme düzeyinde simetrik itme ve çekme uygulanmıştır. Elastik bölge, itme esnasında çekme gerilmesi alan donatılarda akma şekildeğiştirmesine (akma yerdeğiştirmesi, 24

38 Yerdeğiştirme y ) ulaşılmasıyla sonlanmakta ve bu andaki yerdeğiştirme miktarının 1 süneklik seviyesine karşı geldiği kabul edilmektedir. Elastik ötesi bölgede orijinal numuneler için belirlenen bu akma yerdeğiştirmesinin (1 süneklik seviyesi) çeşitli katları itme ve çekme yönlerinde simetrik olarak uygulanmıştır. Şematik yükleme patronu Şekil 3.16 da verilmiştir. Elastik Davranış İtme Elastik Ötesi Davranış Akma Yerdeğiştirmesi n2 x Akma Yerdeğiştirmesi n3 x Akma Yerdeğiştirmesi n1 x Akma Yerdeğiştirmesi Yükleme Çevrimleri Çekme Şekil 3.16 Yükleme Patronu Orijinal ve mantolanmış numunelere elastik bölgede uygulanan yerdeğiştirmeler ve elastik ötesi bölgedeki çevrimlere karşı gelen yerdeğiştirme süneklik seviyeleri Tablo 3.10 da görülebilir. Çevrimler numuneye adım adım uygulanan yerdeğiştirmelerle yapılmıştır. Her bir yerdeğiştirme adımı 5 saniyelik sürede verilmiştir. Bu sürenin ilk 2 saniyesinde hedeflenen yerdeğiştirme artışı gerçekleşmektedir. Sonraki 1 saniyede yükleme sitemi veri toplama sistemine sinyal göndermekte, son 2 saniyede ise ölçüm cihazlarından alınan veriler toplanmaktadır. Veri toplama sistemi 1 kanaldan 0.06 saniyede veri alabilmektedir. 20 ölçüm cihazının bağlı olduğu 20 kanaldan veri toplayabilmek için ise 20x0.06=1.2 saniyeye ihtiyaç duyulmaktadır. Her bir yükleme adımında verilen yerdeğiştirme artışı genel olarak o çevrimdeki hedef yerdeğiştirmenin 1/10 u kadar olacak şekilde belirlenmiştir. Ancak büyük hedef deplasmanlara ulaşıldığında 1/10 kuralı uygulanmamış ve yükleme hızı hiç bir 25

39 zaman 1 mm/adım seviyesinin üzerine çıkarılmamıştır. Yükleme adımlarının şematik açıklaması Şekil 3.17 de sunulmuştur. Tablo 3.10 Elastik ve Elastik Ötesi Bölgede Uygulanan Yer Değiştirme Seviyeleri No y Elastik bölge Elastik ötesi bölge (mm) (mm) (YerdeğiĢtirme süneklik seviyesi) Pilot-R-S R-S R-S R-S R-S R-S R-S R-S R-S hedef Yükleme Veri toplama Yerdeğiştirme, hedef Adım Sayısı Zaman (sn) Şekil 3.17 Yükleme Adımları Kullanılan yükleme sistemi ile numunenin orta kısmındaki ölçüm bölgesinde kesme kuvveti sıfırdır. Deney düzeneği kapalı ve rijit bir yükleme çerçevesi içinde çelik profiller, levhalar, yüksek mukavemetli bulonlar, öngerme halatları ve kabloların 26

40 sabitlenmesi için kullanılan çenelerle oluşturulmuştur. Bir numunenin deney sırasındaki görünüşü Şekil 3.18 de; deney düzeneği, temsili moment ve kesme kuvveti diyagramları şematik olarak Şekil 3.19 da sunulmuştur. Numuneler iki kenarından deney düzeneğine basit mesnetli olarak bağlanarak, yatay konumda denenmişlerdir. Şekil 3.18 Yükleme Düzeneği MTS Yükleme sistemi, 250 kn Öngerme halatları Yükölçer, 250 kn YerdeğiĢtirmeölçer (dahili) Yükölçer, 1000 kn Kriko, 600 kn Enerpac Şekil 3.19 Yükleme Düzeneği, Temsili Moment ve Kesme Kuvveti Diyagramları 27

41 Şekil 3.19 da görüldüğü üzere numune orta bölgesinde sabit moment ve teorik olarak sıfır kesme kuvveti bulunan deney bölgesi oluşturulmuştur. Sabit eğilme momenti ve sıfır kesme kuvveti numuneye iki tekil noktadan yük etkitilerek sağlanmıştır. Bu yük bilgisayar kontrollü MTS marka hidrolik veren kullanılarak verilmiştir. Yükleme hem itme, hem çekme yönünde yapılmış ve hem mesnetlerde, hem de tekil yük noktalarında numunenin alt ve üstüne yerleştirilen 100 mm200 mm boyutlarında çelik silindirler ile yük aktarımı ve basit mesnetlenme koşulları sağlanmıştır. Çelik silindirler U profillerin içine yerleştirilmiş ve profiller birbirlerine yüksek dayanımlı bulonlarla bağlanmıştır. Hidrolik veren itme ve çekmede 250 kn yük kapasitesine ve toplam 600 mm yerdeğiştirme kapasitesine sahiptir. Tüm deneyler yerdeğiştirme kontrollü olarak yapılmıştır ve kontrol sisteminde MTS verenin yerdeğiştirme aralığı 150 mm olarak tanımlanmıştır. Eksenel yükün uygulanması için numune, yükölçer ve hidrolik kriko, iki çelik levha arasına 4 adet 3 m boyunda öngerme kablosu ile sıkıştırılarak yerleştirilmiştir. Daha sonra hidrolik krikoya yük verilerek, numuneye öngerme kabloları aracılığı ile eksenel kuvvet etkitilmesi sağlanmıştır. Eksenel yükleme düzeneğinin detayları Şekil 3.20 de verilen üç boyutlu çizimde görülmektedir. Numune Yükölçer Çelik Levha Öngerme Halatları Hidrolik Kriko Şekil 3.20 Eksenel Yük Düzeneği 28

42 Eksenel kuvvet 600 kn kapasiteli Enerpac markalı hidrolik kriko kullanılarak verilmiştir. Deney boyunca numune ile kriko arasına yerleştirilen 1000 kn kapasiteli TML (CLP-100CMP) marka yükölçer aracılığı ile ölçülen eksenel yük seviyesi kontrol edilmiş ve gerektiğinde kriko kullanılarak eksenel yükün istenen düzeyde kalması sağlanmıştır. Eksenel yükün numune üzerinde üniform dağılımının kontrolü donatılara yapıştırılan şekildeğiştirmeölçerler yardımıyla yapılmıştır. Deney öncesinde bir miktar eksenel yük verilerek şekildeğiştirme dağılımı gözlenmiş üniform olmaması halinde öngerme halatlarının gerginliği değiştirilerek dağılımın mümkün olduğunca düzgün olması sağlanmıştır. 3.4 Ölçüm Sistemi Bu deney serisi için kullanılan yükleme ve ölçüm düzenekleri daha önce orijinal numune deneylerinde küçük değişikliklerle kullanılmıştır, İlki (2000). Yerdeğiştirmeölçerler, şekildeğiştirmeölçerler ve yükölçerlerden toplanan veriler her bir yükleme adımında önce veri çoğaltma kutusuna oradan veri toplama cihazına ardından da verilerin işlendiği bilgisayara aktarılmıştır. Tüm numunelerde aynı ölçüm sistemi kullanılmıştır, (Şekil 3.21). Yükölçer, 250 kn YerdeğiĢtirmeölçer (dahili) MUD H11, H12 Yükölçer, 1000 kn MDD MAD H13, H14 V16 (kontrol) ADD Şekil 3.21 Ölçüm Aletlerinin Yerleri 29

43 Eksenel yükün miktarı numune ve kriko arasına yerleştirilen 1000 kn kapasiteli TML (CLP-100CMP) yükölçer aracılığı ile ölçülmüştür. Yükölçerin hassasiyeti 0.35 kn dur. Numunede eğilme momenti oluşturmak amacı ile düşey yönde MTS hidrolik veren tarafından etkitilen yük hidrolik veren bünyesindeki dahili yükölçer ile izlenmiştir. Şekil 3.21 deki yerdeğiştirmeölçerlerden H11, H12 test bölgesinde numunenin üst kenarında, H13 ve H14 ise alt kenarında yerdeğiştirmeleri ölçmek ve deney bölgesindeki moment-eğrilik ilişkisinin belirlenmesi için kullanılmıştır. Eğrilik hesaplarında kullanılan yerdeğiştirmeölçerler ve ölçüm bölgesi Şekil 3.22 de görülebilir. 200 mm Şekil 3.22 Ölçüm Bölgesi Eğrilikler belirlenirken eğilme öncesi düzlem olan kesitlerin eğilme sonrasında da düzlem kaldığı kabulü yapılmıştır. Yerdeğiştirme ölçümlerinden yararlanarak ortalama eğriliğin hesaplanma şekli Şekil 3.23 de şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 3.23 de 1 ve 2 numunenin orta 200 mm uzunluğundaki ölçüm bölgesinde kesit üst ve altında yerdeğiştirmeölçerlerin bulunduğu seviyede ortalama fiktif şekildeğiştirmeler, ise bu şekildeğiştirmeler yardımı ile belirlenen ortalama eğrilik değeridir. 1, 2 ve (3.1), (3.2) ve (3.3) bağıntıları ile hesaplanmıştır. 30

44 h H 200 mm H11, H12 1 Numune H13, H14 2 Şekil 3.23 Ortalama Eğriliğin Belirlenmesi H11 H (3.1) 200 H13 H (3.2) (3.3) H Bu bağıntılarda H11, H12, H13 ve H14, yerdeğiştirmeölçerler tarafından ölçülen yerdeğiştirmeler (mm biriminde), 200 mm ölçüm bölgesi uzunluğu, H ise 1 ve 2 şekildeğiştirmelerinin belirlendiği noktalar arasındaki mesafedir. Her H mesafesi deneyden önce H11, H12, H13, H14 yerdeğiştirmeölçerleri için ölçülmüştür. Ayrıca deney bölgesi uzunluğu olan 200 mm de ölçülerek tam değeri not edilmiştir. Yukarıdaki bağıntılar kullanıldığında eğrilik 1/mm biriminde elde edilir. Numunenin orta noktasının yaptığı düşey yerdeğiştirme kontrol yerdeğiştirmesi olarak esas alınmış ve Şekil 3.21 de V16 olarak gösterilen yerdeğiştirmeölçer kullanılarak kontrol edilmiştir. V16 yerdeğiştirmeölçerinin yerleştirildiği orta kesitte ölçümleri olumsuz etkileyecek herhangi bir çatlak oluşmaması için etriyeler bağlanırken bu kesitten beşer santimetre mesafe bırakılarak bağlanmaya başlanmıştır. Yapılan diğer yerdeğiştirme ölçümleri deney düzeneğinin sağlıklı olarak kurulup kurulmadığını ve yüklemenin sağlıklı olarak sürdürülüp sürdürülmediğinin kontrol 31

45 edilmesi amacı ile kullanılmıştır. MUD ve MAD yerdeğiştirmeölçerleri ile mesnetteki düşey hareketler, MAD ile mesnetteki düzlem dışı hareketler, ADD ile numune orta bölgesindeki düzlem dışı hareketler deney boyunca izlenmiş ve kaydedilmiştir. Yerdeğiştirmeölçerlerin özellikleri Tablo 3.11 de verilmiştir. Hassasiyet sütununda görüleceği gibi CDP25 tipi yerdeğiştirmeölçer minimum 1/500 mm lik yerdeğiştirme ölçülebilmekteyken SDP200D tipi yerdeğiştirmeölçer minimum 1/50 mm lik yerdeğiştirme ölçebilmektedir. Numuneye ait orijinal ve manto boyuna donatılarındaki şekildeğiştirmelerin ölçülebilmesi için TML marka YFLA-5 tipi şekildeğiştirmeölçerler donatılara yapıştırılmıştır. YFLA-5 tipi şekildeğiştirmeölçerler donatının akmasından sonra da görevini sürdürmektedir. Şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmadan önce donatılarda yüzey hazırlığı yapılmıştır. Yüzey hazırlığı donatının önce kalın sonra da ince zımpara ile pürüzsüz hale getirilmesi ve asetonlu pamuk ile silinmesinden ibarettir. Ölçüm cihazlarının Cyanoacrylate içerikli yapıştırıcı ile donatı yüzeyine yapıştırılmasının ardından yalıtım ve mekanik koruma tabakaları uygulanmıştır. Yalıtım iki kat N-1 kimyasal yalıtım malzemesi, bir kat bitum esaslı VM (vinil mastik) bant ve izolobanttan oluşmaktadır. Son olarak ölçüm cihazları numaralandırmış ve kabloları düzenlenmiştir. Tablo 3.11 Yerdeğiştirmeölçerlerin Özellikleri Ġsim Cins Kapasite Hassasiyet Yer, doğrultu, amaç (TML) (mm) 10-6 (s/mm) H11 CDP Orta kesit üst yatay- eğrilik H12 CDP Orta kesit üst yatay eğrilik H13 CDP Orta kesit alt yatay eğrilik H14 CDP Orta kesit alt yatay eğrilik V16 SDP200D Orta kesit düşey yükleme kontrol MAD CDP Alt mesnet düşey düzenek kontrol MUD CDP Üst mesnet düşey düzenek kontrol MDD CDP Mesnet düzlem dışı yatay ADD CDP Açıklık düzlem dışı yatay Şekil 3.24 de A tipi mantolanmış elemana ait şekildeğiştirmeölçerlerin konumları gösterilmiştir. MU1 ve MU2 betonarme manto üst boyuna donatılarındaki 32

46 şekildeğiştirmeölçerler, MA1 ve MA2 ise alt manto donatılarındaki şekildeğiştirmeölçerler için kullanılan isimlendirmelerdir. Benzer şekilde U1 ve U2 orijinal numuneye ait üst boyuna donatılardaki, A1 ve A2 ise alt boyuna donatılardaki şekildeğiştirmeler için kullanılmıştır. TİP A MU1 MU2 U1 U2 MA1 MA2 A1 A2 MU1 U1 U2 MU2 MA1 A1 A2 MA2 Şekil 3.24 A Tipi Numunede Şekildeğiştirmeölçerler Şekil 3.25 de B tipi, Şekil 3.26 da C tipi, Şekil 3.27 de D tipi mantolanmış elemanlara ait şekildeğiştirmeölçerlerin konumları gösterilmiştir. YFLA-5 tipi şekildeğiştirme ölçerler için ölçüm katsayısı 2.12 dir. TİP B MU1 MU2 U1 U2 MA1 MA2 A1 A2 MU1 U1 MU2 U2 A1 MA1 A2 MA2 Şekil 3.25 B Tipi Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerler 33

47 TİP C MU1 MU2 U1 U2 MA1 MA2 A1 A2 MU1 U1 U2 MU2 MA1 A1 A2 MA2 Şekil 3.26 C Tipi Numunelerde Şekildeğiştirmeölçerler TİP D MU1 U1 U2 MA1 A1 A2 U1 U2 MU1 A1 A2 MA1 Şekil 3.27 D Tipi Numunede Şekildeğiştirmeölçerler 3.5 Deney Sonuçları GiriĢ Onarılan ve betonarme mantolama tekniği ile güçlendirilen hasarlı numunelerin sabit eksenel yük ve yön değiştiren tekrarlı yükler altındaki davranışları, yük taşıma kapasitesi ve süneklik açısından değerlendirilmiştir. Deneyler esnasında hasar dağılımı ve gelişimi gözlenmiş ve fotoğraflanmış, çatlak rölöveleri oluşturulmuştur. 34

48 Aşağıda her bir numune için yapılan gözlemler özetlenerek orijinal ve güçlendirilmiş numuneler için yük-yerdeğiştirme, güçlendirilmiş numuneler için deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkileri sunulmuştur. A, B, C ve D güçlendirme tiplerinden birer adet numune için yük-donatı şekildeğiştirme ilişkileri verilmiştir Gözlemler Güçlendirilmiş elemanların tasarımında göçme durumuna eğilme etkileri sonucunda ulaşılması öngörülmüştür. D tipi mantolama ile güçlendirilen Pilot-R-S numunesi hariç tüm numunelerde bu konuda başarı sağlanmıştır. Yük-yerdeğiştirme eğrilerinin belirlenmesi esnasında MTS düşey vereninden ve V16 kontrol yerdeğiştirmeölçerinden alınan değerler kullanılmıştır. Moment-eğrilik ilişkilerindeki moment değerleri hesaplanırken düşey veren yükünün yanı sıra eksenel yükün oluşturduğu ikinci mertebe momentler ve numune öz ağırlığının neden olduğu momentler de gözönüne alınmıştır. Kuramsal moment-eğrilik ilişkilerinin elde edilişi Bölüm 4 de, deneysel eğrilik değerlerinin elde ediliş şekli Bölüm 3.4 de anlatılmıştır Pilot-R-S numunesi D tipi betonarme manto ile tek bir yan kenarından güçlendirilen Pilot-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.28 de, çekme yüklemesi için ise Şekil 3.30 da verilmiştir. Deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.29 da, çekme yüklemesi için Şekil 3.31 de daha yakından görülebilir. Numune eğilme etkileri sonucunda taşıma kapasitesine ulaşacak şekilde tasarlanmış olduğu halde elastik bölgedeki çevrimlerde dahi belirgin eğik kayma çatlakları görülmüştür. Deney bölgesinde eğilme çatlakları oluşmuş ancak hasar ilerleyen aşamalarda deney bölgesinin dışında yoğunlaşmıştır. Şekil 3.32 de verilen orijinal ve güçlendirilmiş numunelere ait yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.33 de verilen mantolanmış numuneye ait kuramsal ve deneysel moment-eğrilik ilişkilerinde de görülebileceği gibi eğilme dayanımı ilerleyen süneklik seviyelerinde korunamamıştır. Hasar deney bölgesi dışında yoğunlaştığı için özellikle itme yüklemesi yönünde ölçülen eğrilik değerleri oldukça küçük olmuştur. 35

49 +2 y = mm F=+167 kn İtme İtme Şekil 3.28 Pilot-R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil 3.29 Pilot-R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -2 y = mm F=-163 kn Çekme Şekil 3.30 Pilot-R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil 3.31 Pilot-R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 36

50 Moment (knm) Yük (kn) Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 212 N:50 kn Tip:D Kesme etkileri sonucunda ani dayanım kaybı Yerdeğiştirme (mm) Pilot-R-S Pilot Şekil 3.32 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (Pilot ve Pilot-R-S) Eğrilik (1/m) Pilot-R-S (deneysel) Pilot-R-S (kuramsal) Şekil 3.33 Moment-Eğrilik İlişkisi (Pilot-R-S) Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve deneysel eğilme momenti kapasiteleri İlki (2000) den alınan orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılmış ve Tablo 3.12 de verilmiştir. Burada ilk kolonda verilen kapasitelerin deneysel veya kuramsal olmak üzere tipi ve yüklemenin yönü, ikinci kolonda orijinal numune moment kapasitesi, üçüncü kolonda güçlendirilmiş numune moment kapasitesi, dördüncü kolonda ise güçlendirilmiş numune moment kapasitesinden orijinal numuneninki çıkarılıp orijinal numune moment kapasitesine bölünerek elde edilen değişim yüzdesi verilmiştir. Kuramsal olarak bulunan eğilme momenti kapasitesi hem itme hem de çekme yüklemesi durumları için geçerlidir. 37

51 Tablo 3.12 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (Pilot ve Pilot-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Pilot-R-S numunesi eğilme kapasitesinde artış olmasına karşın tek taraflı mantoda kullanılan etriye detayı başarısız olmuş ve bunun sonucunda göçme kesme etkileri altında ortaya çıkmıştır. İtme yönünde 2.5 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine gidilirken ani dayanım kaybı yaşanmış ve deney sonlandırılmıştır. Manto betonu ile oluşturulan beton örtüsü dökülmeden önce boyuna donatı hizalarında boyuna çatlaklar görülmüştür. Şekil 3.34 de hasarın yoğunlaştığı bölgedeki kayma çatlakları ve açılan orijinal eleman ve manto etriyeleri görülmektedir. Manto etriyesinde açılma Kayma çatlağı Orijinal eleman etriyesinde açılma Şekil 3.34 Pilot-R-S Numunesi Hasar Bölgesi Orta kesitin üst kısmındaki donatılar için Şekil 3.35 de, alt kısmındaki donatılar için Şekil 3.36 da boyuna donatılara yapıştırılmış şekildeğiştirmeölçerler ile elde edilen yük-şekildeğiştirme ilişkileri sunulmuştur. Tüm şekildeğiştirmeölçerler deney sonuna kadar çalışmıştır. Orijinal kesit üst boyuna donatılarındaki U1 ve U2 şekildeğiştirmeölçerleri bu donatılarda akmanın gerçekleştiğini belirlemiştir, (Şekil 38

52 Yük (kn) Yük (kn) 3.35). Alt donatılardan alınan ölçümlerde yalnızca A1 de akma platosu görülmektedir, (Şekil 3.36). Elastik bölgede tüm orijinal donatılar manto donatılarıyla benzer davranışı göstermiştir. Elastik ötesi çevrimlerde ise orijinal kesit donatıları benzer davranış sergilerken manto donatısında davranış farklı olmuştur U1 U2 MU Şekildeğiştirme Şekil 3.35 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (Pilot-R-S; U1, U2, MU1) A1 A2 MA1-300 Şekildeğiştirme Şekil 3.36 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (Pilot-R-S; A1, A2, MA1) Tablo 3.13 de deney gözlemlerine dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Hasarlı bölge sütununda hasar deney bölgesinde oluşmuş ise D.B., deney bölgesi dışında ise D.B.D. kısaltmaları kullanılmıştır. Kayma çatlakları, manto betonu ayrılma çatlakları, donatıda burkulma, betonda ezilme olup olmaması durumları ise takip eden sütunlarda belirtilmiştir. 39

53 Yük (kn) Tablo 3.13 Hasar Özeti (Pilot-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme Pilot-R-S D.B.D. Var Var Yok Var R-S numunesi A tipi betonarme manto ile dört kenarından güçlendirilen 10-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.39 da, çekme durumu için ise Şekil 3.41 de verilmiştir. Benzer şekilde deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.40 da, çekme yüklemesi için Şekil 3.42 de daha yakından görülebilir. Deney, orijinal numuneyle benzer şekilde her iki yükleme yönü için de 4 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar sürdürülmüştür. Hasar eğilme etkilerinin sonucunda oluşmuştur. Manto tabakası ile orijinal kesitin birleştiği hizalarda kısa boyuna çatlaklar görülmüş ancak belirgin bir ayrılma gözlenmemiştir. Şekil 3.37 de verilen yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.38 deki deneysel moment-eğrilik ilişkilerinde de görülebileceği gibi dayanım ilerleyen süneklik seviyelerinde korunmuştur. Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:50 kn Tip:A Yerdeğiştirme (mm) 10-R-S 10 Şekil 3.37 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (10 ve 10-R-S) 40

54 Moment (knm) Eğrilik (1/m) 10-R-S (deneysel) 10-R-S (kuramsal) Şekil 3.38 Moment-Eğrilik İlişkisi (10-R-S) Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve eğilme momenti kapasiteleri İlki (2000) den alınan orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılmış ve Tablo 3.14 de verilmiştir. Buna göre orijinal ve güçlendirilmiş kesit deneysel moment kapasiteleri açısından itme yönünde % 195, çekme yönünde %126; kuramsal moment kapasiteleri açısından ise %208 artış olmuştur. Deneysel moment kapasitelerine bakıldığında güçlendirilmiş durum için itme yönünde daha büyük değerlere ulaşıldığı görülmektedir. Benzer durum D tipi ve bazı C tipi numunelerde de yaşanmıştır. Bu farkın donatı iskeletinin kalıpta aşağı doğru kaymasından kaynaklanabileceği düşünülmüş ve 10-R-S ile 11-R-S numunelerinde paspayı açılarak boyuna donatı konumları ölçülmüştür. Buna göre boyuna donatı konumlarında 10 mm kadar kayma olduğu görülmüştür. Bu durum, manto betonu dökümü esnasında numunelerin kalıptaki pozisyonları ve denendikleri pozisyonlar gözönüne alındığında A, C ve D tipi numunelerde itme yönünde daha büyük moment kapasitelerine ulaşılmasında etkili olmuş olabilir. Tablo 3.14 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (10 ve 10-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme

55 +4 y =+40.4mm F=+210 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -4 y =-40.4mm F=-156 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme Yüklemesi) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 42

56 Yük (kn) Yük (kn) Orta kesit üst kenarındaki U1 ve MU1 şekildeğiştirmeölçerleri ile elde edilen yükşekildeğiştirme ilişkisi Şekil 3.43 de, alt kenarındaki A2 ve MA2 şekildeğiştirmeölçerleri ile elde edilen eğriler ise Şekil 3.44 de görülebilir. Yükşekildeğiştirme ilişkileri verilen tüm donatılarda akma sınırı aşılmıştır. Üst manto donatıları, orijinal kesit üst donatısına göre daha yukarı konumda bulunduğu için çekme yüklemelerinde hem elastik hem de elastik ötesi bölgede farklı şekildeğiştirme düzeylerine ulaşılmış ve manto donatısı daha erken bir çevrimde akmıştır Şekildeğiştirme U1 MU1 Şekil 3.43 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (10-R-S; U1, MU1) Şekildeğiştirme A2 MA2 Şekil 3.44 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (10-R-S; A2, MA2) 43

57 Tablo 3.15 de gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.15 Hasar Özeti (10-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 10-R-S D.B.-D.B.D. Var Var Yok Var R-S numunesi B tipi betonarme manto ile kuvvetli ekseni etrafında alt ve üst kenarlarından güçlendirilen 10-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.47 de, çekme durumu için ise Şekil 3.49 de sunulmuştur. Deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.48 da, çekme yüklemesi için Şekil 3.50 de daha yakından görülebilir. Deney, orijinal numuneyle benzer şekilde her iki yükleme yönü için 4 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar sürdürülmüştür. Ölçüm bölgesi dışında kesme etkileri sonucunda eğik çatlaklar oluşmuş ancak hasar oluşumunda eğilme etkileri hakim olmuştur. Manto tabakasında manto boyuna donatıları hizasında boyuna çatlaklar oluşmuştur. 3 y yerdeğiştirme süneklik seviyesini takip eden çevrimlerde kesit alt ve üst kısımlarında ezilme ve beton örtüsünde kalkma görülmüştür. Bunda alt ve üst boyuna donatılardaki burkulmanın önemli etkisi olmuştur, (Şekil 3.50). Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve deneysel eğilme momenti kapasiteleri orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılarak Tablo 3.16 da verilmiştir. Buna göre orijinal ve güçlendirilmiş kesit deneysel moment kapasiteleri açısından itme yönünde % 146, çekme yönünde %104; kuramsal moment kapasiteleri açısından ise %138 artış olmuştur. Tablo 3.16 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (11 ve 11-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme

58 Moment (knm) Yük (kn) Şekil 3.45 da verilen yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.46 de verilen deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkilerinde de görülebileceği gibi ilerleyen süneklik seviyelerinde donatıdaki burkulma ve beton örtüsündeki dökülme sonucu bir miktar dayanım kaybı olmuştur. Alt ve üst manto donatıları burkulması ve beton örtüsündeki kalkma nedeniyle deney bölgesinde bulunan ve eğrilik ölçümünde kullanılan yerdeğiştirmeölçerler deney esnasında devre dışı kalmışlardır. Bu nedenle moment-eğrilik ilişkisi deney sonuna kadar elde edilememiştir, (Şekil 3.46). Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:50 kn Tip:B Donatıda Burkulma ve beton örtüsünde kalkma Donatıda Burkulma ve beton örtüsünde kalkma Yerdeğiştirme (mm) 11-R-S 11 Şekil 3.45 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (11-R-S) Eğrilik (1/m) 11-R-S (deneysel) 11-R-S (kuramsal) Şekil 3.46 Moment-Eğrilik İlişkisi (11-R-S) 45

59 +4 y =+46.0mm F=+182 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Beton örtüsünde kalkma Donatıda Burkulma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -4 y =-46.0mm F=-150 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Boyuna Çatlaklar ve beton örtüsünde kalkma Donatıda Burkulma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 46

60 Yük (kn) Yük (kn) Orta kesit üst kenardaki U1 ve MU1 şekildeğiştirmeölçerleri ile elde edilen yükşekildeğiştirme ilişkileri Şekil 3.51 de, alt kenardaki A2 ve MA2 ile elde edilen ilişkiler ise Şekil 3.52 de görülebilir. Şekildeğiştirmeölçerlerin bir kısmı deney esnasında devre dışı kalmıştır. Tüm donatılarda akma sınırı aşılmıştır U2 MU Şekildeğiştirme Şekil 3.51 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (11-R-S; U2, MU2) A2 MA2-300 Şekildeğiştirme Şekil 3.52 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (11-R-S; A2, MA2) Tablo 3.17 de gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.17 Hasar Özeti (11-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 11-R-S D.B.-D.B.D. Var Var Var Var 47

61 R-S numunesi C tipi betonarme manto ile zayıf ekseni etrafında iki yan kenarından güçlendirilen 12-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.53 de, çekme durumu için ise Şekil 3.55 de sunulmuştur. Deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.54 de, çekme yüklemesi için Şekil 3.56 de daha yakından görülebilir. Güçlendirilmiş numune, itme ve çekme yüklemesi yönlerinde 4 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar denenmiştir. Hasar oluşumunda eğilme etkileri hakim olmuştur. Manto tabakasında üst manto boyuna donatısı hizasında boyuna çatlaklar oluşmuş ve +3 y yerdeğiştirme süneklik seviyesinde deney bölgesi üst kenarda betonda ezilme görülmüştür, (Şekil 3.54). Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve deneysel eğilme momenti kapasiteleri, orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılarak Tablo 3.18 de verilmiştir. Tablo 3.18 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (12 ve 12-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Orijinal ve güçlendirilmiş numuneler (12 ve 12-R-S) için elde edilen yükyerdeğiştirme ilişkileri Şekil 3.57 de, güçlendirilmiş eleman kesiti için elde edilen deneysel ve kuramsal moment kapasiteleri Şekil 3.58 sunulmuştur. 48

62 +4 y =+51.2mm F=+192 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Beton örtüsünde ezilme Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -4 y =-51.2mm F=-191 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 49

63 Moment (knm) Yük (kn) Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:50 kn Tip:C Yerdeğiştirme (mm) 12-R-S 12 Şekil 3.57 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (12 ve 12-R-S) Eğrilik (1/m) 12-R-S (deneysel) 12-R-S (kuramsal) Şekil 3.58 Moment-Eğrilik İlişkisi (12-R-S) Orta kesit üst kenarındaki U1 ve MU1 şekildeğiştirmeölçerleri ile elde edilen yükşekildeğiştirme ilişkileri Şekil 3.59 da, alt kenardaki A2 ve MA2 şekildeğiştirmeölçerleri ile elde edilen ilişkiler ise Şekil 3.60 da görülebilir. Tüm donatılarda akma sınırı aşılmıştır. 50

64 Yük (kn) Yük (kn) U1 MU Şekildeğiştirme Şekil 3.59 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (12-R-S; U1, MU1) A2 MA2-300 Şekildeğiştirme Şekil 3.60 Yük-Şekildeğiştirme İlişkisi (12-R-S; A2, MA2) Tablo 3.19 da gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.19 Hasar Özeti (12-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 12-R-S D.B.-D.B.D. Var Var Yok Var 51

65 R-S numunesi B tipi betonarme manto ile kuvvetli ekseni etrafında alt ve üst kenarlarından mantolanan 13-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.61 de, çekme durumu için ise Şekil 3.63 de sunulmuştur. Deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.62 de, çekme yüklemesi için Şekil 3.64 de daha yakından görülebilir. Güçlendirilmiş numune, itme ve çekme yüklemesi yönlerinde 4 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar denenmiştir. Manto tabakasında üst manto boyuna donatısı hizasında boyuna çatlaklar oluşmuş, +3 y ve -3 y yerdeğiştirme süneklik seviyelerinde deney bölgesinde beton örtüsü kalkmıştır. (Şekil 3.62 ve Şekil 3.64). Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve eğilme momenti kapasiteleri orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılarak Tablo 3.20 de verilmiştir. Mantolanmış kesitte itme yönü ve çekme yönü deneysel moment kapasiteleri arasındaki fark boyuna donatıların imalat esnasında kalıpta kaymasına bağlanabilir. Tablo 3.20 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (13 ve 13-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Şekil 3.65 de verilen yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.66 daki deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkilerinde de görülebileceği gibi ilerleyen süneklik seviyelerinde beton örtüsünde ezilme ve kalkma oluşması sonucunda yükte bir miktar düşme görülmüştür. Aynı nedenle deney bölgesinde bulunan ve eğrilik ölçümünde kullanılan yerdeğiştirmeölçerler deney sırasında devre dışı kalmışlardır. Bu nedenle moment-eğrilik ilişkisi deney sonuna kadar elde edilememiştir, (Şekil 3.66). 52

66 +3 y =+35.4mm F=+188 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Beton örtüsünde ezilme ve kalkma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -4 y =-47.2mm F=-152 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Beton örtüsünde ezilme ve kalkma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 53

67 Moment (knm) Yük (kn) Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:100 kn Tip:B Beton örtüsünde ezilme ve kalkma Yerdeğiştirme (mm) 13-R-S 13 Şekil 3.65 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (13 ve 13-R-S) Eğrilik (1/m) 13-R-S (deneysel) 13-R-S (kuramsal) Şekil 3.66 Moment-Eğrilik İlişkisi (13-R-S) Tablo 3.21 de gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.21 Hasar Özeti (13-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 13-R-S D.B.-D.B.D. Var Var Yok Var 54

68 R-S numunesi C tipi betonarme manto ile zayıf ekseni etrafında iki yan kenarından güçlendirilen 14-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.67 de, çekme durumu için ise Şekil 3.69 da sunulmuştur. Deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.68 de, çekme yüklemesi için Şekil 3.70 de daha yakından görülebilir. Güçlendirilmiş numune, itme ve çekme yüklemesi yönlerinde 4 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar denenmiştir. Hasar deney bölgesi dışında oluşan eğilme çatlaklarında yoğunlaşmıştır. Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve eğilme momenti kapasiteleri orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılarak Tablo 3.22 de verilmiştir. Tablo 3.22 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (14 ve 14-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Mantolanmış kesitte itme yönü ve çekme yönü deneysel moment kapasiteleri arasındaki fark boyuna donatıların imalat esnasında kalıpta kaymasına bağlanabilir. Tablo 3.23 de gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.23 Hasar Özeti (14-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 14-R-S D.B.D. Var Yok Yok Var 55

69 +4 y =+46.0mm F=+141 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Deney bölgesi dışında yoğunlaşmış hasar Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -4 y =-46.0mm F=-130 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Deney bölgesi dışında yoğunlaşmış hasar Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 56

70 Moment (knm) Yük (kn) Şekil 3.71 de verilen yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.72 deki deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkilerinde de görülebileceği gibi ilerleyen süneklik seviyelerinde dayanım korunmuştur. Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:100 kn Tip:C Yerdeğiştirme (mm) 14-R-S 14 Şekil 3.71 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (14 ve 14-R-S) Eğrilik (1/m) 14-R-S (deneysel) 14-R-S (kuramsal) Şekil 3.72 Moment-Eğrilik İlişkisi (14-R-S) R-S numunesi C tipi betonarme manto ile zayıf ekseni etrafında iki yan kenarından güçlendirilen 16-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.73 de, çekme durumu için ise Şekil 3.75 de sunulmuştur. Deney bölgesindeki hasar durumu itme 57

71 yüklemesi için Şekil 3.74 de, çekme yüklemesi için Şekil 3.76 da daha yakından görülebilir. Güçlendirilmiş numune, itme ve çekme yüklemesi yönlerinde 4.5 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar denenmiştir. Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve deneysel eğilme momenti kapasiteleri, orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılarak Tablo 3.24 de verilmiştir. Tablo 3.24 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (16 ve 16-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Şekil 3.77 de verilen yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.78 deki deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkilerinde de görülebileceği gibi her iki yönde ani dayanım kaybı gözlenmiştir. Bunda -3.5 y yerdeğiştirme süneklik seviyesinde alt manto donatısında meydana gelen burkulmanın, +3.5 y ve -3.5 y yerdeğiştirme süneklik seviyelerinden itibaren alt ve üst kenarlarda beton örtüsünün kalkmasının etkisi olmuştur. Aynı nedenle deney bölgesinde bulunan ve eğrilik ölçümünde kullanılan yerdeğiştirmeölçerler devre dışı kalmışlardır. Bu nedenle moment-eğrilik ilişkisi deney sonuna kadar elde edilememiştir, (Şekil 3.78). Tablo 3.25 de gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.25 Hasar Özeti (16-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 16-R-S D.B.-D.B.D. Var Var Var Var 58

72 +4 y =+34.4mm F=+91 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Betonda ezilme ve kalkma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -4 y =-34.4mm F=-85 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Betonda ezilme ve kalkma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 59

73 Moment (knm) Yük (kn) Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:100 kn Tip:C Beton örtüsünde kalkma Donatıda burkulma ve beton örtüsünde kalkma Yerdeğiştirme (mm) 16-R-S 16 Şekil 3.77 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (16 ve 16-R-S) Eğrilik (1/m) 16-R-S (deneysel) 16-R-S (kuramsal) Şekil 3.78 Moment-Eğrilik İlişkisi (16-R-S) R-S numunesi C tipi betonarme manto ile zayıf ekseni etrafında iki yan kenarından güçlendirilen 17-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.79 da, çekme durumu için ise Şekil 3.81 de sunulmuştur. Deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.80 de, çekme yüklemesi için Şekil 3.82 de daha yakından görülebilir. 60

74 Güçlendirilmiş numune, itme ve çekme yüklemesi yönlerinde 4 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar denenmiştir. Eğilme etkileri sonucu oluşan hasar deney bölgesi dışında yoğunlaşmıştır. Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve deneysel eğilme momenti kapasiteleri, orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılarak Tablo 3.26 de verilmiştir. Tablo 3.26 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (17 ve 17-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Şekil 3.83 de verilen yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.84 deki deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkilerinde görülebileceği gibi her iki yönde dayanım kaybı meydana gelmiştir. Bunda 2 y yerdeğiştirme süneklik seviyesi ve sonrasında alt ve üst kenarlarda beton örtüsünün ezilmesinin etkisi olmuştur. Tablo 3.27 de gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.27 Hasar Özeti (17-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 17-R-S D.B.D. Var Var Yok Var 61

75 +4 y =+44.8mm F=+121 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Betonda ezilme Deney bölgesi dışında yoğunlaşmış hasar Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -4 y =-44.8mm F=-95 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Betonda ezilme ve beton örtüsünde kalkma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 62

76 Moment (knm) Yük (kn) Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:240 kn Tip:C Beton örtüsünde ezilme Beton örtüsünde ezilme Yerdeğiştirme (mm) 17-R-S 17 Şekil 3.83 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (17 ve 17-R-S) Eğrilik (1/m) 17-R-S (deneysel) 17-R-S (kuramsal) Şekil 3.84 Moment-Eğrilik İlişkisi (17-R-S) R-S numunesi C tipi betonarme manto ile zayıf ekseni etrafında iki yan kenarından güçlendirilen 18-R-S numunesine ait genel hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.85 de, çekme durumu için ise Şekil 3.87 de sunulmuştur. Deney bölgesindeki hasar durumu itme yüklemesi için Şekil 3.86 da, çekme yüklemesi için Şekil 3.88 de daha yakından görülebilir. 63

77 Güçlendirilmiş numune, itme ve çekme yüklemesi yönlerinde 3 y yerdeğiştirme süneklik seviyesine ulaşılıncaya kadar denenmiştir. Eğilme etkileri sonucu oluşan hasar deney bölgesi dışında yoğunlaşmıştır. Güçlendirilmiş numuneye ait kuramsal ve deneysel eğilme momenti kapasiteleri, orijinal numune deneysel ve kuramsal moment kapasiteleriyle karşılaştırılarak Tablo 3.28 de verilmiştir. Tablo 3.28 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri (18 ve 18-R-S) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal Numune) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ Numune) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Şekil 3.87 de verilen yük-yerdeğiştirme ve Şekil 3.88 deki deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkilerinde de görülebileceği gibi her iki yönde de dayanım kaybı gözlenmiştir. Bunda 2 y yerdeğiştirme süneklik seviyesi ve sonrasında alt ve üst kenarlarda beton örtüsünün ezilmesinin ve alt boyuna donatılarda burkulma meydana gelmesinin etkisi olmuştur. Tablo 3.29 de gözlemlere dayanılarak elde edilen hasar özeti verilmiştir. Tablo 3.29 Hasar Özeti (18-R-S) Numune Hasarlı Bölge Kayma Çatlakları Manto Betonu Ayrılma Çatlakları Donatıda Burkulma Betonda Ezilme 18-R-S D.B.-D.B.D. Var Var Var Var 64

78 +3 y =+46.56mm F=+170 kn İtme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (İtme) Beton örtüsünde ezilme ve kalkma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (İtme) -3 y =-46.56mm F=-133 kn Çekme Şekil R-S Numunesinde Hasar Durumu (Çekme) Boyuna donatılarda burkulma Şekil R-S Numunesi Deney Bölgesinde Hasar Durumu (Çekme) 65

79 Moment (knm) Yük (kn) Boyuna Donatı (orijinal): Boyuna Donatı (manto): 412 N:240 kn Tip:C Beton örtüsünde ezilme ve kalkma Beton örtüsünde ezilme ve boyuna donatıda burkulma Yerdeğiştirme (mm) 18-R-S 18 Şekil 3.89 Yük-Yerdeğiştirme İlişkisi (18 ve 18-R-S) Eğrilik (1/m) 18-R-S (deneysel) 18-R-S (kuramsal) Şekil 3.90 Moment-Eğrilik İlişkisi (18-R-S) KarĢılaĢtırmalar Bu bölümde öncelikle elde edilen deneysel ve kuramsal moment kapasiteleri özetlenecek; ardından C tipi mantolama ile güçlendirilen betonarme eleman kesitleri orijinal eleman kesitleri ile eğilme momenti kapasiteleri açısından karşılaştırılacaktır. Karşılaştırma sırasında dikkate alınan parametreler, orijinal kesit boyuna donatı oranı ve uygulanan eksenel yük miktarıdır. Deneysel olarak elde edilen eğilme momenti kapasitesi değerlerinin imalat sırasında donatının kalıpta aşağı çökmesi nedeniyle itme ve çekme yönleri için bir miktar farklı olduğu tahmin edilmektedir. Bu nedenle 66

80 karşılaştırmaların deneysel sonuçlarla oldukça uyumlu olan kuramsal moment kapasitesi değerleriyle gerçekleştirilmesi ve deneysel moment kapasiteleriyle desteklenmesi tercih edilmiştir. Tablo 3.30 da tüm numuneler için elde edilen deneysel ve kuramsal moment kapasiteleri özetlenmiştir. Tablo 3.30 Deneysel ve Kuramsal Eğilme Momenti Kapasiteleri Numune (Güçlendirme Tipi) Pilot-R-S (D) 10-R-S (A) 11-R-S (B) 12-R-S (C) 13-R-S (B) 14-R-S (C) 16-R-S (C) 17-R-S (C) 18-R-S (C) Kapasite Tipi-Yükleme Yönü Moment Kapasitesi (Orijinal) (knm) Moment Kapasitesi (GüçlendirilmiĢ) (knm) DeğiĢim (%) Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme Deneysel-İtme Deneysel-Çekme Kuramsal-İtme, Çekme

81 Buna göre A tipi mantolama ile genişliği ve yüksekliği arttırılan 10-R-S numunesi kesitinde orijinal kesite göre %208; B tipi mantolama ile yalnızca yüksekliği arttırılan 11-R-S ve 13-R-S numuneleri kesitlerinde ortalama %140; C tipi mantolama ile iki yan kenarlarından kesit genişlikleri arttırılan 12-R-S, 14-R-S, 16- R-S, 17-R-S ve 18-R-S numuneleri kesitlerinde %25 ila %45, D tipi mantolama ile yalnızca tek yan kenarından genişliği arttırılan Pilot-R-S numunesi kesitinde %21 eğilme momenti kapasitesi artışı olmuştur. Pilot-R-S numunesi hariç tüm numunelerde dayanım ileri yerdeğiştirme sünekliği seviyelerinde de korunmuştur. Pilot-R-S numunesinde kesme etkileri sonucu ani dayanım kaybı yaşanmıştır. C tipi mantolama ile güçlendirilen numunelere ait orijinal kesit boyuna donatı oranı, uygulanan eksenel yük miktarları ve itme-çekme yönleri için deneysel ve kuramsal eğilme momenti kapasitesi artış yüzdeleri karşılaştırmaların yapılabilmesi amacıyla Tablo 3.31 de sunulmuştur. Tablo 3.31 C Tipi Numuneler İçin Karşılaştırma Tablosu Numune Orijinal Kesit Boyuna Donatı Oranı Uygulanan Eksenel Yük Miktarı (kn) Deneysel Moment Kapasitesi ArtıĢ Miktarı Ġtme Yönü (%) Deneysel Moment Kapasitesi ArtıĢ Miktarı Çekme Yönü (%) Kuramsal Moment Kapasitesi ArtıĢ Miktarı Ġtme ve Çekme Yönü (%) 16-R-S R-S R-S R-S R-S R-S R-S İlk üç satırda verilen numunelere eşit miktarda eksenel yük uygulanmakta ve orijinal kesit boyuna donatı oranları değişken olmaktadır. Buna göre artan boyuna donatı oranları için betonarme mantonun sağladığı kapasite artışı yüzdesi azalma eğilimi göstermektedir. Dördüncü ve beşinci satırlarda orijinal kesit boyuna donatı oranı , altıncı ve yedinci satırlarda ise olarak verilmiştir. Buna karşılık uygulanan eksenel yük 68

82 miktarları her bir donatı oranı grubu için değişkendir. Kuramsal moment kapasitesindeki artış yüzdesi, uygulanan eksenel yük miktarı küçüldükçe artmaktadır. 69

83 4. KURAMSAL ÇALIġMA 4.1 GiriĢ Betonarme yapıların elastik ötesi davranışının incelenmesi esnasında en çok kullanılan araçlardan biri kritik kesitlerde elde edilecek moment eğrilik ilişkileridir. Bu nedenle güvenilir bir elastik ötesi analiz, kullanılacak moment-eğrilik ilişkilerinin güvenilir ve gerçeğe yakın olmasını gerektirir. Bu bölümde, lif yaklaşımı kullanılarak monoton artan eğilme momenti etkileri ve sabit eksenel yüklere maruz mantolanmış betonarme kesitler için kuramsal moment-eğrilik ilişkileri elde edilmektedir. Önce kullanılan kesit çözümleme yöntemine ardından kullanılan malzeme modellerine değinilmiştir. Son olarak da mantolanmış elemanlara ait deneysel ve kuramsal moment-eğrilik ilişkileri sunulmuştur. 4.2 Kesit Çözümleme Yöntemi Monoton artan eğilme momenti etkileri ve sabit eksenel yük altındaki eleman kesitlerine ait moment-eğrilik ilişkilerinin elde edilmesi esnasında aşağıdaki kabuller yapılmaktadır. 1) Eğilmeden önce düzlem olan kesitler, eğilmeden sonra da düzlem kalır (Bernoulli hipotezi). Bunun sonucu olarak şekildeğiştirme dağılımı kesit derinliğince doğrusal olarak değişir. 2) Betonun çekme dayanımı basınç dayanımına oranla çok küçüktür. Oldukça küçük çekme şekildeğiştirmeleri altında bile beton çekme gerilmelerini karşılayamayacak ve çatlaklar oluşacaktır. Çekme bölgesinde kalan çatlamış betonun davranışa önemli bir katkısı olmayacaktır. Bu nedenle betonun çekme dayanımı hesaba katılmamıştır. 70

84 3) Beton ve donatı arasında tam aderans vardır. Donatılardaki şekildeğiştirme komşu beton liflerdeki şekildeğiştirme ile özdeştir. 4) Manto tabakası ve orijinal eleman kesiti tam olarak birlikte çalışmakta ve şekildeğiştirmeler her iki tabakada da doğrusal olarak devam etmektedir. 5) Sünme ve rötre etkileri inceleme dışı bırakılmıştır. Beton gerilme-şekildeğiştirme ilişkisi için İlki ve diğ. (2003) tarafından önerilen ve Bölüm 4.3 de detayları verilen üç doğrudan oluşan ve betonda sargı etkisini göz önüne alan analitik model kullanılmıştır. Boyuna donatı için çelikteki pekleşmeyi hesaba katacak şekilde oluşturulan üç doğrudan oluşan gerilmeşekildeğiştirme ilişkisi kullanılmıştır. Lif yaklaşımı ile yapılan kesit çözümlemesinde Çakıroğlu ve Özer (1980) tarafından verilen ve İlki (2000) tarafından da kullanılmış olan yöntem kullanılmıştır. Düzlemi içindeki kuvvetlerin etkisinde olan düzlem çubuk sistemlerde; M eğilme momenti, N normal kuvvet ve V kesme kuvveti kesit tesirleri ortaya çıkmaktadır. M momenti doğrultusunda dönme (d), N normal kuvveti doğrultusunda uzama (du), V kesme kuvveti doğrultusunda kayma (dv) şekildeğiştirme bileşenleri oluşur, Şekil 4.1. N M V d ds dv ds ds du ds Şekil 4.1 Düzlem Çubuk Sistemlerde Şekildeğiştirme Bileşenleri 71

85 d birim dönme (eğrilik), ds du ds birim boy değişimi, dv ds birim kayma olarak adlandırılmaktadır. Düzlem çubuklarda kesit tesiri-şekildeğiştirme ilişkileri (4.1), (4.2) ve (4.3) bağıntıları ile verilmiştir. d t F M N V t 1,, (4.1) ds h du F2 M, N, V t t (4.2) ds dv F3 M, N, V (4.3) ds Bu bağıntılarda F 1, F 2, F 3 kesit tesirlerine bağlı olan fonksiyonları, t ve t kesite etkiyen düzgün ve farklı sıcaklık değişmeleri, h kesit yüksekliği, t sıcaklık genleşme katsayısıdır. Sıcaklık etkilerinin yanı sıra kayma şekildeğiştirmeleri ile kesme kuvvetinin birim dönme ve birim boy değişimine etkisi ihmal edilirse, kesit tesiri-şekildeğiştirme bağıntıları (4.4), (4.5) ve (4.6) bağıntıları ile ifade edilebilir. d F1 M, N (4.4) ds du F2 M, N (4.5) ds dv 0 (4.6) ds M o eğilme momenti ve N o eksenel kuvvetine maruz betonarme bir elemanda ve şekildeğiştirmelerinin belirlenebilmesi için ve şekildeğiştirmeleri üzerinde ardışık yaklaşımlar yapılır. Ardışık yaklaşımın her adımında elemanın ve şekildeğiştirmeleri tahmin edilir. Her iki değer için de doğru tahmin yapıldığında, ulaşılan şekildeğiştirme dağılışı kullanılarak belirlenen beton ve çelik gerilmelerinin toplanması ile elde edilen bileşke eksenel kuvvet ve eğilme momenti, kesit tesirlerine 72

86 eşit olur. Ardışık yaklaşımların yapılması büyük hesap yükü içerdiği için bir bilgisayar programı yazılmıştır. Ardışık yaklaşım yönteminin uygulanmasında hesap adımları aşağıdaki gibidir. 1. Kesit yatay ve düşey dilimlere bölünür (Şekil 4.2). Mantolanmış betonarme eleman kesitlerinde orijinal beton, manto betonu ve/veya sargılı beton, sargısız beton (beton örtüsü) olmak üzere çeşitli beton tipleri tanımlamak gerekebilir (Şekil 4.3). Bu çalışmada gerçekleştirilen kesit çözümlemeleri esnasında tüm betonlarda sargı etkisinin var olduğu kabul edilmiştir. Kesitler kullanılan beton malzeme tipi sayısı kadar düşey dilime ve 200 yatay dilime bölünerek incelenmiştir. i Dilim i M N h Şekil 4.2 Kesitlerin Yatay Olarak Dilimlenmesi Manto Betonu (Sargılı) Manto Betonu (Sargısız) Manto Betonu (Sargısız) Manto Betonu (Sargılı) Orijinal Kesit Betonu (Sargılı) Orijinal Kesit Betonu (Sargılı) Şekil 4.3 Düşey Dilimleri Oluşturabilecek Beton Tipleri 2. Ardışık yaklaşımı durdurmak üzere, kabul edilebilir göreceli hata seçilir. Göreceli hata (4.7) bağıntısı ile verilmiştir. 73

87 x xo HATA HATA max (4.7) x o Bu bağıntıda x o elemana etkiyen kesit tesiri (eksenel kuvvet veya eğilme momenti), x ise kabul edilen şekildeğiştirme durumunda sözkonusu kesit tesirine karşı gelen beton ve çelik gerilmelerinin bileşkesidir, (bu çalışmada kabul edilebilir göreceli hata olarak kullanılmıştır). 3. Sözkonusu kesit tesirleri gözönüne alınarak, birim dönme ve boy değişimi için ilk tahminler (4.8) ve (4.9) bağıntıları kullanılarak yapılır. M o 1 (4.8) EI N o 1 (4.9) EF Bu bağıntılarda EI ve EF beton kesitin eğilme ve eksenel rijitlikleridir. Beton elastisite modülü E hesaplanırken yatay dilimlerdeki beton tipleri genişlikleri oranında katkıda bulunmuş ve tüm kesit için ortalama beton elastisite modülü elde edilmiştir. 4. Elde edilen birim dönme ve boy değişimi değerlerinden yararlanarak kesit yüksekliğince doğrusal değiştiği kabul edilen şekildeğiştirme dağılışı belirlenir. Bu durumda Şekil 4.2 de gösterildiği gibi tüm beton dilimlerinin ve donatıların eksenlerinde şekildeğiştirmeler belirlenir. 5. Şekildeğiştirme değerleri kullanılarak her bir çelik sırası ve beton dilimindeki gerilme hesaplanır. Bu amaçla beton ve çelik için öngörülen gerilme-şekildeğiştirme modelleri kullanılır. 6. Beton dilimlerinin ve donatıların enkesit alanlarından yararlanılarak sözkonusu şekildeğiştirme durumunda beton ve çelik tarafından karşılanan bileşke eksenel kuvvet ve eğilme momenti hesaplanır. 7. Birim dönme sabit tutulur, ikinci adımda (4.10), sonraki adımlarda (4.11) bağıntısı ile birim boy değişimi için yeni tahminler yapılır. 74

88 N o 2 1 (4.10) N 1 N N (4.11) n o n1 n1 n1 n2 N n1 N n2 Bu birim dönme ve boy değişimi değerleri kullanılarak bulunan N eksenel kuvveti, kesite etkiyen N o eksenel kuvvetine kabul edilebilir göreceli hata oranı ile yaklaşana kadar adımları tekrarlanır. N, N o değerine yeteri kadar yakın olarak elde edildiğinde, hesapla bulunan M eğilme momenti de, kesite etkiyen M o eğilme momentine kabul edilebilir bir hata oranı ile yakınsa çözüm bulunmuş demektir. Aksi halde 8 adımına geçilir. 8. Birim dönme için ikinci tahminde (4.12), sonraki tahminlerde (4.13) bağıntısı kullanılarak yeni değerler elde edilir. M o 2 1 (4.12) M 1 M M (4.13) n o n1 n1 n1 n2 M n1 M n2 Birim dönme için yapılan her yeni tahminde N=N o eşitliği bozulacağı için, birim boy değişimi üzerinde tekrar adımları kullanılarak ardışık yaklaşım yapılır ve bu şart sağlanır. Kabul edilebilir göreceli hata oranı ile N=N o ve M=M o şartları sağlanana kadar adımlarına devam edilir. Bu şartlar sağlandığında söz konusu kesit tesirleri için doğru olan şekildeğiştirme durumu () elde edilmiş demektir. 9. Yeni kesit tesirleri için adımları tekrarlanır. Yukarıda sıralanan işlemler Ek B de verilen akış şemasında özetlenmiştir. İşlemleri gerçekleştirecek bilgisayar programı hazırlanırken olabildiğince kullanıcı dostu ve kolay geliştirilebilir olması amaçlanmıştır. Bu nedenle grafik arayüz kullanma imkanı veren görsel bir programlama dili tercih edilmiş ve Visual Basic 6.0 ile çalışılmıştır. Program oluşturulurken öncelikle beton ve çelik gerilme- 75

89 şekildeğiştirme modelleri için iki ayrı alt program yazılmıştır. Alt program sonuçları farklı durumlar için daha önce el ile hesaplanarak bulunan sonuçlarla karşılaştırılarak güvenilirliği test edilmiştir. Ardından çelik ve beton modülleri moment-eğrilik ilişkisinin belirlenmesi için hazırlanan ana programa göre uyarlanarak eklenmiştir. Moment-eğrilik programında kesit ile ilgili bilgiler kullanıcı arayüzündeki kutulara, donatı ve beton dilimleriyle ilgili bilgiler ise oluşturulan veri dosyalarına girilmektedir. Şekil 4.4 de beton için, Şekil 4.5 de çelik için hazırlanan alt program arayüzleri görülebilir. Moment-eğrilik programı kullanıcı arayüzü Şekil 4.6 da programa ait giriş bilgileri ise Tablo 4.1 de sunulmuştur. Şekil 4.4 Beton Programı Kullanıcı Arayüzü Şekil 4.5 Boyuna Donatı Programı Kullanıcı Arayüzü 76

90 Şekil 4.6 Moment-Eğrilik Programı Kullanıcı Arayüzü Tablo 4.1 Moment-Eğrilik Programı Giriş Bilgileri DeğiĢken Anlamı Açıklama hmax Kabul edilebilir maksimum göreceli hata bekesit Kesit genişliği (mm) hekesit Kesit yüksekliği (mm) idilim Dilim sayısı 200 betontipsayisi Kesitte bulunan beton tiplerinin sayısı s Enine donatı aralığı (mm) su Enine donatılar arası temiz aralık (mm) demirsirasayisi Donatı sırası sayısı (düşeyde) 4 fyh Enine donatı akma dayanımı (MPa) eco Sarılmamış betonda dayanıma karşı gelen kısalma bc Sarılmış kesit genişliği (mm) dc Sarılmış kesit yüksekliği (mm) aboyuna Toplam boyuna donatı alanı mm 2 boycap Boyuna donatı çapı mm w Enine donatıyla tutulmuş boyuna donatılar arasındaki temiz mm mesafe Ashx Kesitte x doğrultusunda toplam enine donatı alanı mm 2 Ashy Kesitte y doğrultusunda toplam enine donatı alanı mm 2 fy1 Boyuna donatı akma gerilmesi MPa das1 Bir sıra boyuna donatı için toplam alan mm 2 hdemir Boyuna donatı sırasının kesit üst kenarından uzaklığı mm elas11 Boyuna donatı elastisite modülü MPa epsposub Boyuna donatıda pekleşmenin başladığı şekildeğiştirme epspsub Boyuna donatıda pekleşmenin sona erdiği şekildeğiştirme fposub Boyuna donatıda pekleşmenin başladığı gerilme MPa fpsub Boyuna donatıda pekleşmenin sona erdiği gerilme MPa fco1 İlgili dilimde sarılmamış beton basınç dayanımı MPa be1 Beton dilim genişliği mm 77