BETONARME YAPILARIN ONARIMI VE GÜÇLENDİRİLMESİ UYGULAMA VE ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, October 2007, Istanbul, Turkey BETONARME YAPILARIN ONARIMI VE GÜÇLENDİRİLMESİ UYGULAMA VE ARAŞTIRMALAR REPAIR AND STRENGTHENING OF REINFORCED CONCRETE BUILDINGS RESEARCH AND APPLICATIONS Uğur ERSOY 1 ÖZET Bu bildiride, yazarın betonarme yapıların onarım ve güçlendirilmesi ile ilgili kırk yıldır yaptığı araştırma ve uygulamalardan edindiği deneyimler aktarılmaktadır. Bildiride, elememan düzeyindeki güçlendirmeden de söz edilmekle birlikte, sistem iyileştirmesi üzerinde yoğunlaşılmaktır. Sistem iyileştirmesi, çerçevelerden oluşan yetersiz veya kusurlu bir yanal yük taşıyıcı sistemin yerine, rijit düşey elemanlardan oluşan yeni bir sistem oluşturmak olarak tanımlanabilir. Sistem iyileştirmesinde en yaygın olarak kullanılan teknik, Dolgulu Çerçeve Yöntemi dir. Bildiride, ODTÜ de kırk yıldır sürdürülmekte olan dolgulu çerçeve yöntemini geliştirmeye yönelik deneysel araştırmalar anlatılmakta ve ülkemizde oluşan depremlerden sonra yapılan uygulamalar ve bu uygulamalardan öğrenilenler özetlenmektedir. Ayrıca, ikibinli yıllarda geliştirilen, taşıyıcı olmayan mevcut bölme ve dolgu duvarların güçlendirilmesi ile oluşturulan bir sistem iyileştirilmesi tanıtılmakta ve bu sistemle ilgili deneysel araştırmalar irdelenmektedir. Anahtar Kelimeler: Betonarme, onarım, güçlendirme, dolgulu çerçeve ABSTRACT The author of this paper has been involved in research and applications related to repair and strengtening of reinforced concrete structures over the past forty years.the main objective of this paper is to convey this experience to the practicing engineers. Although repair/strengthening of reinforced concrete members are briefly discussed, the emphasis is given to system improvement. System improvement can simply be defined as replacing the existing weak lateral load carrying system consisting of nonductile frames by a new system with rigid members. The most common tecnique used for system improvement in Turkey is the Infilled Frame. In this paper the results of the experimental research carried on at the Middle East Technical University on infilled frames during the past fourty years is discussed. Also, lessons learned fom the applications made after the three major earthquakes are summarized. Finally a new system improvement technique developed is introduced and test results on frames strengthened by this technique are discussed. In this technique, the system is improved by strengthening the existing non-structural infill walls. Keywords: Reinforced concrete, repair, strengthening, infilled frame GİRİŞ Onarım ve güçlendirmenin yapı tarihine koşut olarak geliştiğini söylemek sanırım yanlış olmaz. Ondokuzuncu yüzyılın sonlarında ve yirminci yüzyılın başlarında çelik ve betonarme yapılar çoğaldıkça, onarım ve güçlendirmeye gereksinme artmıştır. Deprem sonrası hasar görmüş yapıların onarılması ve hasarsız kusurlu binaların güçlendirilmesi ile ilgili tekniklerin geliştirilmesi, yirminci 1 Prof.,Dr., Boğaziçi Üniversitesi, İnşaat Müh. Blm., İstanbul (ODTÜ emekli), ugur.ersoy@boun.edu.tr 207

2 208 Betonarme Yapıların Onarımı ve Güçlendirilmesi yüzyılın ikinci yarısında ivme kazanmıştır. Teknik geliştirmenin gereği olarak da deneysel araştırmalar aynı dönemde hız kazanmıştır. Ülkemiz, altmışlı yıllarda onarım ve güçlendirme konusunda deneysel araştırma yapan birkaç ülkeden biri olmuştur. İlk deneysel araştırma 1968 yılında ODTÜ de başlamış, son on beş yılda bu daldaki araştırmalara diğer üniversitelerimiz de katılmıştır (Ersoy ve Uzsoy 1971). Bugün artık ülkemizde bu konularda yoğun araştırmalar yapılmakta ve sonuçlar saygın dergilerde yayınlanmaktadır. Bu bildiride ODTÜ de yapılan çalışmalar üzerinde durulacaktır. Yazar, onarım ve güçlendirmeyi iki başlık altında toplamayı uygun bulmaktadır; (a) eleman düzeyinde yapılan onarım/güçlendirme ve (b) sistem iyileştirmesi (Ersoy 1996). Eleman düzeyinde yapılan onarım/güçlendirme için bir tanımlamaya gerek yoktur. Ancak, sistem iyileştirmesi nin bizim anladığımız anlamda açıklanmasında yarar vardır. Sistem iyileştirmesi, ağırlıklı olarak çerçevelerden oluşan, zayıf veya yetersiz bir yatay yük taşıyıcı sistemin yerine rijit düşey elemanlardan oluşan yeni bir sistem oluşturmak olarak tanımlanabilir. Sistem iyileştirmesi, çok sayıda elemanın onarımı/güçlendirilmesi gerektiğinde ve/veya binanın yanal rijitliğinin yetersiz olduğu durumlarda en güvenilir, en ekonomik ve en pratik çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. Mevcut taşıyıcı sistemin, yumuşak kat, kısa kolon gibi bazı zayıflıkları içerdiği durumlarda da sistem iyileştirmesi tercih edilmektedir. Ülkemizde mevcut binalar üzerinde yapılan çeşitli incelemelerde yapı stoğunun büyük bir yüzdesinin yukarıda sıralanan kusur ve yetersizlikleri içerdiği gözlendiğinden, sistem iyileştirmesi onarım/güçlendirme için en uygun yöntem olarak görünmektedir. Nitekim 1992 Erzincan depreminden sonra başlayarak, bu teknik ülkemizde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sistem iyileştirilmesinde kullanılan yöntemler aşağıda sıralanmıştır: Dolgulu Çerçeve Yöntemi Dolgu olarak, yerinde dökme betonarme veya önüretimli paneller kullanılabilir. Ülkemizde yerinde dökme dolgu daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemde, her iki doğrultuda seçilmiş çerçeve gözleri doldurularak perdeye dönüştürülmektedir. Burada önemli olan dolgunun çerçeveye etkili bir biçimde bağlanmasıdır. Dolgulu çerçeve yönteminde amaç, her iki doğrultuda yatay yükün tümünü karşılayabilecek kapasitede perde duvar oluşturmaktır. Bu yapıldığında, mevcut çerçeveler, salt düşey yük taşıyıcı olarak kabul edilmektedir. Çelik Çaprazlı Çerçeve Yöntemi Bu yöntemde, her iki doğrultuda seçilmiş çerçeve gözleri, X biçiminde düzenlenen ve çerçeve köşelerine bağlanan çelik elemanlarla rijitleştirilmektedir. Yöntemin temel felsefesi, dolgulu çerçeve ile aynıdır. Yazar, bu yöntemin ülkemiz için pek uygun olmadığı kanısındadır. Bunun nedeni, çelik çapraz elemanların, çerçevelerin en zayıf noktası olan düğüm bölgelerine yük uygulamasıdır. Bilindiği gibi ülkemizdeki mevcut binaların çoğunda, kolon-kiriş birleşim bölgelerinde enine donatı (etriye) bulunmamaktadır. Güçlendirilmiş Dolgu Duvarlı Çerçeveler Bu yöntemde, binada mevcut taşıyıcı olmayan dolgu duvarlar (örneğin tuğla dolgu) güçlendirilerek her iki doğrultuda yeteri sayıda perde duvara benzer rijit elemanlar oluşturulmaktadır. Bu yöntemin felsefesi de yukarıda özetlenen dolgulu çerçeve yönteminin aynıdır. Mevcut dolgu duvarların güçlendirilmesi, karbon veya cam elyafı ile takviyeli edilmiş polimerler, önüretimli betonarme paneller veya donatılı sıva ile yapılabilmektedir. Onarım ve güçlendirmede davranış bilgisi son derece önemlidir. Binaya yapılacak yerel bir müdahelede bile yapını tümünün davranışını irdelemek gerekir. Bilinçsiz yapılan onarım/güçlendirme, yarar yerine zarar getirebilir. Ülkemizin geçirdiği depremlerde bunun birçok örneği görülmüştür. Bundan sonraki bölümlerde çeşitli onarım/güçlendirme teknikleri ile ilgili bilgi verilecek ve öneriler yapılacaktır.

3 U. Ersoy 209 ELEMAN ONARIMI/GÜÇLENDİRİLMESİ Bu bölümde eleman onarım/güçlendirilmesi ile ilgili kısa bir irdeleme yapılacak ve yazarın deney ve uygulamalardan elde ettiği deneyimler özetlenecektir. Betonarme elemanlarda yapılan onarım/güçlendirme, genelde kapasite artırımına ve/veya sargı etkisi oluşturmaya yöneliktir. Kullanılan bazı teknikler, manto gibi, elemanın rijitliğini artırabilir. Bu nedenle bu tür uygulamalarda bazen rijitlik artırmak da amaçlanabilir. Eleman kapasitesini artırmakta, betonarme veya çelik manto, betonarme katman ekleme, çelik veya elyaflı plaka yapıştırma (örneğin CFRP), en fazla kullanılan yöntemlerdir. Literatürde bu konuda yapılmış çok sayıda deneysel araştırma vardır. Ülkemizde de eleman onarımı ve güçlendirilmesi ile ilgili deneysel araştırmalar yapılmıştır. Yazar, kendi yaptığı ve diğer araştırmacılar tarafından gerçekleştirilen deneylerden ve yapılan uygulamalarda gözlenen sorunlardan edindiği deneyim sonucu, aşağıda sıralanan görüşlere ulaşmıştır: Uygulamayı yapacak mühendisler, uygulayacakları onarım/güçlendirme tekniğinin ne sağlayıp ne sağlamıyacağının bilincinde olmalıdır. Örneğin uygulayıcı, çelik manto ile eksenel yük kapasitesinin artırılabileceğini, ancak eğilme kapasitesinin değiştirilemeyeceğini bilmelidir. Bu bilgiye sahip olabilmek için mühendislerin deneysel araştırmalarla ilgili yayınları izlemeleri gerekmektedir. Kirişlerin eğilme kapasitesini artırmaya yönelik onarım/güçlendirme uygulamasında, mesnetlerde artan eğilme kapasitesinin kirişe gelecek kesme kuvvetini artıracağı unutulmamalı ve buna göre önlem alınmalıdır. Başka bir deyişle uygulayıcı mühendis, yönetmelikteki kapasite tasarımı ilkesini göz ardı etmemelidir. Kirişlerde betonarme manto, uygulama için pek pratik olmasa da, etkili bir onarım/güçlendirme yöntemidir. Hasarsız elemanlara yapılan uygulamalarda, mantolu kesitin rijitliği ve dayanımı %10 kadar azaltılmalıdır. Hasarlı elemanlara yapılan uygulamada ise, rijitlik azaltmasının %20 dolaylarında alınması daha uygun olacaktır. Kirişin belirli bölgelerine yapıştırılan çelik plakaların, karbon veya cam elyafı ile güçlendirilmiş polimerlerin, eğilme kapasitesinin artırılmasında etkin ve pratik bir yöntem olduğu gözlenmiştir. Ancak, yukarıda belirtildiği gibi, eğilme kapasitesinin artmasıyla tasarım kesme kuvvetinin de artması mutlaka dikkate alınmalıdır. Eğilme kapasitesini artıran bu malzemeler, uygun bir düzenleme ile etriye görevini üstlenerek, kesme kapasitesini de artırabilir. Bu tür uygulamada dikkat edilmesi gereken diğer bir husus, bu plakaların kesildiği yerde oluşan gerilme yığılmalarıdır. Yapılan deneylerde plakaların kesildiği yerlerde kesme çatlaklarının oluştuğu gözlenmiştir. Gözlenen bu sorun, betonarme kirişlerde donatı kesilmesi ile oluşan soruna çok benzemektedir. Deneylerde, bu plakaların gereksinme duyulmayan noktadan kiriş derinliği kadar ileriye uzatılmasının ve uçlarının basınç bölgesine bağlanmasının sorunu çözdüğü gözlenmiştir (Ersoy ve Tankut, 1992). Betonarme kolonların onarım/güçlendirilmesinde en yaygın olarak kullanılan yöntem, mantodur. Manto, betonarme veya çelik olabilir. Çelik manto, kolonun dört köşesine oturtulan çelik köşebentlerin, belirli sıklıkta çelik lamalarla birleştirilmesiyle oluşturulur. Lamalar köşebentlere kaynaklanarak birleştirilir. Bu tür mantoda önemli olan, düşey olarak köşelere yerleştirilen köşebentlerin, üstte ve altta konulan plakalarla betonarme elemanlara sıkıca oturtulmasıdır. Eğer yapılabilirse, krikolar aracılığıyla üstte yaslanılacak kiriş biraz itilmeli sonra köşebentler yerleştirilmelidir. Bu yapılamıyorsa, sistem alttaki plakanın çelik kamalarla sıkıştırılmasıyla oturtulabilr. Çelik manto, dört köşesine giydirilen çelik köşebentlerin sağladığı alanla kolonun eksenel yük kapasitesini artırır. Enine düzenlenen lamalar, eğer sık olarak yerleştirilirse ve eğer altına konulan harçla lamaların beton yüzeye tam olarak yaslanması sağlanıyorsa, kolonun sünekliğini de artırır. Ancak çelik manto ile kolonun eğilme kapasitesini artırmak, çok özel detaylar oluşturulmadıkça olası değildir. Betonarme manto, kabuk betonu kazındıktan sonra çekirdek çevresinde yeni bir betonarme katman oluşturarak yapılır. Yeni katmanın içinde hem boyuna donatı hem de etriye olduğundan, manto kolonun kesme ve eksenel yük taşıma kapasitelerini artırır. Eğer yeni katmandaki boyuna donatının katlar arasındaki sürekliliği sağlanmışsa, manto ile kolonun eğilme kapasitesi de artırılmış olur. ODTÜ de yapılan deneylerde, donatı sürekliliğinin iki ayrı yöntemle etkili bir

4 210 Betonarme Yapıların Onarımı ve Güçlendirilmesi biçimde sağlanabileceği gözlenmiştir. Birinci yöntem, yukarıda ve aşağıda açılan deliklerle donatı sürekliliğini sağlamaktır. Yukarıdaki ve aşağıdaki kirişler derin olduğunda bu yöntem pratik olmaz. Bu gibi durumlarda ikinci yöntem kullanılabilir. İkinci yöntemde, kirişlere Hilti ile açılacak deliklere boyuna donatı filizleri yüksek dayanımlı yapıştırıcı ile tutturulur. Delik derinliğinin 15 donatı çapı olması yeterlidir. Beton çok kötüyse bu derinlik artırılmalıdır (Ersoy ve Tankut, 1991). Manto içindeki etriyelerin serbest boyu genelde etriye çapının yirmi beş katından büyük olur. Bu gibi durumlarda sargı etkisi çok düşük düzeyde kalır. Sargının etkili olması isteniyorsa, mantonun ara boyuna çubukları, çekirdek betonuna bağlanarak, etriye serbest açıklığı küçültülebilir. Çekirdek betonuna bağlanma, çekirdek delinerek yapılır. Bu deliklere yapıştırıcı ile tutturulan çubuğun manto boyuna donatısına bağlanması ile etriyeye istenen mesnet sağlanmış olur. Betonarme manto yapıldığında, hesaplarda kullanılacak dayanım ve rijitlikte bir azaltma yapılması gerekmektedir. Bu azaltmanın büyüklüğü, deneysel araştırmalarla saptanmıştır. Bizim yaptığımız deneylerden elde ettiğimiz sonuçlara göre hasarsız bir kolona manto, ister yük altında, ister yük kaldırıldıktan sonra yapılsın, hesaplarda dayanımı %5, rijitliği de %10 azaltmak yeterli olacaktır. Aynı araşrırma projesinde, hasarlı kolonlara uygulanacak mantonun dayanım ve rijitliğinin yük altında yapılıp yapılmadığının çok önemli olduğu gözlenmiştir.yapılan deneyler, hasarlı bir kolona manto yük kaldırıldıktan sonra uygulanmışsa, dayanımın %10, rijitliğin ise %20 azaltılmasının uygun olacağını göstermiştir. Eğer manto yük kaldırılmadan yapılmışsa, dayanım hesabında mevcut çekirdeğin hesaba katılmaması uygun olacaktır. Hesaplarda eğilme rijitliği de %30 azaltılmalıdır (Ersoy ve Tankut, 1991). Pratikte yük kaldırılarak yapılan manto çok enderdir. Kolon mantosu genelde yük altında yapılmaktadır. Ülkemizdeki betonarme binaların kolonlarında gözlenen en önemli zayıflıklar, yetersiz sargı donatısı ve boyuna donatıda kat düzeyinde yapılan ve genelde boyu yetersiz bindirmeli eklerdir. Son yıllarda birçok üniversitemizde kolonların sorunlu bölgelerini iyileştirmeye yönelik deneysel çalşmalara öncelik verilmiştir. Bu deneylerde, sargısı yetersiz kolonlara dıştan sarılan karbon veya cam liflerle güçlendirilmiş polimerlerin etkili bir sargı oluşturduğu gözlenmiştir. Bu uygulama yapılırken, dikdörtgen kesitli kolonların köşelerinde spiral zımpara ile pah yapılması önemlidir. Bu yapılmadığında, sarılan liflerin kırılıp etkili olmaması sözkonusudur. Karbon veya cam elyafı ile güçlendirilmiş polimer katmanlarla yapılan sargılamanın, kolon boyuna donatısında bindirmeli ek yapılan bölgede etkili olup olamıyacağı tartışmaya açıktır. Yazarın kanısına göre eğer kolon boyuna donatısı nervürsüz düz çubuklardan oluşuyorsa, dışarıdan yapılan sargının etkisi çok sınırlı olacaktır. Nervürlü donatı kullanılan durumlarda ise sargının önemli etkisi olacaktır. Bunun nedeni, nervürlü donatının kenetlenmesinin dişler nedeniyle mekanik bir kenetlenme oluşu ve bu nedenle donatı çevresinde çekme gerilmeleri oluşmasıdır. Sargının, bu tür çekme gerilmelerini karşıklayarak etkili olması doğaldır. Düz yüzeyli donatının kenetlenmesi ise, yapışma ve sürtünme ile sağlandığından, sargı fazla etkili olmayacaktır. Bazı araştırmacılar, bindirme eklerindeki sorunu çözmek için kabuk betonunun kırılarak bindirme bölgesindeki donatıların kaynaklanmasını önermektedir. Bu tür bir uygulama gerçekten sorunu çözümleyecektir. Ancak mevcut binalarımızın büyük bir çoğunluğunda kullanılan donatının kaynaklanmaya uygun olmadığı ve birçok binada bindirilen iki çubuğun bitişik değil, biribirinden uzak olabileceği düşünüldüğünde, bu tür bir uygulamanın ülkemiz için pek uygun olmadığı söylenebilir. SİSTEM İYİLEŞTİRMESİ Bu bölümde tüm sistem iyileştirme yöntemleri irdelenmeyecek, yazarın ülkemiz için daha uygun bulduğu ve yaptığı araştırmalarla gelişmesine katkıda bulunduğu iki yöntem üzerinde durulacaktır. Bu yöntemler; (a) betonarme dolgulu çerçeve tekniği ve (b) taşıyıcı olmayan dolgu duvarları güçlendirme tekniği olarak tanımlanabilir. Yazar, binanın boşaltılabileceği durumlarda (a) yı, boşaltılmadan yapılacak uygulamalarda ise (b) yi tercih etmektedir.

5 U. Ersoy 211 Betonarme Dolgulu Çerçeveler Bu yöntemde, her iki doğrultuda seçilmiş çerçeve gözleri, çerçeveye bağlanan yerinde dökme betonarme duvarla doldurulmaktadır. Oluşan bu dolgulu çerçevenin bir perde duvar gibi davrandığı varsayılmaktadır. Herbir doğrultuda tüm deprem etkisini karşılayabilecek kadar dolgulu çerçeve yapıldığında, perde gibi davranan bu rijit elemanlar, yeni bir yatay yük taşıyıcı sistemi oluşturmaktadır. Ülkemizde dolgulu çerçeve tekniği ilk kez 1968 de yazar ve Ş. Uzsoy tarafından Bartın depreminde hasar gören tek katlı bir endüstri yapısına uygulanmıştır. O dönemde bu tür bir sistemin danranışı ve yapım detayları ile ilgili yeterli bilgi birikimi olmadığından, güçlendirme projesinde ve yapım aşamasında çok sayıda varsayım yapılmıştır. Yapılan bu uygulamanın doğru olup olmadığını ve bu sistemin nasıl davrandığını anlamak için ODTÜ Yapı Mekaniği Laboratuvarı nda TÜBİTAK destekli bir deneysel araştırma projesi oluşturulmuştur. Bu projede, yapılan uygulamadaki gibi tek katlı dolgulu çerçeveler denenmiştir (Ersoy ve Uzsoy, 1971). Seksenli yıllarda ODTÜ de daha kapsamlı bir deneysel araştırma projesi düzenlenerek iki katlı, tek açıklıklı betonarme dolgulu çerçeveler depremi benzeştiren tersinir-tekrarlanır yükler altında denenmiştir (Altın vd., 1992). Bu araştırmanın asal amacı, dolgu ve çerçeve arasında en etkili bağlantıyı bulmak ve dolgunun bağlandığı kolonların dayanımının ve taşıdıkları eksenel yükün dayanım ve davranış üzerindeki etkilerini araştırmaktı. Araştırmada, dolgu donatısı için de çeşitli desenler kullanılmıştır. Deneylerin diğer bir amacı da dolgulu çerçevenin hesaplarda kullanılacak dayanım ve rijitliğinin saptanmasıydı. Dolgulu çerçeve ile ilgili çok sayıda değişken olduğundan, dolgunun uygulandığı çerçevenin sorun çıkarmaması için bunlar yönetmeliğe uygun olarak detaylandırılmışlardı. Ayrıca, dolgu hasarsız çerçeveye uygulanmıştı. Bu araştırma projesi sonucunda dolgulu çerçevenin davranışı, dayanımı ve rijitliği ile ilgili önemli bilgiler elde edilmiş ve kullanılması gereken detaylar saptanmıştır. Deneylerde, en etkili dolgu-çerçeve bağlantısının, çerçeve elemanlarına açılan deliklere özel yapıştırıcı (epoxy) ile tutturulan nervürlü donatı çubullarından oluşan filizlerle sağlandığı gözlenmiştir. Bu yöntemle oluşturulan dolgulu çerçevelerin, aynı boyut, aynı donatı detayı ve aynı malzemeler kullanılarak yapılan bir perde duvar gibi davrandığı saptanmıştır. Yukarıda sözü edilen proje, dolgulu çerçeve tekniği konusunda atılan ilk ve en önemli adım olmuştur. Ancak hala çözülmesi gereken bazı önemli sorunlar vardı. Yapılan bu deneysel araştımada, dolgu uygulanan çerçeveler yönetmeliğe uygun olarak tasarlanıp detaylandırılmıştı. Çerçevelerin beton dayanımı normal düzeylerdeydi ve dolgu hasar görmemiş çerçevelere uygulanmıştı. Uygulamada ise dolgu yapılan betonarme çerçevelerin büyük bir çoğunluğu yönetmeliğe uygun değildi ve çeşitli kusurlar içeriyordu. Mevcut yapılarda gözlenen kusurların birçoğu ortaktı. Genelde mevcut binalardaki çerçevelerde beton dayanımı düşüktü, kolon ve kiriş uçlarında yeterli sargı dontısı yoktu, kolonlar kirişlerden daha güçsüzdü, kolon boyuna donatısındaki bindirmeli ekler kat düzeyinde yapılmıştı ve bindirme boyları yetersizdi. Kolon-kiriş birleşimlerinde etriye bulunmuyordu ve kirişlerin alt donatısının kenetlenmesi yetersizdi. Yapılan uygulamaların çoğunda, dolgu hasar görmüş çerçevelere yerleştirilmişti. Yukarıda sıralanan ve uygulamada karşılaşılan bu sorunlara yanıt bulmak için ODTÜ de yeni bir araştırma projesi düzenlenmiştir (Sonuvar vd., 2004). Bu projedeki deney elemanları da bir önceki projedeki gibi tek katlı, tek açıklıklı betonarme dolgulu çerçevelerden oluşmaktadır. Ancak dolgu yapılan çerçeveler, mevcut binalarda gözlenen ve yukarıda sıralanan ortak kusur ve yetersizlikleri içermektedir. Ayrıca, dolgu uygulanmadan önce çıplak çerçeveler orta hasar görünceye kadar tersinir-tekrarlanır yatay yük altında test edilmiştir. Başka bir deyişle dolgu orta hasarlı çerçevelere uygulanıyordu. Özetle, bu projedeki deney elemanlarının özellikleri ve deneyler, ülkemizdeki gerçekler ve uygulama göz önünde bulundurularak planlanmıştı. Bu deneylerin bir bölümü yeni kurulan Boğaziçi Üniversitesi Yapı Laboratuvarı nda yapılmıştır (Türk vd., 2006). Yapılan deneylerde, kusurlu ve hasarlı çerçevelerden oluşturulan dolgulu çerçeveler in dayanım ve rijitlikerinin, daha önceki araştırmada test edilen kusursuz ve hasarsız çerçevelere oranla daha düşük olduğu saptanmıştır. Ancak bunlar çıplak çerçevelerle kıyaslandığında, dayanım ve rijitlikte çok önemli artışlar olduğu gözlenmiştir. Enerji tüketimi açısından kusurlu ve hasarlı

6 212 Betonarme Yapıların Onarımı ve Güçlendirilmesi dolgulu çerçeveler ile kusursuz hasarsız çerçeveler arasında çok büyük farklar olmadığı gözlenmiştir. Hasarlı ve kusurlu dolgulu çerçevelerde dayanım ve rijitliği en olumsuz etkileyen kusurun, kat düzeyinde kolon boyuna donatısındaki yetersiz boya sahip bindirmeli ekler olduğu görülmüştür. Depremlerden sonra yapılan incelemelerde bindirmeli eklerle ilgili bu kusurun mevcut binaların büyük bir çoğunluğunda var olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle bindirmeli eklerin dolgulu çerçeve davranışı üzerindeki olumsuz etkisinin gözardı edilmemesi gerekir. ODTÜ de yapılan çalışmada bu olumsuz etkinin giderilmesi veya azaltılması için çeşitli önlemler düşünülmüş ve bu önlemlerle oluşturulan dolgulu çerçeveler laboratuvarda test edilmiştir. Bu önlemler arasında en etkili olanı Şekil 1 de gösterilmiştir (Sonuvar vd., 2004).Yapılması gereken, dolgu uçlarında büyük çaplı en az dört donatı çubuğu yerleştirilerek, bir anlamda yeni kolonlar oluşturmaktır. Bu çubuklar şekilde gösterildiği gibi deprem etriyeleri ile sarılmalıdır. Doğal olarak dolguya eklenen bu boyuna donatı çubukları, en az aynı alana sahip filizlerle aşağıdaki ve yukarıdaki kirişlere bağlanmalıdır. Filizler şekilde gösterilmemiştir. Dolgu uçlarına eklenen donatının alanı, kolondaki boyuna donatı alanına yakın olmalı ve hiçbir zaman yüzde ellisinden az olmamalıdır. Ek donatının yerleştirilmesinde sorun olursa, o bölgede duvar kalınlığı artırılabilir. Şekil 1. Geliştirilen güçlendirilmiş dolgu Yapılan tüm deneylerde deney elemanı olarak tek açıklıklı çerçeveler kullanılmıştı. Yanal yükün sistemdeki dolgulu çerçeveler ve çıplak çerçeveler arasında paylaşımını saptamak amacıyla ODTÜ de yeni bir deney elemanı geliştirilmiştir. Bu deney elemanı, iki katlı, üç açıklıklı bir çerçevedir. Dolgu, salt ortadaki çerçeve boşluğuna uygulanmaktadır. Bu açıklığa uygulanan dolgunun kalınlığı, dolgu kesit alanının, sistemin plan alanına oranını yaklaşık %1 yapacak şekilde seçilmiştir. Bu oran, uygulamada önerilen orana uygundur. Deney elemanı Şekil 2 de gösterilmiştir. Şekil 2. İki katlı, üç açıklıklı deney elemanı

7 U. Ersoy 213 Deneyde, uygulanan yanal yükün kenardaki iki kolon ve ortadaki dolgulu çerçeve arasında nasıl paylaşıldığını saptamak için özel bir yük hücresi geliştirilmiş ve bu hücre iki dış kolonun tabanına yerleştirilmiştir. Geliştirilen yük hücresi aracılığı ile kolonlardaki eksenel yük, kesme kuvveti ve moment ölçülebilmiştir. Doğal olarak geliştirilen bu yük hücresi deneyde kullanılmadan önce bilinen yüklemeler altında test edilmiş ve doğru sonuçlar verdiği kanıtlanmıştır (Canbay vd., 2004). İki katlı, üç açıklıklı çıplak çerçeveler birinci aşamada depremi benzeştiren, tersinen tekrarlanan yanal yükler altında önemli ölçüde hasar oluşuncaya kadar test edilmiştir. Bu deneyde, kiriş uçlarındaki ve kolon tabanındaki boyuna donatıların aktığı saptanmıştır. İkinci aşamaya geçilmeden önce hasar görmüş deney çerçevesinin orta gözüne, yerinde dökme betonarme duvar yerleştirilmiş ve bu dolgu daha önceki deneylerdeki gibi çerçeve elemanlarına gömülen filizlerle çerçeveye bağlanmıştır. Dolgu betonu yeterli dayanımı kazandıktan sonra deney çerçevesi yerine yerleştirilmiş ve ölçüm düzeneği kurulmuştur. Bu arada kolonlar üzerine kalıcı eksenel yükler de konulmuştur. Deneyde, çıplak çerçevede olduğu gibi depremi benzeştiren tersinen-tekrarlananan ve her dönüşümde artırılan yanal yük uygulanmıştır. İkinci aşama deneye başlamadan önce hasar görmüş olan çerçevede hiçbir onarım yapılmamıştır. Bu nokta da son derece önemlidir. İkinci aşama deneyde, hasar görmüş elemanlar onarılmamış olmasına karşın sistem iyi bir davranış sergilemiş ve enerji tüketilebilmiştir. Çıplak çerçeve ile kıyaslandığında, dayanım ve rijitlikte önemli ölçüde artışlar gözlenmiştir (Canbay vd., 2003). Dış kolonlar tabanında alınan ölçümler, yanal yükün en az %90 ının dolgulu çerçeve tarafından karşılandığını göstermiştir. Bu nedenle hasar görmüş elemanlar onarılmamış olmasına karşın sistem sağlıklı bir biçimde davranabilmiştir. Burada önemli bir noktaya dikkat çekmekte yarar vardır. Deneylerde gözlenen davranış ile gelişmiş bilgisayar programlarından elde edilen sonuçlar arasında önemli farklar olduğu görülmüştür. Yapılan incelemelerde, bu farkların nervürsüz donatıdaki sıyrılmadan kaynaklandığı anlaşılmıştır. Sıyrılma, özellikle kolon tabanında boyuna donatıda yapılan bindirmeli eklerin bulunduğu bölgelerde gözlenmiştir. Onarım ve güçlendirme yapılacak binaların çözümlenmesinde bu önemli olay mutlaka dikkate alınmalıdır. Uygulamada, bazen dolguda kapı veya pencere boşluğu bırakmak zorunluluğu doğmaktadır. Gazi Üniversitesi nde betonarme dolguda değişik konum ve büyüklükteki kapı boşlukların davranış üzerindeki etkileri incelenmiştir (Anıl vd., 2006). Deney elemanları olarak tek katlı, tek açıklılık çerçeveler kullanılmış, oluşturulan dolgulu çerçeveler tersinen-tekrarlanan yanal yükler altında test edilmiştir. Sonuç olarak, dolgu duvar bir ucunda mevcut kolona saplanıyorsa ve dolgunun serbest ucunda bir gizli kolon oluşturulmuşsa, davranış oldukça iyi olmaktadır. Bırakılan kapı boşluğunun çerçeve açıklığına oranı 1/4 veya daha az ise, dayanımdaki azalma yaklaşık %20, rijitlikteki azalma da %50 dolaylarında olmaktadır. Betonarme Dolgulu Çerçeve Uygulaması ile İlgili Öneriler Ülkemizde son kırk yılda dolgulu çerçeveler üzerinde yapılan deneyler ve 1992 Erzincan depreminden bu yana yapılan uygulamalar ışığında betonarme dolgulu çerçevelerin tasarım ve yapımı ile ilgili aşağıda öneriler oluşturulmuştur. Dolgulu çerçevelerin oluşturduğu perde kesit alanı, her bir doğrultuda, aşağıda verilenden orandan az olmamalıdır. Denklemdeki Σ Aw, o doğrultudaki perdelerin (dolgulu çerçeve) toplam kesit alanı, ΣApi tüm katların plan alanının toplamı, A pt ise binanın tabandaki plan alanıdır. Σ A ΣA w 0.01A pt pi (1)

8 214 Betonarme Yapıların Onarımı ve Güçlendirilmesi Hesaplarda dolgulu çerçevedeki en büyük kesme kuvvetinin aşağıdaki sınırı aşmaması gerekir. Denklemdeki A, perde nominal alanıdır. Nominal perde alanı, dolgu kalınlığının, dolgu wn yapılan iki kolonun dış yüzeyleri arasındaki uzaklığıyla çarpılması ile elde edilir. V f A (2) 1 duvar 3 ck wn Dolgu donatısı, dolgunun her iki yüzünde karesel bir ağ oluşturmalı ve perde duvarlar için yönetmelikte verilen orandan az olmamalıdır. Dolgu, tüm çerçeve elemanlarına nervürlü çubuklardan oluşan filizlerle bağlanmalıdır. Filizler, çerçeve elemanlarında açılacak deliklere epoxy ile kenetlenmelidir. Filizlerin kesit alanı, o yöndeki dolgu donatısı alanından az olmamalıdır. Beton dayanımının 10 MPa dan az olduğu durumunda filiz alanı artırılmalıdır. Dolgunun temele bağlandığı kesitte filizler iki katına çıkarılmalıdır. Dolguda olabildiğince boşluk bırakılmamalıdır. Boşluk bırakmak zorunlu olduğunda, boşluk kenarlarına özel donatı yerleştirilmeli ve boşluk oranına göre dayanım ve rijitlikte azaltma yapılmalıdır. Bu azaltma için Gazi Üniversitesi nde yapılan deneylerin sonuçlarından yararlanılabilir (Anıl vd., 2006) Dolgunun bağlandığı kolonların boyuna donatısında kat düzeyinde bindirmeli ek yapılmışsa ve bindirme boyu yetersizse, perde uçlarında Şekil 1 de gösterilen donatı düzeni oluşturulmalıdır. Filizler, dolgu içinde en az 35Ф, çerçeve elemanlarında ise (epoxy ile ankraj) en az 15Ф boyunda kenetlenmelidir. Dolgu yapılırken üstte mm boşluk bırakılmalı ve bu boşluk daha sonra rötre yapmayan harçla doldurulmalıdır. Güçlendirilmiş Dolgu Duvarlı Çerçeveler Bundan önceki bölümde ele alınan betonarme dolgulu çerçeve, deneysel olarak ayrıntılı olarak incelenmiş, hesap ve yapım için gerekli ilkeler belirlenmiş ve çeşitli kentlerde bunun uygulanması yapılmıştır. ODTÜ de geliştirilen bu yöntemin, güvenilir, pratik ve ekonomik bir yöntem olduğu kanıtlanmıştır. Betonarme dolgulu çerçeve yönteminin en önemli dezavantajı, onarılacak/güçlendirilecek binanın boşaltılma zorunluluğudur. Bugün ülkemizde ve diğer ülkelerde en büyük sorun, depreme karşı güçlendirilmesi gereken çok sayıda bina bulunması ve bunların boşaltılarak güçlendirilmesinin pratik bir çözüm olmamasıdır. Bu sorunun çözümü için güçlendirme aşamasında binanın kullanımını engellemeyecek, başka bir deyişle binanın boşaltılmasını gerektirmeyecek yöntemler geliştirmek gerekmektedir. ODTÜ de bu konu üzerinde çalışmalar yapılmış ve mevcut binalardaki taşıyıcı olmayan tuğla, ytong ve benzeri dolgu duvarlar güçlendirildiğinde, perde duvar gibi davranacakları kanısına varılmıştır. Güçlendirmede karbon lifli polimerlerin (CFRP) veya kolayca taşınabilecek ön üretimli betonarme panoların kullanılmasına karar verilmiştir. Bu tür güçlendirmelerin kullanımı engellemiyeceği yapılan incelemeler sonucu anlaşılmıştır. Bu amaçla ODTÜ de kapsamlı bir araştırma projesi oluşturulmuş ve proje NATO ve TÜBİTAK tarafından finanse edilmiştir. ODTÜ de planlanan ve yönetilen bu projeye, yurtdışından ABD, Yunanistan ve Makedonya, yurtiçinden ise İTÜ, Boğaziçi ve Kocaeli Üniversiteleri katılmıştır. Projenin temel amacı, dolgu duvarların güçlendirilmesine dayanan bu tür yöntemlerin geçerliliğini deneysel olarak kanıtlamak ve gerekli hesap yöntemlerini oluşturmaktı. Bu projede üç tür deney elemanları kullanılmıştır: (a) tek katlı, tek açıklıklı çerçeveler, (b) tek açıklıklı, iki katlı çerçeveler ve (c) orta açıklığı dolgulu, üç açıklıklı, iki katlı çerçeveler. Tüm deney elemanları tersinir-tekrarlanır yanal yükler altında denenmiştir. Son aşamada deney elemanları Üsküp teki sarsma masasına konarak da denenmiştir. Tüm deneylerde dolgu olarak ölçeklendirilmiş tuğla kullanılmıştır. Yukarıda sözü edildiği gibi duvar güçlendirilmesinde iki ayrı teknik kullanılmıştır. Bunlardan birinde, dolgu duvarların güçlendirilmesinde karbon lifli polimer tabakalar kullanılmıştır. ODTÜ de yapılan deneylerde polimerin dolgu duvara bağlanmasını sağlayacak özel

9 U. Ersoy 215 ankrajlar geliştirilmiş ve polimer tabakaların yerleştirilmesinde değişik desenler denenmiştir. Bu deneyler sonucu, ekonomi de dikkate alınarak karbon lifli polimer (CFRP) şeritlerin çerçevenin bir köşesinden diğerine uzanan çaprazlar olarak düzenlenmesi uygun görülmüştür. Yapılan deneylerde, iyi ankraj sağlandığında, güçlendirilmiş dolgulu çerçevenin dayanımının, güçlendirilmemiş dolgu duvarlı çerçevenin yaklaşık iki katına eriştiği gözlenmiştir. Daha da önemlisi, güçlendirilmemiş dolgu duvar, tersinen tekrarlanan yükler altında dağıldıktan sonra, davranış çerçeve davranışına dönüşürken, güçlendirilmiş dolgu dağılmadığından, tekrarlanan ve tersinen yükler altında sistem perde duvar gibi davranmaya devam etmektedir (Özcebe vd., 2003), (Özden vd., 2005), (Yüksel vd., 2006). Dolgu duvarların güçlendirilmesinde kullanılan ikinci yöntemde, iki kişinin kolayca taşıyabileceği büyüklükte önüretimli panolar kullanmaktadır. Bu panolar dolgu duvarın iki yüzüne yapıştırılmakta ve özel ankrajlarla çerçeveye bağlanmaktadır. Deneyler, bu tür bir yöntemin de dolgu güçlendirilmesinde etkili olarak kullanılabileceğini göstermiştir (Tankut vd., 2003). Geliştirilen bu iki yöntemle güçlendirilen tuğla dolgulu çerçeveler Üsküp te sarsma masası üzerinde de denenmiştir. Sarsma masasında, 1999 Marmara ve Düzce depremi kayıtları uygulanmış ve güçlendirilen çerçeveler hasar görmemiştir. Yukarıda özetlenen her iki güçlendirme yöntemi de kullanımı engellemeden uygulanabilecek niteliktedir. SONUÇ VE ÖNERİLER Türkiye, betonarme yapıların onarımı ve güçlendirilmesi ile ilgili araştırmalarda öncülerden biri olmuştur. Ülkemizde bu konudaki deneysel araştırmalar bundan yaklaşık kırk yıl önce ODTÜ de başlamış ve hız kazanarak devam etmiştir. Bu deneysel araştırmaların sonunda özellikle sistem iyileştirmesi ile ilgili yöntemler geliştirilmiş, hesap ve yapımla ilgili öneriler oluşturulmuştur. Son onbeş yılda, başta İTÜ, Gazi, Boğaziçi ve Kocaeli Üniversiteleri olmak üzere birçok laboratuarda onarım/güçlendirme ile ilgili deneysel çalışmalar yapılmaktadır. Bu bildirinin başında, onarım ve güçlendirme iki başlık altında toplanmıştı: (a) eleman düzeyinde onarım/güçlendirme ve (b) sistem iyileştirmesi. Bu bildirinin yazarı, 1968 Adapazarı depreminden bu yana ülkemizdeki deprem hasarlarını ve nedenlerini incelemektedir. Bu incelemeler sonunda mevcut betonarme binalarımızın büyük bir çoğunluğunda, sistem, malzeme ve donatı düzenlenmesi ile ilgili birçok ortak kusur olduğu saptanmıştır. Bunlar göz önünde bulundurulduğunda, ülkemiz için sistem iyileştirmesi nin en uygun yaklaşım olduğu kanısına varılmıştır. Yazar, onarım/güçlendirme aşamasında boşaltılabilecek binalar için Betonarme dolgu çerçeve yöntemi in, kullanımı engellemeden yapılacak güçlendirmede ise, mevcut dolgu duvarların CFRP veya benzeri bir malzeme veya önüretimli panolarla güçlendirilmesine dayanan yöntemleri önermektedir. Bu yöntemler, ülkemizde yapılan araştırmalarla geliştirilmiştir. Bu konularda tasarımcı ve yapımcıya ışık tutacak birçok yayın mevcuttur (Binici vd., 2007). Onarım ve güçlendirme, bir bilim olduğu kadar sanattır. Bu işle uğraşan mühendisin çok iyi bir davranış bilgisine sahip olması gerekir. Hiçbir onarım/güçlendirme yöntemi bir şablon olarak uygulanamaz. Yöntem, binanın özelliklerine göre şekillendirilmelidir. Bilinçsiz yapılan onarım/güçlendirme, yararlı olamayacağı gibi, binayı daha da zayıflatabilir. KAYNAKLAR Altın S, Ersoy U, Tankut T (1992) Hysteretic Response of RC Infilled Frames, ASCE Structural Journal, V.118, No:8 Anıl Ö, Altın S (2006) An Experimental Study on RC Partially-Infilled Frames, Engineering Structures, V. 1, No.8 Binici B, Özcebe G, Özçelik R (2007) Analysis and Design of FRP Composites for Seismic Retrofit of Infill Walls in RC Frames, Composites, Part B Engineering, 38(5-6) Canbay E, Ersoy U, Tankut T (2004) A Three-Component Force Transducer for RC Structural Testing, Engineering Structures.

10 216 Betonarme Yapıların Onarımı ve Güçlendirilmesi Canbay E, Ersoy U, Özcebe G (2003) Contribution of RC Infills to the Seismic Behavior of Structural Systems, ACI Structural Journal, V.100, No:5 Ersoy U (1996) Seismic Rehabilitation Application, Research, and Current Needs, Proceedings of the 11. World Conference on Earthquake Engineering (invited paper), Acapulco, Mexico. Ersoy U, Tankut T (1992) Current Research at METU on Repair and Strengthening of RC Structures, Bulletin of ITU (invited paper), V.45, No:1-3 Ersoy U, Tankut T (1999) Jacketed Columns Subjected to Combined Axial Load and Reversed Cyclic Bending, Proceedings of the 6. Canadian Conference on Earthquake Engineering, Toronto, Canada. Ersoy U, Uzsoy Ş (1971) Dolgulu Çerçevelerin Davranış ve Mukavemeti, TÜBİTAK Araştırma Raporu, MAG Özcebe G, Ersoy U, Akyüz U, Erduran I (2003) Rehabilitation of Existing RC Structures using CFRP Fabrics, Proceedings of the 13. World conference on Earthquake Engineering, Paper No. 1393, Vancouver, Canada. Özden Ş, Akgüzel U (2005) CFRP Overlays in Strengthening of Frames with Column Rebar Splice Problems, Proceedings of the NATO International Closing Workshop under Subproject SFP977231, May, İstanbul. Sonuvar O, Özcebe G, Ersoy U, (2004) Rehabilitation of RC Frames with RC Infills, ACI Structural Journal, V.10, No:4 Tankut T, Ersoy U, Özcebe G, Baran M, Okuyucu D (2003) In-Service Seismic Strengthening of RC Framed Buildings, NATO SFP Workshop on Seismic Assessment and Rehabilitation of Existing Buildings, NATO Science Series, V. 29, Kluwer Academic Publishers. Türk M, Ersoy U, Özcebe G (2006) Effect of Introducing RC Infill on Seismic Performance of Damaged RC Frames, Sturctural Engineering and Mechanics, V.23, No:5 Yüksel E, İlki A, Erol G, Demir H, Karadoğan F (2006) Seismic Retrofit of Infilled RC Frames with CFRP Composites, Advances in Earthquake Engineering for Urban Risk Reduction, NATO Science Series 4, V. 66, Springer, Dordrecht, The Netherlands.