Basit Eğilme Etkisindeki Elemanlar Yapı Elemanlarının Davranışı Yrd. Doç. Dr. Barış ÖZKUL Betonarme yapılardaki kiriş ve döşeme gibi yatay taşıyıcı elemanlar, uygulanan düşey ve yatay yükler ile eğilme etkilerine maruz kalırlar. Bu tür elemanların kesitlerinde, eğilmeye ek olarak kesme kuvveti, yüklemeye ve sistemi oluşturan elemanların düzenlenmesine bağlı olarak, burulma momenti ve eksenel kuvvet de oluşabilir. Donatının daha etkili çalışmasını sağlamak amacı ile, donatı çubukları çekmenin en büyük olduğu yere, yani çekme yüzüne olabildiğince yakın yerleştirilmelidir. Unutulmaması gereken, donatının çatlamayı önleyemeyeceğidir. Donatının işlevi, çekme gerilmelerini karşılamak ve çatlak genişliklerini minimum düzeyde tutmaktır. Betonun çekme dayanımı çok düşük olduğu için, donatısız eğilme elemanı yapmak pratik ve ekonomik değildir. Çelik çubukların temel işlevi, çekme gerilmelerini karşılamaktır. Dolayısıyla çekme bölgesindeki betonda oluşacak çatlakların minimum düzeyde tutulabilmesi için çelik donatılar bu bölgeye yerleştirilirler. Görüldüğü gibi düz yüzeyli donatı kullanıldığında az sayıda çatlak oluşmakta, ancak çatlak genişliği büyük olmaktadır. Nervürlü donatıda ise çatlak sayısı artmakta ancak genişlik azalmaktadır. Bu fark nervürlü donatı ile sağlanan aderansın daha etkili olmasından kaynaklanmaktadır. Video Basit Eğilme Video Betonda Ezilme
Çekme kuvvetlerini karşılamak ve çatlakları sınırlamak için çekme bölgelerine boyuna donatı konur. Kesme çatlaklarını sınırlamak için sargı donatısı (etriye) konur. Etriye mesnetlere yakın bölgelerde ve konsollarda sıklaştırılır. Ayrıca; beton dış yüzü ile donatı çubukları arasında pas payı olarak adlandırılan bir beton tabakası bulunması zorunludur ve başlıca üç işlevi vardır: Aderansı sağlamak, Donatıyı korozyon etkilerinden korumak, Donatıyı yangın etkisinden korumak. Basınç bölgelerine teorik olarak donatı gerekmez. Ancak, etriyeyi sarabilmek için, montaj donatısı konur. Mesnetlere, açıklıklardan gelen donatılar yeterli olmazsa, ek donatı konur. A A A Kesiti A
0.85f cd k 1 c F c F s b w 0.85f cd k 1 c F c =0.85f cd b w k 1 c F s =A s f yd Betonun en çok zorlanan lifi e c =e cu =0.003 birim kısalmasına ulaştığında beton ezilir, eleman moment taşıma kapasitesine erişir ve kırılma konumuna gelir. Bu konumda donatının akıp akmadığına bağlı olarak üç değişik kırılma türü tanımlanabilir: 1. Çekme Kırılması (Sünek) 2. Basınç Kırılması (Gevrek) 3. Dengeli Kırılma (Gevrek) Betondaki birim kısalma e c =e cu =0.003 değerine ulaşmadan önce çelik akmışsa, çekme kırılması olur. Çünkü önce çelik akmakta, uzamaya devam etmekte ve betondaki birim kısalma da giderek artarak 0.003 sınır birim kısalmasına erişerek ezilme olmaktadır. Kırılma Sünektir. Çelik akmadan önce, beton 0.003 birim kısalmasına ulaşırsa basınç kırılması olur. Beton ezilir fakat çelik akmaz. Kırılma Gevrektir. Çekme kırılması ile basınç kırılması arasında bir kırılma türüdür. Çelik aktığı an, betondaki birim kısalma da 0.003 olmaktadır. Betonun ezilmesi ve çeliğin akması aynı anda olmaktadır. Kırılma Gevrektir.
Sünek Kırılma ani olmaz. Çökme oluşmadan önce bir süre aşırı çatlaklar, deplasmanlar oluşur, sıva ve beton parçacıkları dökülür. Bu sırada hala belirli miktarda yük taşıyarak enerjiyi sönümlemeye devam eder. Yapı adeta çökeceğini haber verir. Önlem almak ve yapıyı boşaltmak için zaman tanır. Gevrek Kırılma hemen hiçbir belirti vermeden, genelde patlama sesi ile birlikte, ani olur. Yapı elemanı taşıma kapasitesine ulaştığı anda göçme meydana gelir, dolayısıyla yapı elemanının sönümlediği enerji daha azdır. Yapı yıkılmadan önce hemen hiçbir belirti vermediğinden önlem alma veya boşaltma şansı kalmaz. Gevrek Kırılma Çok Tehlikelidir! Hiçbir yapı elemanı kırılacak şekilde boyutlandırılmaz. Ancak, öngörülemeyen herhangi bir nedenle kırılacaksa, kırılmanın sünek olması arzu edilir. Sünek davranışı sağlamak için; Yönetmelik şartları mutlaka yerine getirilmeli, Bilhassa kolon boyutlarında cömert davranılmalı, eksenel yük düzeyi düşük tutulmalı, Sık sargı donatısı (etriye,fret) kullanılmalı, Beton ile çelik arasındaki aderansın daha etkin olması için donatılar nervürlü olmalı, L, Z, T gibi kesitlerden olabildiğince kaçınılmalıdır. Kesme Etkisindeki Elemanlar Kırılarak donatıları ortaya çıkartılan bu kiriş tamirhanede askı olarak kullanılmakta ve bu askıya 2-3 tonluk araçlar asılmaktadır. Sargı donatısı bulunmayan elemanların kesme etkisinde kırılmaları ani ve gevrek olur. Bu tür kırılma, istenmeyen bir davranıştır. Kesme kırılması oluştuğunda, yapı elemanı eğilme kapasitesine ulaşmaz. Sargı donatısının temel işlevi, elemanın kesme dolayısıyla kırılmasını önleyerek eğilme kapasitesine ulaşmasını sağlamaktır. Kiriş, eğilme dolayısıyla kırılma konumuna geldiğinde boyuna donatı oranına bağlı olarak sünek yada gevrek kırılmaya maruz kalacaktır. Kirişler de donatılandırma yaparken amaç; boyuna donatının aktıktan sonra betonun ezilmesini sağlamak ve bu sırada kesitin kesme dayanımını yitirilmesini engellemektir. Bunun için yönetmeliklerde kirişlerde kullanılacak donatılar için belirli sınırlar getirilmiştir. Video Kesme
Kirişlerde Tipik Çatlak Şekilleri ve Nedenleri
Yapılan deneyler; sargı donatılı bir kirişin eğik çatlama oluşuncaya kadar sargı donatısız bir kiriş gibi davrandığını göstermiştir. Eğik çatlama oluşmadan önce etriyeler üzerinde yapılan ölçümler, bu donatıların gerilme almadığını göstermiştir. Eğik çatlağın oluşması ile, çatlakla kesişen etriyelerde aniden büyük gerilmeler meydana gelmektedir. Bu olay söz konusu etriyelerin etkili olmaya başladığını göstermektedir. Etriyelerin seyrek yerleştirilmesi durumunda (a) oluşan çatlak, etriye ile kesişmeyeceğinden etriye fazla etkili olamayacaktır. Oysa etriyelerin daha sık yerleştirilmesi durumunda (b) çatlağın karşılaştığı tüm etriyeler etkili olacak, dolayısıyla çatlağın genişlemesi daha sınırlı düzeyde kalacaktır. (a) (b) Hatırlanacağı üzere donatılar asal gerilme yönüne paralel, dolayısıyla oluşan çatlak yönüne dik yerleştirilmekte idi. Şiddetli depremler altında düşey yüke rağmen kiriş momentlerinde ve kesme kuvvetlerinde tersinmeler oluşur. Bu tersinmelerin doğal sonucu olarak, kiriş gövdesinde oluşan asal çekme gerilmelerinin yönü büyük çapta değişir (90 kadar). Deprem yükleri tersinir yükler olduğundan çatlaklar birbirlerine dik yönde ilerleyecektir.
l/4 l b 2h k l b 2h k l/4 Deprem etkisi altında tersinme söz konusu olduğundan asal çekme gerilmeleri pilyeye dik yönde oluşur, dolayısıyla pilyeler etkisini tümüyle yitirirler. Oysa etriyeler kirişi yüksekliği boyunca sardığından tersinir yük durumunda da etkili olabilirler. Mesnet bölgelerinde oluşan basınç çubuğu kemer konumunda meydana gelir ve etriyeler bu kemere pilyelerden daha iyi stabilite sağlarlar. Eğik çekme gerilmelerinin sadece pilyelerle karşılanmaya çalışılması durumunda çatlak genişlikleri etriyelere nazaran çok daha geniş olmaktadır. Tablalı kirişler üzerinde yapılan deneylerde gövdede meydana gelen çatlaklar tablaya ulaştıklarında yatay yönde ilerleyerek tablayı gövdeden ayırdıkları gözlenmiştir. Bu durumda etriyeler tabla ile gövde arasında dikiş donatısı gibi davranmaktadırlar. Teşekkürler Haftaya; Süneklik Kavramı Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği