Betonarme kirişler, betonarme yapılarda kolon ve perde gibi düşey taşıyıcı elemanları birbirine bağlayan eğilme momenti ve kesme kuvveti etkisindeki elemanlardır. Kirişlerde eksenel kuvvet değerinin çok küçük olması gerekmektedir. Bunula birlikte bazı durumlarda kesme kuvveti, eğilme momentine oranla daha kritik değerlere ulaşabilmektedir. Kesme dayanımı yetersiz betonarme kirişlerin kesme ve eğilme dayanımları ile süneklik düzeylerinin arttırılması amacıyla tasarım aşamasında gerçekleştirilen donatı detaylandırmasına ait bazı çalışmalar aşağıda sunulmuştur [5, 7-12] ve [93, 107-110].
Yang ve ark. [5], tarafından yapılan çalışmada yüksek dayanımlı ve yüksek sünekliğe sahip spiral çelik tel halatların betonarme kirişlerin içerisinde etriye olarak kullanılması incelenmiş ve bu kirişlerin oldukça iyi kesme davranışı gösterdiği belirtilmiştir. Çelik tel halatlı T-kesitli betonarme kirişler kesme dayanımının belirlenmesi için test edilmiştir. 1800mm uzunluğundaki T-kesitli kirişe orta noktadan yükleme yapılmıştır. Test edilen kirişlerin kesme kapasiteleri yönetmeliklerde verilen plastisite teorisi denklemleri ile karşılaştırılmıştır. Test sonuçlarına göre etriye olarak spiral çelik tel halat kullanımının kirişlerin sünekliğini artırdığı ve çatlak oluşumunda oldukça etkili olduğu belirtilmiştir (Şekil 3.8.).
16
Şekil 3.8. Yang ve ark.’na ait kiriş detayı [5]
Kakaletsis ve ark. [6], tarafından yapılan çalışmada iki farklı kesme donatı tipi tek açıklıklı tek katlı kiriş ve kolon çerçeve sistemin yatay kapasitesini belirlemek amacıyla test edilmiştir. Kesme donatılarından biri standart etriye diğeri ise spiral kesme donatısı olarak seçilmiştir. Farklı dolgu malzemelerine sahip 1/3 ölçekli çerçeve elemanlar çevrimsel yük etkisi altında test edilmiştir. Deneyler sonucunda spiral donatılı çerçeve sistemler geleneksel etriye sistemine oranla daha etkili ve daha sünek davranış göstermiştir. Yatay yük kapasitesine bakıldığında ise spiral donatılı çerçeve sistemde çok az bir artış meydana gelmiştir (Şekil 3.9.).
Ghallab ve ark. [12], tarafından yapılan çalışmada betonarme kirişlerin kesme ve eğilme dayanımlarını artırmak amacıyla dıştan öngermeli parafil halatlar kullanılmıştır. Toplam beş adet kirişin dördü parafil halat ile güçlendirilmiş ve hasar oluşuncaya kadar yükleme yapılmıştır. Deney sonuçlarına bakıldığında kesme açıklığının faydalı yüksekliğe oranı, kesme davranışı üzerinde en büyük etkiye sahip olmuştur. Ayrıca parafil halat kullanılan kirişlerde elde edilen kesme çatlağı oluşum yük değeri %200 ve maksimum yük değeri %75 artmıştır. Deneylerden elde edilen kesme kuvveti değerleri yönetmeliklerden hesaplanan değerler ile karşılaştırılmış ve yönetmelik sonuçlarının güvenli tarafta olduğu belirtilmiştir (Şekil 3.10.). Çalışmada kullanılan parafil halatlar kesit içerisinde olmayıp dışarıdan uygulanan bir güçlendirme niteliğindedir. Tek yönlü kesme kuvveti karşılaması ve kesit dışına uygulanması nedenleriyle etkin ve sağlıklı değildir.
Şekil 3.10. Ghallab ve ark.’na ait kiriş detayı [12]
Corte ve Boel [7], yaptıkları çalışmada betonarme kirişlerin kesme donatıları genellikle geleneksel etriyelerden oluştuğu, bireysel etriye yerine devamlı spiral kafes etriye üretiminin maliyeti düşürebileceği düşüncesi ile spiral kesme donatılı 24 adet betonarme kirişi 4 noktalı eğilme deneyine tabii tutmuşlardır. Kesme açıklığının faydalı yüksekliğe oranı 2,5 ve 3 olarak alınmıştır. Kiriş boyutları 150x286x2400mm şeklindedir. Deney süresince çatlak oluşumu ve kırılma mekanizması incelenmiştir. Test sonuçlarına göre spiral şekilli kesme donatısının geçerli bir alternatif olduğu ve uluslararası yönetmeliklerde kullanılabileceği belirtilmektedir (Şekil 3.11.). Kullanılan spiral kafes etriyeler tek yönlü kesme kuvveti karşılaması ve uygulanabilirlik zorluğu nedeni ile etkin ve pratik olmadığı görülmektedir.
18
Şekil 3.11. Corte ve Boel’e ait kiriş detayı [7]
Karayannis ve Chalioris [8], yaptıkları çalışmada etriye görevi gören sürekli spiral donatılı dikdörtgen kesitli sekiz adet betonarme kirişin kesme davranışını monotonik yük altında deneysel olarak incelemişlerdir. 200x300x1840mm boyutlarındaki numunelerin kesme açıklığının faydalı yüksekliğe oranı 3 olarak alınmış ve dört nokta yükleme deneyi uygulanmıştır. Deney sonuçlarına bakıldığında sürekli spiral donatılı betonarme kirişlerin taşıma gücü ve kesme performanslarında artış belirlenmiştir. 120 ve 80mm aralıklarla yerleştirilen sürekli spiral donatılı kirişlerin kesme kapasiteleri sırasıyla %17,2 ve %21,7 oranında artmıştır. Ayrıca bu kirişlerin süneklik değerleri 2,1 ve 2,6 oranında artış göstermiştir (Şekil 3.12.).
Şekil 3.12. Karayannis ve Chalioris’e ait kiriş detayı [8]
Al-Nasra ve Asha [9], yaptıkları deneysel çalışmada, kesme davranışı belirlenmek üzere dört farklı kesme donatısı tasarımına sahip dokuz adet betonarme kirişi test etmişlerdir. Bu çalışmada, 200x250x2000mm boyutlarındaki numunelerin kesme açıklığının faydalı yüksekliğe oranı 2,5 olarak alınmış ve bu kirişlere dört nokta yükleme deneyi uygulanmıştır. Bu kesme donatıları standart etriye, boyuna donatıya kaynaklı ve bulonlu donatı çubuğu olarak dikkate alınmıştır. Tüm kirişler kesme dayanımı ve düşey yer değiştirme açısından karşılaştırılmıştır. Eğik olarak uygulanan etriyelerin kirişlerin kesme dayanımını arttırdığı gözlenmiştir. Eğik etriyeli kirişlerde oluşan kesme çatlağı ve genişliğinin standart etriyeli kirişlere göre daha az olduğu
20
tespit edilmiştir. Yapılan bu çalışmada eğik etriyeli kirişlerin standart etriyeli kirişlere göre daha olumlu davranış sergilemesi, eğik donatının asal çekme gerilmeleri yörüngesinde uygulanmasından kaynaklanmaktadır (Şekil 3.13.). Kullanılan kaynaklı ve bulonlu eğik donatılar tek yönlü kesme kuvveti karşılaması nedeniyle etkin olmadığı görülmektedir.
Şekil 3.13. Al-Nasra ve Asha’ya ait kiriş detayları [9]
Al-Nasra ve ark. [10], tarafından yapılan çalışmada betonarme kirişlerin kesme dayanımını artırmak amacıyla yeni bir kesme donatı tipi kullanılmıştır. Bu sistemde eğik donatılar, montaj ve boyuna donatıya kaynaklanmıştır. Yapılan deneyler sonucunda yeni kesme donatısı tipi geleneksel etriye sistemi ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca çalışmada sehim ve çatlak gelişimi de belirlenmiştir. Önerilen yeni kesme donatısı tipi betonarme kirişin kesme kapasitesine önemli katkılar sağlayarak, sehimleri azaltmış ve çatlak gelişimini kontrol altına almıştır. Bu sistemin geleneksel etriye sistemine oranla daha büyük avantaj sağladığı ifade edilmektedir (Şekil 3.14.). Kullanılan kaynaklı eğik donatılar tek yönlü kesme kuvveti karşılaması nedeniyle etkin olmadığı görülmektedir.
Şekil 3.14. Al-Nasra ve ark.’na ait kesme donatı tipi [10]
Colajanni ve ark. [11], yaptıkları çalışmada, 9 adet betonarme kirişi kesme davranışını belirlemek amacıyla test etmişlerdir. Tüm kirişler 316x500x4000mm boyutlarında hazırlanmış olup kirişlerde üstte boyuna donatı altta çelik levha ve ikisini kaynakla birbirine bağlayan çapraz gövde donatıları bulunmaktadır. Numuneler A, B ve C olmak üzere üç farklı tipte hazırlanmıştır. Birinci tip kirişte altta boyuna donatı bulunmazken ikinci tip kirişlerde 3Ø40 ve üçüncü tip kirişlerde 5Ø40 donatı kullanılmıştır. Tüm kirişlerde 4Ø40 üst donatı kullanılmıştır. Mesnet ve yükleme noktası yakınlarında yaklaşık 6Ø10 etriye kullanılmıştır. Ayrıca kirişlerin her iki ucunda düşey çelik plakalar yerleştirilmiştir. İki noktadan yer değiştirme ölçerler kullanılarak yük-yer değiştirme değerleri belirlenmiştir. Bu çalışmada, ayrıca ABAQUS programı ile kesitler modellenerek çelik taban plakası için farklı çelik-beton ara yüzleri kullanılmış ve kirişlerin kesme dayanımı için parametrik bir araştırma da yapılmıştır. Bu çalışma neticesinde eğilme momentleri A, B ve C numuneleri için sırası ile 925, 1090 ve 1100 kNm, kesme dayanımları ise 350 ve 500kN arasında olduğu gözlemlenmiştir. Tip B ve Tip C numunelerinin kesme ve eğilme kapasiteleri açısından Tip A ya göre daha iyi performans gösterdiği belirtilmiştir (Şekil 3.15.). Kullanılan çelik taban plakalı ve eğik donatılı kiriş tek yönlü kesme kuvveti karşılaması nedeniyle etkin ve uygulanabilir olmadığı görülmektedir.
22
Şekil 3.15. Colajanni ve ark.’na iat kiriş detayı [11]
Dirikgil [13], tarafından yapılan çalışmada betonarme kısa kolonların verev donatılarla tasarlanmasına ilişkin deneysel ve nümerik bir çalışma gerçekleştirmiştir. Çalışma sekiz adet betonarme kısa kolonu içeren iki seriden oluşmaktadır. Serilerdeki kısa kolon yükseklikleri 800 ve 1000mm olup referans kolon 100mm, verev donatılı kolonlar ise 150, 200 ve 300mm etriye adım mesafesine sahiptir. Deney sonuçlarına bakıldığında kısa kolonlarda etriye aralarına yerleştirilen verev donatılar, kısa kolon performansının iyileştirilmesinde ve gevrek davranış oluşumunun azaltılmasında etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca verev donatılar kesitin kesme kapasitesini artırmanın yanı sıra rijitliği artırarak yatay yük etkisiyle betonda meydana gelen deformasyonları azaltmaktadır. Nümerik çalışma sonucunda elde edilen yük-yer değiştirme grafiklerine bakıldığında başlangıç noktası-tepe yük değeri arasındaki kısım oldukça başarılı bir şekilde modellenmiştir. Ancak tepe noktası sonrası meydana gelen dayanım kaybını yansıtmanın mümkün olmadığı belirtilmektedir (Şekil 3.16.).
Şekil 3.16. Dirikgil’e ait kısa kolon donatı detayları [13]