Betonarme kolon davranışı ve bindirmeli ekler

Araştırmacılar ve tasarım mühendisleri, depreme dayanıklı betonarme yapı tasarımındaki en zayıf halkalardan birinin, aderansın ve bindirmeli ek dayanımının bozulması olarak görmektedirler [76, 77]. Bu yüzden, daha önce de belirtildiği gibi betonarme yapının oluşturulmasında kaçınılmaz olan donatıların eklenmesi işleminin yapılacağı yer büyük önem kazanmaktadır. Kolonlar, yatay yük etkisinde yapının ayakta kalmasını sağlayan en önemli bileşenlerden biri olduğu için, bu zayıf halkanın kolonlardaki yeri konusunda bitmeyen bir ikilem yaşanmaktadır. Davranış ile imalat pratikliği arasındaki öncelik, bu ikilemin çıkış noktasını oluşturmaktadır. Betonarme yapı üretimi kat bazında yapıldığı için kolonlarda donatı ekleme işlemi, kat seviyesinin hemen üzerinde gerçekleştirilmektedir. Yatay yük etkisinde bu bölgeler, en büyük momente maruz kanal ve en çok zorlanan noktalar olduğundan dolayı, davranış açısından donatı ekleme işleminin, momentin en az olduğu bölgede yani kolon orta kısımlarında yapılması daha uygundur. Bununla birlikte kolon ortasında yapılan donatı ekleme uygulaması, yapı imalatı açısından sıkıntı oluşturmaktadır.

Depreme dayanıklı yapı tasarım ilkeleri, kuvvetli kolon-zayıf kiriş kuralı ve sünek tasarım felsefesi, betonarme bir yapıda yatay yük etkisi altında plastik mafsalların kirişlerde oluşmasını hedeflemektedir. Bu düşünce etkisinde kolonlarda plastik mafsal oluşumunun, sınırlı sayıda ve çok ileri deplasman düzeylerinde gerçekleşeceği öngörülmektedir. Böylece yük etkisindeki betonarme yapılarda, kurgulanan dayanım hiyerarşisi içinde, enerji yutmayı sağlayacak belirgin hasar bölgeleri olan plastik mafsalların, kolonların akmasından önce kirişlerde oluşacağı tezi, depreme dayanıklı yapı tasarımının temel noktalarından biri haline gelmektedir.

Belirtilen mafsal oluşum sıralaması gözetilmeden tasarlanmış veya imalatındaki hatalardan dolayı bu sıralamanın ortaya çıkamadığı yapılarda, kolonlarda plastik

mafsal oluşumu, yük altında yapı davranışının ilk evrelerinde ortaya çıkabilmektedir. Kolon plastik mafsal bölgelerinde donatı eklemesinin yapılması, yapının enerji yutmasını ve göçmeden gerekli deformasyonların yapılabilmesini sağlayacak mafsal davranışını önemli ölçüde etkilemektedir.

Kolon uç bölgelerinde donatıların eklenmesine, 1980’lere kadar yapı şartnamelerinin genelinde izin verilmediği bilinmektedir. 1980’lerin başında, özellikle Cornell Üniversitesinde yapılan birçok çalışma sayesinde bu tutum değişmeye başlamıştır. Bu çalışmalar sonucunda, bindirme boyu uzunluğunca sağlanacak yeterli sargılama donatısıyla, kolon boy donatılarının akmaya ulaştığı, belirli yük çevrimlerine dayanabildiği ve kolon plastik mafsal bölgesinde donatı ekleme uygulamasının yapılabileceği sonuçlarına ulaşılmıştır [76].

Plastik mafsalların öncelikle kirişlerde oluşmasının hedeflendiği tasarım düşüncenin sonucu olarak kolonlardaki donatı düzenleme sınırlamalarının gevşetildiği ve belirli sargılama donatısı varlığı ile kolonlarda donatı ekleme işlemine, kat seviyelerinin bitiminde izin verildiği literatürde belirtilmektedir [77]. Ortaya çıkan bu değişime ilk ciddi itiraz, sünek davranışın olumsuz etkileneceği kaygısı ile Paulay (1982) tarafından gelmiştir [77].

Bilindiği gibi kolonlarda en büyük momentin oluştuğu uç bölgelerde, gerekli eğilme dayanımı sağlayabilecek, uygun biçimde çalışarak akma davranışı gösterecek boy donatıların var olması gerekmektedir. Bindirmeli ekin uygun davranış sergileyip boy donatıların akmasını sağladığı durumda bile, kolonun Şekil 2.48 b’deki sünek davranışı sağlayabileceği konusuna şüphe ile yaklaşılmaktadır. Bindirme boyu uzunluğunca var olan donatı gerekenden fazla olacağı için, akma bölgeleri bindirme dışında gerçekleşmekte, bindirme bölgesinin ve komşu elemanın içerisine doğru akma girişimi meydana gelmektedir. Bunun sonucu bindirme boyu uzunluğunca, dıştan içeri doğru aderans bozulmakta, iki donatı arasındaki gerilme aktarımını sağlayan etkili boy azalmakta ve açılan fermuara benzetilen bir aderans davranışı sergilenmektedir. Plastik mafsal bölgesinde, davranışın doğası gereği paspayının dökülmesi karşılıklı etkileşim halinde donatı eki sürekliliğini ve mafsal davranışını olumsuz etkilemektedir. İyi sargılanmış ve yeterli aderans dayanımı sağlayabilecek donatı bindirme uygulamasında, dindirme içerisine ilerleyen akma girişimi

engellenebilmektedir. Diğer taraftan bu kazanç, boy donatıda plastik deformasyon yapabilecek uzunluğu, dolayısıyla plastik mafsal boyunu kısaltmaktadır. Bunun sonucunda bindirme yapılan noktadan hemen sonra yer alan donatının olması gerekenden çok önce burkulmasına hatta kopmasına neden olabilmektedir. Plastik mafsal bölgesindeki ikincil etkiler olarak sıralanabilecek, kesme deformasyonları ve bunun sonucundaki asal çekme gerilmeleri de donatı bindirme davranışı üzerinde olumsuz etki yapabilmektedir [77].

Bölüm 2.2.3’de belirtildiği gibi donatı eklemesi yapılan durumlarda bindirme boyu, tek bir donatının betona gömülü olduğu durumda elde edilen ankraj boyunun, belirli bir katı olarak hesaplanmaktadır [9, 18, 19]. Bazı durumlarda iki uzunluğun yaklaşık eşit olabileceği bu yaklaşım, yükün sıfır değerinden başlayarak göçmeye kadar sürekli arttırıldığı, monotonik yükleme koşullarında türetilmiş, çoklu donatı çubukları ve tersinir tekrarlanır yükler etkisinin dikkate alınacağı katsayılarla modifiye edilmiştir. Bu yaklaşım monotonik yükleme için geçerli iken, yükün sürekli yön değiştirdiği, depremi temsil eden tersinir tekrarlanır yükleme durumunda, özellikle ileri yük seviyelerinde davranışın farklılaştığı, bindirmeli ek davranışındaki bozulmanın, belirtilen yaklaşıma oranla, daha hızlı olduğu ve önemli ölçüde arttığı belirtilmektedir. [76]. μØ M sargılanmış sargılanmamış bindirmeli donatı eki olan

Şekil 2.49: Çeşitli kolon davranışları [45]

Genel olarak bindirmeli donatı eki içeren kolonların davranışları incelendiğinde, Şekil 2.49’da görüldüğü biçimde sonuçlara ulaşıldığı belirtilmektedir [45].

Sargılanmış kolonlarda önemli ölçüde süneklik artışı yaşandığı, dayanım değerlerinde de bir miktar yükselişin görüldüğü bilinmektedir. Bindirmeli donatı eki bulunduran kolonlardaki davranış ise, donatı ekleme uygulamasının yeterliliğine göre şekil almaktadır. Yetersiz bindirme boyu uygulaması içeren kolonların, hesap kapasite değerlerine ulaşamadığı ve göçmenin erken ortaya çıktığı görülmektedir. Donatı bindirme imalatındaki yeterlilik derecesindeki artışa göre, kapasite değerlerine ulaşılabilmektedir. Bindirme uygulamasındaki yeterliliğin artması sonucunda, belirli bir seviyede, sınırlı süneklik değerlerine ulaşılabilmektedir.

2.5. Betonarme Kolonlarda Bindirme Boyu Problemine Yönelik Güçlendirme