Tekil donatılarda ve bindirmeli eklerde kenetlenme boyu

Kenetlenme boyunun teorik olarak denge denklemleri ile ifadesi, Bölüm 2.2’nin sonunda verilmiştir (Denklem 2.4). Özetle hatırlamak gerekirse, beton içerisine

yerleştirilmiş bir donatıya ekseni doğrultusunda betondan dışarı doğru çekme kuvveti uygulandığında, beton ve donatı arasındaki etkileşimden dolayı bir tepki kuvveti oluşmaktadır. Beton içerisinde kalan donatının tüm yüzey alanında, kayma gerilmeleri formundaki aderans gerilmeleri oluşmaktadır. Donatının, beton içerisinde kalan, üzerinde aderans gerilmeleri oluşarak betondan çıkmasını engelleyen ve geri kalan kısmının akma gerilmesine ulaşmasını sağlayan parçası, kenetlenme boyu nitelendirilmektedir. Beton içerisinde bırakılacak donatının uzunluğu, kenetlenme boyundan az olamaz. Bu ifade, aderans gerilmesinin kenetlenme boyu uzunluğunca düzgün yayıldığı kabul ile aşağıdaki gibi yazılabilir.

b b l b y b y b f u D u D l D f A T b ( ) ( ) 4 0 2 π π π = = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = =

∑

Temelde Denklem 2.4 ile aynı olmakla birlikte bu eşitlik, kenetlenme boyunun, donatı çapının belirli bir katı olarak ifade edilebilmesi için Denklem 2.6’daki gibi düzenlenmektedir. b y b D u f l 4 = (2.6)

Tasarım yaparken, donatının akma gerilmesine ulaşabildiği gerekli en küçük kenetlenme boyunu ifade eden Denklem 2.6’dan somut bir değer alabilmek için, u yani aderands gerilmesinin sayısal olarak tanımlanması gerekmektedir. Bölüm 2.2.1 ve Bölüm 2.2.2’de belirtildiği gibi aderansı kontrol eden en önemli faktör, donatının etrafındaki beton ve özellikleridir. Beton boru biçiminde düşünülen bu sanal bölge, donatı ile beton arasındaki etkileşimin oluştuğu yer olarak tanımlanır. Bu bölgede hasar ve göçme olmadığı durumda, gerilme aktarımının sağlandığı ve kompozit davranışın elde edildiği düşünülebilir. Nervürlü donatılarda bu bölge üzerinde çekme gerilmeleri oluşmakta ve betonun çekme dayanımı aderansı kontrol eden en önemli parametre haline gelmektedir. Buna bağlı olarak aderans gerilmesi, beton çekme dayanımına, dolayısıyla beton basınç dayanımına bağlı olarak amprik tarzda Denklem 2.7’deki gibi ifade edilmektedir.

c

f k

u= (2.7)

Denklem 2.7’de yer alan aderans gerilmesi ifadesi, kenetlenme boyunu ifade eden Denklem 2.6’da yerine yazılır ve düzenlenirse,

b c y b D f f k l = ₁ (2.8)

şekline dönüşür. Denklem 2.8’de, k1 hariç tüm terimler bilinmektedir. k1 katsayısı,

Denklem 2.7’de ki k katsayısı gibi, yapılan birçok deneyin sonucunda elde edilen, aderans ve donatı kenetlenmesini kontrol eden amprik bir değerdir. Aynı zamanda k1

değeri, aderansı etkileyen faktörlerin bazılarının etkisini de içermektedir.

Değişik şartnamelerde temel kenetlenme boyu hesabı, özde Denklem 2.8 ile aynı olmakla birlikte, k1‘in aldığı farklı değer ve bazen de ifadelerle yer almaktadır.

Ülkemizde kullanılan şartname olan TS 500 [18]’de, nervürlü donatılar için temel kenetlenme boyu b b ctd yd b D D f f l 0.12 _⎟⎟ ≥ 20 ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = (N, mm) (2.9)

olarak hesaplanmaktadır. Betonun, tasarım eksenel çekme dayanımı olan fctd, yine

TS 500 [18]’de 0.35 f_cd olarak ifade edilmektedir. Kenetlenme boyu denklemi (Denklem 2.9) ile ilgili TS 500 [18]’de, adresansı etkileyen bazı faktörlerin etkisi ayrı olarak tanımlanmış ve çeşitli katsayılar ilave çarpan olarak verilmiştir. Donatı çapı değişiminin etkisi 32 mm’ye kadar ihmal edilmiş, 32-40 mm arası çaplara sahip donatıların kullanımı durumunda, kenetlenme boyunun 100/(132-Db) katsayısı ile

çarpılacağı belirtilmiştir. Donatıların yerleşimi, konum I ve konum II olarak tarif edilmiş ve hesaplanan kenetlenme boyunun, konum II’ye giren çubuklar için 1.0 ile, konum I’e giren çubuklar için ise 1.4 ile çarpılacağı ifade edilmiştir. Beton örtüsünün (pas payı) donatı çapından az olduğu veya aynı sıradaki donatı çubukları arasındaki net uzaklığın donatı çapının bir buçuk katından küçük olduğu durumlarda, hesaplanan kenetlenme boylarının 1.2 ile çarpılarak artırılması sağlanmıştır [18].

Bütün bunlar göz önüne alınarak TS 500 [18]’deki kenetlenme boyu ifadesi (denklem 2.9), temel kenetlenme boyu formunda yazılırsa

b cd yd s c konum çap b D f f k k k l =0.34 _, (N, mm) (2.10)

şeklinde bir sonuç elde edilir. Böylece kenetlenme boyu için şartnamede verilen tüm sınır durumlar aynı denklemin içinde görülebilir.

Boy donatı üzerine enine çubukların kaynaklanması veya mekanik/kaynak birleşimi yardımıyla donatının ucuna plaka eklenmesi ile de kenetlenme sağlanmasına şartnamede izin verilmektedir [18].

Yapı imalatı düşünüldüğünde, düşey elemanlarda kat bazında imalat yapılması sonucu, kat yüksekliği kullanılan donatıların boyunu sınırlamaktadır. Ayrıca yatay elemanlarda tüm yap alanı boyunca tek bir donatının kullanılması mümkün değildir. Bununla birlikte kullanılan donatıların sürekliliğinin sağlanması, garantilenmesi gereken kaçınılmaz bir işlemdir. Bu durumda birbirini takip eden donatıların eklenmesi ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Donatıların eklenmesi için, donatıların uç kısımlarının beton içinde serbest olarak aynı doğrultuda üst üste bırakılması/bindirilmesi, mekanik birleştiriciler kullanılması veya donatıların birbirlerine kaynaklanması yöntemleri kullanılmaktadır. Kaynaklama işlemi için donatıların, kaynak yapılmaya uygun karbon içeriğine, ısı ile kırılgan hale dönüşmeyen yapıya sahip olmaları gerekmektedir [18]. Mekanik birleştiricilerin (manşon) kullanılması, kaynakla birleştirmede olduğu gibi maliyeti arttırmakta ve zaman almaktadır. Bu sebeplerden dolayı genellikle bindirmeli ek kullanarak donatı sürekliliğinin sağlanması tercih edilmektedir.

Bindirme ile donatı eklenmesi durumunda, bir donatıdaki kuvvetin diğerine aktarımı, beton aracılığı ile olmaktadır [19]. Bu yüzden gerilme transferinin sağlanabilmesi için, bindirme yapılan iki donatı arası mesafenin belirli bir değerden az olması veya bitişik biçimde eklenmesi gerekmektedir [18]. Bindirme boyu uzunluğunca kuvvet aktarımı beton ortamı ile sağlandığından bindirmeli eklerin, betonda yüklemeler nedeniyle oluşan gerilmelerin az olduğu bölgelerde yapılası, doğru olan bir uygulamadır. Bu yüzdendir ki ülkemizde kullanımda olan deprem

şartnamesinde (DBYBHY), kolonlarda yapılacak bindirmeli eklerin, deprem etkisinde momentin sıfır olduğu kolon orta bölgesinde (Şekil 1.2) yapılması gerektiği yazmaktadır [1]. Ne var ki bu ifade sadece öneri niteliği taşımaktadır. Şekil 2.9’da, bindirmeli ek yapılan bölgede, beton içerisinde oluşan çatlaklar görülmektedir. Donatıdaki kuvvet, aderans gerilmeleri ile betona geçmekte, beton üzerinden de diğer donatıya akış sağlanmaktadır. Enine yarılma, genellikle donatıların bittiği noktalarda başlamaktadır. Etriye kullanımı, tekil donatıların kenetlenmesinde olduğu gibi, bindirmeli ek bölgesinde oluşan çatlakların açılmasını önlemekte ve aderans davranışına önemli ölçüde katkıda bulunmaktadır [19]. Bu nedenle DBYBHY ve TS 500’de, bindirme bölgesinde mutlaka belirli sayıda etriye bulundurulması zorunluluğu getirilmiştir [1, 18].

Şekil 2.9: Bindirmeli ek yapılan bölgede beton içerisinde oluşan çatlaklar

Bindirmeli eklerde aderans mekanizması ve aderans göçmesi, tek donatının betona kenetlenmesi ile aynıdır. Dolayısıyla Bölüm 2.2.1 ve Bölüm 2.2.2’de verilen tüm bilgiler, bindirmeli ekler için de geçerlidir. Şekil 2.7 ve Şekil 2.8’deki göçme tipleri, aynı biçimde bindirmeli eklerde de söz konusudur [9]. İki durum arasında farlılık gösteren nokta, aderansı ve aderans göçmesini kontrol eden donatı etrafındaki hayali silindirik beton borunun, bindirmeli eklerde eliptik bir beton boru gibi düşünüldüğüdür.

Temel olarak bindirmeli eklerde kenetlenme boyu, tekil donatı için hesaplanan kenetlenme boyunun belirli bir katı olarak düşünülür ve hesaplanır. TS 500’de bindirmeli ekler için kenetlenme boyu, Denklem 2.11’deki gibi verilmektedir.

b

l

l₀ =α₁ (mm) (2.11)

Denklem 2.11’de α1 katsayısı, 1 + 0.5r olarak ifade edilmiştir. r, aynı kesitte

edilen gerilmelere göre kenetlenme boyunu ayarlamaktadır. Bindirmeli eklerin eleman boyunca, şaşırtmalı olarak yerleştirilmesi gerektiği ayrıca belirtilmiştir [18].