Yarı-rijit kompozit birleşimlerin davranışı

Yarı-rijit kompozit birleşimlerin davranışları, bu birleşimlerde yük aktarımının nasıl yapıldığı, birleşimin rijitliği, dayanımı, dönme kapasitesi ve deprem davranışının iyi bir şekilde anlaşılabilmesine bağlıdır.

2.2.4.1. Yük transferi

Yapılarda eğilme etkileri kompozit döşemelerden kolonlara Şekil 2.8. ve Şekil 2.9.’da da gösterildiği gibi en az 3 farklı mekanizma ile aktarılmaktadır. Birincisi kayma bağlantıları sayesinde döşemeden çelik kirişlere ve birleşim elemanları sayesinde de kolonlara aktarıldığı durumdur. Bazı durumlarda kolona diğer yönde bağlı olan kiriş ve birleşim sayesinde, burulma etkileriyle de bu yük transferinin bir kısmı gerçekleşmektedir. Bu durum genellikle kolon-kiriş birleşimleri mafsallı ve döşemede hasır donatı kullanıldığı durumlarda görülmektedir. Şekil 2.7.’de de gösterilen bu tür

birleşimler zayıf yarı-rijit kompozit birleşimler olarak adlandırılmaktadır. Yapılan deneylerde bu birleşimlerde oluşan eğilme momenti değerlerinin genellikle kiriş plastik moment kapasitesinin %10-20 arasında olduğu görülmüş olup genellikle tasarım aşamasında ihmal edilmektedir. Ancak yine de bu birleşimlerden dolayı oluşan etkiler nedeniyle kolonların kapasitesi, süneklikleri ve birleşim elemanlarının dayanımları dikkatli bir şekilde değerlendirilmelidir [32].

Şekil 2.8. Yarı-rijit kompozit birleşimlerde yük aktarımı [32]

Diğer iki yük transfer mekanizması genellikle yatay yüklerden dolayı tersinir kuvvetlerin oluştuğu çaprazlı olmayan yapılarda görülmektedir. Bu yapılarda yük transferi sürtünme ve ezilme (bearing) etkileriyle gerçekleşmektedir. Ancak bu yük transfer mekanizmalarının gerçekleşmesi bazı detaylandırma koşullarına bağlıdır [32]. Bunlar;

1. Döşemelerde çapı en az 8 mm. olan sünek donatı kullanılması, 2. Donatıların kolon etrafına yerleştirilmesi,

3. Döşeme sürekliliğinin sağlanması için donatıların her iki yönde yerleştirilmesi, 4. Betonlama işlemi sırasında beton, kolon başlıklarına ve mümkünse başlıkların

arasına dökülmesidir.

2. ve 3. yük transfer mekanizması genellikle Şekil 2.4. ve Şekil 2.5.’te gösterilen birleşim tiplerinde görülmektedir. 2. Yük transfer mekanizmasında donatılardaki çekme kuvvetleri kolon başlıklarına aktarılmaktadır. 3. yük mekanizması ise kutu

kesitli ya da birleşimin kolonun zayıf ekseninde olduğu I ve H profilli kesitlerde sürtünme yoluyla gerçekleşmektedir [32].

Şekil 2.9. Yarı-rijit kompozit birleşimlerde yük aktarımı üst görünüş [32]

2.2.4.2. Birleşimin rijitliği

Birleşimlerin davranışının anlaşılabilmesinde moment-dönme eğrisi önemli bir yer tutar. Bu eğriler genellikle deneylerden ya da deneyler sonucunda geliştirilen analitik bağıntılardan elde edilirler. Yarı-rijit birleşimlerin tasarımında gerekli ve bu birleşimlerin ana karakteristikleri olan rijitlik, dayanım ve süneklik değerleri bu eğriler sayesinde elde edilirler [1]. Şekil 2.10.’da tipik bir yarı-rijit kompozit birleşim için moment-dönme eğrisi ve rijit ve mafsallı birleşim sınırları gösterilmektedir.

Şekil 2.10. a) Başlangıç rijitliği, tanjant rijitliği, yük boşaltma rijitliği ve servis yükleri altındaki rijitlik. b) rijitlik ve dayanıma göre birleşimin sınıfllandırılması [1]

Bilindiği gibi birleşimlerin rijitliği, moment-dönme eğrisinin eğimine karşılık gelmektedir ancak birleşimlerin davranışının doğrusal olmayışı nedeniyle moment

değeri arttıkça eğim de değişmektedir. Dolayısıyla birleşimin herhangi bir noktadaki gerçek rijitliği Ktan, M-θ eğrisi üzerindeki o noktanın eğimidir.

𝐾_𝑡𝑎𝑛 = Δ𝑀/Δ𝜃

Bununla birlikte birleşim davranışının servis yükleri altında doğrusal olduğu kabul edilir ve birleşim rijitliği Kconn, Denklem 2.5 kullanılarak elde edilir.

𝐾_{𝑐𝑜𝑛𝑛}= 𝑀_𝑠𝑒𝑟/𝜃_𝑠𝑒𝑟

Burada θser 2,5 mrad dönme olarak kabul edilmekte olup Mser ise birleşimin 2,5 mrad dönmeya karşı gelen moment değeri olarak ifade edilmektedir.

2.2.4.3. Birleşimin dayanımı

Yarı-rijit kompozit birleşimlerin dayanımı bağlı olduğu kirişlerin plastik moment kapasitesinden daha azdır ve bu durum, bu birleşimleri kısmi dayanımlı birleşimler sınıfına sokmaktadır ve kısmi dayanımlı birleşimlerde plastik mafsal oluşumu birleşim bölgesinde gerçekleşmektedir. Bu nedenle sünek bir davranışın sağlanması için birleşim elemanları dikkatli bir şekilde detaylandırılarak gevrek davranışların önüne geçilmelidir [32].

2.2.4.4. Birleşimin dönme kapasitesi

Yarı-rijit kompozit birleşimlerin dönme kapasitelerinin, birleşimin göçme mekanizması ile doğrudan ilişkilidir. Kolonda yerel akmalar ve gövde buruşması oluştuğu durumlarda birleşimin dönme kapasitesi 0,035-0,065 rad arasında olmaktadır. Döşeme donatısı kopması durumunda ise birleşim göçmeden 0,01-0,045 rad değerlerine ulaşabildiği, kiriş alt başlığındaki korniyerin akması ya da bulonların kopması durumlarında ise 0,03 rad dönmeye ulaşılabilmektedir. Birleşimin dayanımının kiriş dayanımından fazla olduğu bazı durumlarda ise 0,025-0,045 rad dönmeye ulaşıldığı görülmüştür [34]. Tipik bir yarı-rijit kompozit birleşimin çevrimsel yükler altında moment-dönme eğrisi Şekil 2.11.’de gösterilmektedir.

(2.4)

Şekil 2.11. Tipik bir yarı-rijit kompozit birleşimin çevrimsel yükler altında moment-dönme eğrisi [34]

Kompozit birleşimler ile ilgili yapılan bazı deneylerde ise, birleşimlerin büyük çoğunluğunun negatif moment bölgesinde ve monotonik olarak artan yükler etkisinde 0,04 rad dönme değerini aştığı görülmüştür. Çevrimsel yükler altında yapılan deney sayısının daha az olmasına rağmen bu birleşimler çevrimsel yükler altında 0,02 rad dönme değerini rahatlıkla aşmaktadır. Depreme göre tasarımda ise bu birleşimlerin detaylandırılması çok dikkatli bir şekilde yapılmalı ve bu birleşimlerin pozitif ve negatif moment bölgelerinde farklı rijitlik, dayanım ve dönme kapasitelerine sahip oldukları göz önünde bulundurulmalıdır [32].

2.2.4.5. Birleşimin deprem performansı

Yarı-rijit kompozit birleşimler ile ilgili önemli hususlardan bir tanesi de 8-10 kata kadar çaprazlı olmayan yapılarda, rijit birleşimli yapılara göre daha iyi sonuçlar vermesidir. Bunun nedenlerinden bazıları birleşimlerin kısmi dayanımlı olmaları sayesinde birleşimlerde daha kontrollü bir enerji sönümlemesi ve süneklik sağlamasıdır. Ayrıca bu birleşimlerin kullanımı kolonlara aktarılan yükleri sınırlayarak kapasite tasarımına da olanak sağlamaktadır [32].

Bu birleşimlerin kullanıldığı çerçeveli yapılar Amerikan yönetmeliklerinde süneklik düzeyi normal çerçeveler sınıfına girmekte olup deprem yükü azaltma katsayısı değeri 6 olarak kabul edilmektedirler [14].