Düşük Dayanımlı Bindirmeli Betonarme Kolonların Farklı Eksenel Yükler Altında Yapı Performansına Etkisinin İncelenmesi

(1)

ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Halil YILDIZ

Anabilim Dalı : Đnşaat Mühendisliği Programı : Yapı Mühendisliği

EKĐM 2009

DÜŞÜK DAYANIMLI BĐNDĐRMELĐ BETONARME KOLONLARIN FARKLI EKSENEL YÜKLER ALTINDA YAPI PERFORMANSINA

ETKĐSĐNĐN ĐNCELENMESĐ

(2)

(3)

EKĐM 2009

ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Halil YILDIZ

501061052

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 07 Eylül 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 13 Ekim 2009

Tez Danışmanı : Doç. Dr. Alper ĐLKĐ (ĐTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Zekai CELEP (ĐTÜ)

Doç. Dr. Şevket ÖZDEN (KOÜ)

DÜŞÜK DAYANIMLI BĐNDĐRMELĐ BETONARME KOLONLARIN FARKLI EKSENEL YÜKLER ALTINDA YAPI PERFORMANSINA

(4)

(5)

(6)

(7)

ÖNSÖZ

Yüksek lisans eğitimim boyunca bilgi ve deneyimleri ile bana her konuda destek olan sayın hocam Doç. Dr. Alper Đlki’ye teşekkürlerimi sunarım.

Değerli katkıları için; çalışma süresince yardımcı olan Arş. Gör. Cem Demir’e, Yük. Đnş. Müh. Çağlar Göksu’ya, Yük. Đnş. Müh. Ziya Atar’a, Đnşaat Mühendisi M. Beşir Pakiş’e, Makina Mühendisi T. Veysel Gügen’e, Yapı ve Deprem Laboratuvarı personeline, Yapı Malzemesi Laboratuvarı personeline ve çalışmayı maddi olarak destekleyen Art-Yol Mühendislik Mimarlık Đnşaat Taahhüt Ltd. Şti.’ye ve Đstanbul Beton Elemanları ve Hazır Beton Fabrikaları Sanayi ve Ticaret A.Ş.’ye (ĐSTON) teşekkür ederim.

Eğitim hayatım boyunca, maddi ve manevi açıdan her türlü desteği gösteren aileme, tüm kalbimle teşekkür ederim.

Ekim 2009 Halil Yıldız

(8)

(9)

ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖNSÖZ...v ĐÇĐNDEKĐLER ... vii KISALTMALAR ...ix SEMBOLLER...xi

ÇĐZELGE LĐSTESĐ... xiii

ŞEKĐL LĐSTESĐ...xv ÖZET...xxi SUMMARY... xxiii 1. GĐRĐŞ ...1 1.1 Tezin Amacı... 2 1.2 Literatür Özeti ... 2

2. BETONARME VE BĐNDĐRME BOYU...5

2.1 Betonarme ... 6

2.1.1 Beton...6

2.1.2 Çelik...7

2.1.3 Aderans ...7

2.1.4 Donatının kenetlenmesi ...8

2.1.4.1 Çekme donatısının kenetlenmesi 8 2.1.5 Donatının eklenmesi (Bindirme boyu) ...10

2.1.5.1 Çekme kuvveti altında bindirme 10 3. DENEYSEL ÇALIŞMA...11 3.1 Numune Özellikleri ...11 3.1.1 Numunelerin tasarlanması ...11 3.1.2 Numunelerin özellikleri ...14 3.1.3 Malzeme özellikleri ...18 3.1.3.1 Beton 18 3.1.3.2 Donatı 22 3.1.4 Numunelerin üretimi...23 3.1.4.1 Temeller 24 3.1.4.2 Kolonlar 27 3.1.4.3 Şekildeğiştirmeölçerlerin yapıştırılması 29 3.2 Deney Düzeneği ...33 3.2.1 Yükleme sistemi...33 3.2.2 Ölçüm sistemi...36 3.2.3 Yükleme patronu ...37 4. DENEY SONUÇLARI...39 4.1 Giriş ...39 4.2 LS 44 Ø – N1 Numunesi ...40 4.3 LS 44 Ø – N2 Numunesi ...53 4.4 LS 44 Ø – N3 Numunesi ...65

(10)

4.5 Karşılaştımalar ... 78

4.5.1 Dayanım öteleme oranı ilişkisi ... 78

4.5.2 Enerji yutma kapasiteleri... 80

4.5.3 Dayanım kayıpları... 81

4.5.4 Kalıcı yerdeğiştirme ... 82

4.5.5 Moment eğrilik ilişkileri... 83

4.5.6 Rijitlik ve rijitlik azalması ... 86

4.5.7 Yük yerdeğiştirme ilişkisi... 86

4.5.8 Süneklik... 87

5. SONUÇ VE DEĞERLENDĐRME ... 89

KAYNAKLAR... 91

(11)

KISALTMALAR

ACI : American Concrete Institute

DBYBHY : Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik

DÇ : Düşey Çatlak

ĐSTON : Đstanbul Beton Elemanları ve Hazır Beton Fabrikaları Sanayi ve Ticaret A.Ş.

ĐTÜ : Đstanbul Teknik Üniversitesi

LS : Low Strength

ÖO : Öteleme Oranı

TS : Türk Standardı

(12)

(13)

SEMBOLLER

Ao : Etriye Çubuğu Kesit Alanı b : Kesit Genişliği

d : Faydalı Yükseklik e : Dış Merkezlik

Ecj : J Günlük Betonun Elastisite Modülü fcd : Beton Tasarım Basınç Dayanımı fck : Beton Karakteristik Basınç Dayanımı fctd : Beton Tasarım Eksenel Çekme Dayanımı fctk : Beton Karakteristik Eksenel Çekme Dayanımı fyd : Boyuna Donatı Tasarım Akma Dayanımı fyk : Boyuna Donatı Karakteristik Akma Dayanımı fywd : Enine Donatı Tasarım Akma Dayanımı

fywk : Enine Donatı Karakteristik Akma Dayanımı

f΄c(j) : Karottan Alınan J Gününcü Silindir Basınç Dayanım Değeri f΄co(j) : J Günlük Betonun Ortalama Silindir Basınç Dayanım Değeri h : Kesit Yüksekliği

lb : Kenetlenme Boyu

lbk : Kancalı Kenetlenme Boyu lo : Bindirme Boyu

M : Moment

N : Eksenel Kuvvet

r : Bir Kesitte Eklenen Donatı Sayısının Toplam Donatı Sayısına Oranı s : Enine Donatı Aralığı

u : Aderans Gerilmesi

Vc : Beton Kesitin Kesme Kuvveti Dayanımına Etkisi Vcr : Kesitin Kesmede Çatlama Dayanımı

Vd : Tasarım Kesme Kuvveti Vr : Kesme Dayanımı

Vw : Etriye Donatısının Kesme Kuvveti Dayanımına Etkisi α1 : Aynı Kesitte Eklenen Donatı Yüzdesine Bağlı Bir Katsayı ∆lb : Kanca Etkisi

ε : Birim Boy Değişimi (Birim Şekil Değiştirme) ν : Eksenel Yük Oranı

γ : Çatlama Dayanımına Eksenel Kuvvet Etkisini Yansıtan Katsayı δ : Kontrol Yerdeğiştirmesi

(14)

(15)

ÇĐZELGE LĐSTESĐ

Sayfa

Çizelge 3.1 : Deney numunelerinin özellikleri ...14

Çizelge 3.2 : Kolon betonunda kullanılan agrega hakkında bilgiler ...19

Çizelge 3.3 : 1m3 betonda bulunan malzeme karışım reçetesi...19

Çizelge 3.4 : Sertleşmiş beton bilgileri...21

Çizelge 3.5 : Temel filizinde kullanılan şekildeğiştirmeölçerler yerleşim planı ...32

Çizelge 3.6 : Kolon donatısında kullanılan şekildeğiştirmeölçer yerleşim planı...32

Çizelge 3.7 : Kolon etriyesinde kullanılan şekildeğiştirmeölçer yerleşim planı...32

Çizelge 3.8 : Kolon filizinde kullanılan şekildeğiştirmeölçer yerleşim planı...33

Çizelge 4.1 : Numune özellikleri...40

Çizelge 4.2 : LS 44Ø-N1 numunesinin itmede çatlak gelişimi ...43

Çizelge 4.3 : LS 44Ø-N1 numunesinin çekmede çatlak gelişimi ...44

Çizelge 4.4 : LS 44Ø-N1 numunesinin davranışının özeti...45

Çizelge 4.5 : Yerdeğiştirmeölçer ile beton arasındaki mesafeler...49

Çizelge 4.6 : LS 44Ø-N2 numunesinin itmede çatlak gelişimi ...56

Çizelge 4.8 : LS 44Ø-N2 numunesinin davranışının özeti...58

Çizelge 4.10 : LS 44Ø-N3 numunesinin itmede çatlak gelişimi...69

Çizelge 4.12 : LS 44Ø-N3 numunesinin davranışının özeti ...71

Çizelge 4.14 : Farklı yerdeğiştirme düzeylerinde karşılanan yük değerleri (itme)....79

Çizelge 4.15 : Farklı yerdeğiştirme düzeylerinde karşılanan yük değerleri (çekme).79 Çizelge 4.16 : Enerji yutma - öteleme oranı değerleri...80

Çizelge 4.17 : Kalıcı yerdeğiştirme değerleri ...83

(16)

(17)

ŞEKĐL LĐSTESĐ

Sayfa Şekil 2.1 : 1999 Kaynaşlı depreminde görülen, yetersiz bindirme boyundan

……..kaynaklanan göçme durumu ( Yapısal Risk Sunum, Alper Đlki) ... 6

Şekil 2.2 : Beton içeriği (Google görseller)... 7

Şekil 2.3 : TS 500 (1984) kanca detayı ... 9

Şekil 2.4 : TS 500 (2000) kanca detayı ... 9

Şekil 3.1 : Moment-eğrilik ilişkisi...13

Şekil 3.2 : Donatıların bükülmesi...14

Şekil 3.3 : Numune iskeletinin hazırlanışı...15

Şekil 3.4 : Numune izometrik görünüş...16

Şekil 3.5 : Numune plan görünümü...16

Şekil 3.6 : Numune boy kesiti...17

Şekil 3.7 : Numune donatı açılımları...18

Şekil 3.8 : Standart silindir basınç deneyi ...19

Şekil 3.9 : 28 günlük standart silindir basınç deneyi σ-ε diyagramı ...20

Şekil 3.13 : Standart silindir basınç deneyi sonuçları ...22

Şekil 3.14 : 14 mm çaplı düz donatı için gerilme şekildeğiştirme ilişkisi...23

Şekil 3.15 : 10 mm çaplı düz donatı için gerilme şekildeğiştirme ilişkisi...23

Şekil 3.16 : Ahşap kalıplar ve temel donatısı. ...24

Şekil 3.17 : Taşıma kancaları...24

Şekil 3.18 : Plastik boru yerleşimi ...25

Şekil 3.19 : Temel betonu dökümü ...25

Şekil 3.20 : Vibrasyon yapılması ...26

Şekil 3.21 : Standart silindir numunesi...26

Şekil 3.22 : Beton çökme ve yayılma deneyleri...27

Şekil 3.23 : Temele uygulanan kimyasal kür...27

Şekil 3.24 : Kolon kalıpları...28

Şekil 3.25 : Kolon numunelerine beton dökümü ve kimyasal kür uygulanması ...28

Şekil 3.26 : Şekildeğiştirmeölçerler ...29

Şekil 3.27 : Şekildeğiştirmeölçer etiketlerinden bazıları...30

Şekil 3.28 : Şekildeğiştirmeölçerlerin isimlendirilmesi ...30

Şekil 3.29 : Şekildeğiştirmeölçer yerleşimi ...31

Şekil 3.30 : Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı deney düzeneği...33

Şekil 3.31 : Bulonlarla temele sabitlenmiş numune ...34

Şekil 3.32 : Load cell ve hidrolik jack...35

Şekil 3.33 : MTS hidrolik veren...36

Şekil 3.34 : Veri çoğaltma kutusu (switch box) ve veri toplayıcısı (data logger)...36

Şekil 3.35 : Yerdeğiştirmeölçer yerleşim planı...37

Şekil 3.36 : Yükleme patronu ...38

(18)

Şekil 4.2 : Kolon boyuna donatısının sıyrılması... 41

Şekil 4.3 : LS 44 Ø - N1 numunesi genel görünüş ... 42

Şekil 4.4 : LS 44 Ø - N1 numunesi kolon ön gözlem yüzeyi (W)... 45

Şekil 4.5 : LS 44 Ø - N1 numunesi kolon arka gözlem yüzeyi (E) ... 46

Şekil 4.6 : LS 44Ø-N1 numunesi yük yerdeğiştirme ilişkisi... 47

Şekil 4.7 : Moment-eğrilik ilişkisinde kullanılan yerdeğiştirmeölçerler ... 48

Şekil 4.8 : Moment-eğrilik ilişkisi (Ölçüm boyu ~20 mm)... 49

Şekil 4.9 : Moment-eğrilik ilişkisi (Ölçüm boyu ~20 ve 150 mm arası mesafe) ... 50

Şekil 4.10 : Moment-eğrilik ilişkisi (Ölçüm boyu ~150 ve 300 mm arası mesafe) .. 50

Şekil 4.11 : LS 44Ø-N1 itmede çekme bölgesindeki filiz donatısı şekildeğiştirmeleri ... 51

Şekil 4.12 : LS 44Ø-N1 itmede çekme bölgesindeki kolon donatısı ………şekildeğiştirmeleri ... 52

Şekil 4.13 : LS 44Ø-N1 çekmede basınç bölgesindeki filiz donatısı ………şekildeğiştirmeleri ... 52

Şekil 4.14 : LS 44Ø-N1 çekmede basınç bölgesindeki kolon donatısı ………şekildeğiştirmeleri ... 53

Şekil 4.15 : LS 44Ø-N2 numunesi genel görünüş ... 55

Şekil 4.16 : LS 44 Ø - N2 numunesi kolon ön gözlem yüzeyi (W)... 58

Şekil 4.17 : LS 44 Ø - N2 numunesi kolon arka gözlem yüzeyi (E) ... 59

Şekil 4.18 : LS 44 Ø - N2 numunesi yük yerdeğiştirme ilişkisi... 60

Şekil 4.20 : Moment-eğrilik ilişkisi (Ölçüm boyu ~20 ve 150 mm arası mesafe) .... 62

Şekil 4.23 : LS 44Ø-N2 itmede çekme bölgesindeki kolon donatısı ………şekildeğiştirmeleri ... 64

Şekil 4.24 : LS 44Ø-N2 çekmede basınç bölgesindeki filiz donatısı ………şekildeğiştirmeleri ... 64

Şekil 4.25 : LS 44Ø-N2 çekmede basınç bölgesindeki kolon donatısı ………şekildeğiştirmeleri ... 65

Şekil 4.26 : Boyuna donatının burkulması ... 67

Şekil 4.27 : LS 44Ø-N3 numunesi genel görünüş ... 68

Şekil 4.28 : LS 44 Ø – N3 numunesi kolon ön gözlem yüzeyi (W) ... 71

Şekil 4.29 : LS 44 Ø – N3 numunesi kolon arka gözlem yüzeyi (E)... 72

Şekil 4.30 : LS 44Ø-N3 numunesi yük yerdeğiştirme ilişkisi... 73

Şekil 4.32 : Moment-eğrilik ilişkisi (Ölçüm boyu ~20 ve 150 mm arası mesafe) .... 75

Şekil 4.35 : LS 44Ø-N3 itmede çekme bölgesindeki kolon donatısı ………şekildeğiştirmeleri………... 77

Şekil 4.36 : LS 44Ø-N3 çekmede basınç bölgesindeki filiz donatısı ………şekildeğiştirmeleri………... 77 Şekil 4.37 : LS 44Ø-N3 çekmede basınç bölgesindeki kolon donatısı

(19)

Şekil 4.40 : Đtmede dayanım kaybı...81

Şekil 4.41 : Çekmede dayanım kaybı ...82

Şekil 4.42 : Kalıcı yerdeğiştirme ilişkileri...83

Şekil 4.43 : Moment-eğrilik ilişkileri (Ölçüm boyu ~20 mm)...84

Şekil 4.44 : Moment-eğrilik ilişkileri (Ölçüm boyu ~20 ve 150 mm arası mesafe) ..84

Şekil 4.45 : Moment-eğrilik ilişkileri (Ölçüm boyu ~150 ve 300 mm arası mesafe) 85 Şekil 4.46 : Rijitlik ve rijitlik azalmasının öteleme oranı ile olan ilişkisi ...86

Şekil 4.47 : Yük yerdeğiştirme ilişkisi ...87

Şekil 4.48 : Sünekliğin hesabında kullanılan değerler ...87

Şekil A.1 : LS 44Ø - N1 numunesi TF1 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……...yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...94

Şekil A.5 : LS 44Ø - N1 numunesi KD10 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……...yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...98

Şekil A.8 : LS 44Ø - N1 numunesi FD10 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……...yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...101

Şekil A.9 : LS 44Ø - N1 numunesi FD30 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……...yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...102

Şekil A.10 : LS 44Ø - N1 numunesi FD50 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...103

Şekil A.11 : LS 44Ø - N1 numunesi EDK20 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...104

Şekil A.12 : LS 44Ø - N1 numunesi EDU20 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...105

Şekil A.13 : LS 44Ø - N1 numunesi EDK40 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...106

Şekil A.14 : LS 44Ø - N2 numunesi TF1 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...107

Şekil A.18 : LS 44Ø - N2 numunesi KD10 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...111

(20)

Şekil A.21 : LS 44Ø - N2 numunesi FD10 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 114 Şekil A.22 : LS 44Ø - N2 numunesi FD30 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge)

……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 115 Şekil A.23 : LS 44Ø - N2 numunesi FD50 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge)

……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 116 Şekil A.24 : LS 44Ø - N2 numunesi EDK20 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 117 Şekil A.25 : LS 44Ø - N2 numunesi EDU20 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 118 Şekil A.26 : LS 44Ø - N2 numunesi EDK40 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 119 Şekil A.27 : LS 44Ø - N2 numunesi EDU40 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 120 Şekil A.28 : LS 44Ø - N3 numunesi TF30 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge)

……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 121 Şekil A.29 : LS 44Ø - N3 numunesi KD10 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge)

……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 127 Şekil A.35 : LS 44Ø - N3 numunesi EDK20 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 128 Şekil A.36 : LS 44Ø - N3 numunesi EDU20 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 129 Şekil A.37 : LS 44Ø - N3 numunesi EDK40 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 130 Şekil A.38 : LS 44Ø - N3 numunesi EDU40 şekildeğiştirmeölçerine ait (straingauge) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 131 Şekil A.39 : LS 44Ø - N1 numunesi CH011 yerdeğiştirmeölçerine ait (transducer)

……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi... 132 Şekil A.40 : LS 44Ø - N1 numunesi CH012 yerdeğiştirmeölçerine ait (transducer)

(21)

Şekil A.46 : LS 44Ø - N2 numunesi CH012 yerdeğiştirmeölçerine ait (transducer) ……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...139 Şekil A.47 : LS 44Ø - N2 numunesi CH013 yerdeğiştirmeölçerine ait (transducer)

……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...140 Şekil A.48 : LS 44Ø - N2 numunesi CH014 yerdeğiştirmeölçerine ait (transducer)

……….yük-şekildeğiştirme ve şekildeğiştirme-öteleme oranı ilişkisi...149 Şekil A.57 : Tüm deney numunelerine ait CH021 nolu yatay yerdeğiştirmeölçerden

……….elde edilen (transducer) yük-yerdeğiştirme ilişkisi ...150 Şekil A.58 : LS 44Ø-N1 numunesinin arka yüzeyinde bindirmenin bittiği yerde

……….oluşan düşey çatlak (kanca etkisi) ...151 Şekil A.59 : LS 44Ø-N2 numunesinin arka yüzeyinde bindirmenin bittiği yerde

……….oluşan düşey çatlak (kanca etkisi) ...151 Şekil A.60 : LS 44Ø-N2 numunesinin ön yüzeyinde bindirmenin bittiği yerde

……….oluşan düşey çatlak (kanca etkisi) ...152 Şekil A.61 : LS 44Ø-N3 numunesinin ön yüzeyinde bindirmenin bittiği yerde

……….oluşan düşey çatlaklar (kanca etkisi) ...153 Şekil A.62 : LS 44Ø-N3 numunesinin arka yüzeyinde bindirmenin bittiği yerde

……….oluşan düşey çatlaklar (kanca etkisi) ...154 Şekil A.63 : LS 44Ø-N1 numunesinin her bir çevrim sonunda oluşan temel kolon

……….birleşimindeki çatlak durumu...158 Şekil A.64 : LS 44Ø-N2 numunesinin her bir çevrim sonunda oluşan temel kolon

……….birleşimindeki çatlak durumu...162 Şekil A.65 : LS 44Ø-N3 numunesinin her bir çevrim sonunda oluşan temel kolon

(22)

(23)

DÜŞÜK DAYANIMLI BĐNDĐRMELĐ BETONARME KOLONLARIN FARKLI EKSENEL YÜKLER ALTINDA YAPI PERFORMANSINA ETKĐSĐNĐN ĐNCELENMESĐ

ÖZET

Bilindiği üzere, ülkemizin büyük bir bölümü deprem kuşağı içerisindedir. Yeter derecede mühendislik hizmeti görmeden üretilmiş yapılar, olası depremlerin yıkım olasılığını oldukça yüksek boyutlara taşımaktadır.

Bu yüzden son yıllarda depreme dayanıklı yapı tasarımı için öngörülen yönetmeliklerin ve standartların yenilenmesi ve geliştirilmesi gerçekleştirilmiştir. Fakat yenilenen bu yönetmelik ve standartlardan önce inşa edilmiş yapılarda pek çok tasarım eksiklikleri ve uygulama yanlışlıkları bulunmaktadır. Özellikle beton kalitesinin düşük olduğu binalarda kolon boyuna donatı bindirme boyunun yetersiz olmasından kaynaklanan göçme durumları sıklıkla görülmektedir. Bindirme boyunun uzunluğuna bağlı olarak, mevcut betonarme yapıdaki donatı ve beton arasındaki aderans olumsuz yönde etkilenmekte ve böylelikle yapı elemanlarının dayanımlarında yadsınamayacak ölçüde düşüşler yaşanmaktadır. Bu durum belli bir dönemde düz donatı kullanılmasıyla birlikte oldukça büyük risk taşıyan bir durum ortaya çıkarmıştır.

Bu sebeple oluşturulacak olan düşük dayanımlı betonarme konsol kolon modellerinde giderek artan kademeli sabit yatay kuvvet etkisi altında (deprem etkisi) kolon boyuna bindirme boyunun farklı eksenel yükleme oranlarında yapı performansına (davranışına) etkisi incelenecektir. Bu kapsamda mevcut binaları tam olarak modelize etmesi amacıyla ortalama dayanımı 10 MPa olan beton ve S220 düz donatı (220MPa) kullanılmıştır. Böylelikle yapılacak olan bu deneysel çalışma ile ülkemizde sık karşılaşılan düşük dayanımlı betonarme binaları, hem kolon boyuna donatı bindirme boyunun yetersizliği ile birlikte tahlil etme imkanı bulunmuş olacak hem de bu elemanların güçlendirilmesi konusunda önemli bir deneysel veri tabanı oluşmuş olacaktır. Bu bağlamda proje mühendislerine de önemli katkıda bulunacaktır.

(24)

(25)

INVESTIGATING THE EFFECTS OF LAP SPLICED LOW STRENGTH

REINFORCED CONCRETE COLUMNS ON STRUCTURAL

PERFORMANCE UNDER DIFFERENT AXIAL LOADS SUMMARY

It is a known fact that, the majority of our national territory is in the seismic zone. The buildings constructed without sufficient engineering services, increase the risks of destruction of probable earthquakes to a higher level.

Therefore, the legislations and the standards provided for designing buildings durable to earthquakes, are renewed and improved in the recent years. However, the buildings that were constructed before those improved legislations and standards, have plenty of design and application faults. Collapsing of the buildings, because of the insufficient longitudinal lap slice lenghts of reinforcements in the columns, is very common; especially for the buildings that have low quality concrete. With respect to the lap slice length of the reinforcements, the adherence between the reinforcements and the concrete, is effected negatively and therefore the strength of the building elements are reduced with undeniable scales. This situation combined with the usage of the plain reinforcements in a certain period, has risen a great risk. For that reason, with the help of the low strength concrete cantilever column models that are to be built, the effect of the longitudinal lap slice length of columns on the performance of the buildings will be investigated; at various axial loading rates under the effect of increasing gradual static horizontal force (earthquake effect). In order to model the present buildings that are in this scope, average strength of concrete 10 MPa and S220 plain reinforcement (220MPa) are used. Thus, with the help of this experimental study, not only the opportunity will be generated to investigate the insufficiency of longitudinal lap slice length of columns of low strength concrete buildings that frequently come up in our country, but also a very important experimental database about how to strengthen those elements will be formed. Hence, the project engineers will gain an important aid with this study.

(26)

(27)

1. GĐRĐŞ

Ülkemizin önemli bir bölümü birinci derece deprem kuşağı içerisinde yer almaktadır. Bu da depremi hayatımızın vazgeçemeyeceğimiz bir gerçeği haline getirmektedir. Depremler, gerekli önemler alınmadığı takdirde çok büyük can ve mal kaybına neden olmaktadırlar. Depremin yıkıcılığına, insanlar tarafından inşa edilen yapıların davranışının katkısı büyüktür [1]. Ne var ki ülkemizde de mevcut yapılarda pek çok tasarım ve uygulama eksikliğiyle karşı karşıya gelmekteyiz.

Ülkemizde yapıların, depremlerde sergilediği istenmeyen davranışın bir çok sebebi vardır, bu sebepler arasında beton kalitesinin düşük olması ve yapı elemanlarının yeter derecede sünek davranış gösterememesi öne çıkan başlıca iki önemli başlıktır. Taşıyıcı elemanlarda donatı bindirme boyları, beton ve demir kalitesine bağlı olarak farklı yönetmeliklerde farklı şekilde kurallara bağlanmıştır. Yeterli bindirme boyu, demir ile beton arasında yeterli aderans kuvvetini sağlayarak demirin göçmeden önce akmasını sağlamaktadır. Bu da hem eleman için hem de yapı için uygun süneklik koşulunu oluşturmaktadır.

Yönetmeliklerin öngördükleri bindirme boylarına mevcut yapıların birçoğunda riayet edilmemiştir. Böylelikle kullanılan betonun dayanımının da düşük olması, eleman ve yapı için ayrıca ilave zorluklar getirmektedir.

DBYBHY 2007’de mevcut betonarme elemanın bindirme boyunun yetersiz olması halinde, o eleman için hesapta dikkate alınacak moment kapasitisinin, donatının akma dayanımının yetersizliği oranında azaltılması yoluyla küçültülmesi tavsiye edilmiştir [2].

Bu çalışmada, düşük dayanımlı betonla imal edilmiş ve ülkemiz standartlarında belirtilmiş olan minumum bindirme boyuna sahip kolonların farklı eksenel yükler altında yapı performansına olan etkisi incelenecektir. Çalışma sonuçları ayrıca mevcut yapılardaki yetersizliklerin bulunmasıyla hesap yöntemlerine ışık tutacaktır. Çalışmada, ilk olarak, çalışmanın amacı belirtilmiş, ardından da geçmişte yapılmış çalışmalar hakkında yapılan araştırmalar özet olarak verilmiştir.

(28)

1.1 Tezin Amacı

Bu yüksek lisans tezi ile tasarımda planlanan beton dayanımının uygulamada gerçekleştirilemediği betonarme kolonlarda, ülkemiz standartlarında belirtilmiş olan minimum bindirme boyunun farklı eksenel yükler altında yapı performansına etkisinin incelenmesi amaçlanmaktadır. Böylelikle mevcut yapılardaki yetersiz bindirme ve/veya bindirmesiz kolonlar daha iyi anlaşılmış olacak ve yapılacak güçlendirmeler için daha gerçekçi hesaplar yapılabilecektir. Ayrıca bu çalışma ile deneysel bir veri tabanının oluşmasına katkıda bulunulması umut edilmiştir. Bu bağlamda proje mühendislerine de önemli katkıda bulunacaktır.

1.2 Literatür Özeti

Depremlerin yıkıcılığı, deprem bölgelerinde yapılmış ve yapılacak yapılar hakkında analitik ve deneysel çalışmalar yapılmasını zorunlu kılmıştır. Bu yüksek lisans tezi çalışması kapsamında da tezin amacı doğrultusunda literatür araştırması yapılmış, daha önce yapılmış çalışmalar araştırılmıştır.

Aboutaha, Engelhardt, Jirsa ve Kreger’in hasarlı kolonlarda bindirme boyu göçmelerin iyileştirmesi üzerine yaptıkları çalışmada, 3638 mm boyunda 914×457 mm kesitinde, 610 mm bindirme boyuna sahip farklı şekilde sarılmış iki tipte kolonlar üretmişlerdir. Üretimde, 25.4 mm çaplı nominal akma dayanımı 414 MPa olan nervürlü demir ve 28 günlük silindir dayanımı 22 MPa olan beton kullanılmıştır. Deneylerde numunelere eksenel kuvvet etkitilmemiştir.

Güçlendirme yapılmayan numunelerin her ikisi de gevrek bindirme göçmesine uğramışlardır. FC4 numunesinde ilk eğilme çatlakları 44 kN yatay kuvvette birleşim bölgesinde oluşmuştur. Yük 67 kN’a çıkarken çatlaklar bindirme donatılarının hemen üstünde biçimlenmiştir. Muhtelif yeni çatlaklar 89 kN çevriminde, bindirme bölgesinin üst kısmında oluşmuştur. Yük 133 kN değerine ulaştığında düşey yarma çatlakları bindirme donatılarının altında oluşmuş, yük 156 kN değerine çıkarken, düşey çatlak bindirmenin yarı boyuna kadar genişlemiştir. 178 kN çevriminde her iki yüzde de bindirme göçmesi gözlemlenmiştir.

(29)

Güçlendirmesiz diğer numunede ise numune her düşey donatının etrafından sargılanmıştır, diğer numunede olduğu gibi 156 kN yüke ulaşılırken düşey yarma çatlakları oluşmuş, 178 kN değerinde göçme meydana gelmiş, çatlaklar tüm bindirme boyunca genişlemiştir [3].

Xiao ve Ma, bindirme boyu yetersizliğinin onarılması hakkında yaptıkları çalışmada, 2.44 m boyunda, 0.61 m çapında dairesel kolonlar imal etmişlerdir. Çalışmada kolon, 28 günlük silindir dayanımı 45 MPa beton ve akma dayanımı 462 MPa olan 20 adet 19.1 mm çapında nervürlü donatının 381 mm boyuna bindirme yapılmasıyla teşkil edilmiştir. Güçlendirme yapılmamış numune, 712 kN eksenel yük ile tekrarlı yatay yüklemeye maruz bırakılmıştır. Deney esnasında, 5 mm yatay yerdeğiştirmede ilk eğilme çatlaklarına rastlanılmış, 13 mm yatay yerdeğiştirmede çatlaklar tüm bindirme bölgesi boyunca genişlediği gözlemlenmiştir. Đlk düşey çatlağa 28 mm yatay yerdeğiştirmede rastlanılmış, ilk çevrimin tepe yerdeğiştirmesinde (41 mm) düşey çatlaklar bindirme boyu bölgesince yayılmıştır. Güçlendirilmemiş bu numunede maksimum yatay kuvvet 231 kN olarak gözlemlenmiş ve çekmede 13 mm yatay yerdeğiştirmeye ulaşılmıştır [4].

Melek ve Wallace 1.52 m ve 1.83 m boyları arasında, 457 mm kare kesitli, 8 adet 25.4 mm çapında nervürlü boyuna donatı ve 9.5 mm çapında 90° kancayla sargılanmış kolon numuneleri test etmişlerdir. Boyuna donatılar 510 MPa akma dayanımına, beton 36 MPa tepe dayanımına sahiptir. Boyuna donatılarda, 20Ø boyunda bindirme yapılmıştır.

1068 kN eksenel kuvvetle yatay kuvvete maruz bırakılmış numunede, %0.25 yatay öteleme oranında ilk eğilme çatlaklakları kolonun tabanında oluşmuştur. %0.75 yatay öteleme oranında çatlaklar kolon boyunun %47sine kadar gelişmiş, kılcal boyuna çatlaklar bindirme boyunca oluşmuştur. %1 yatay öteleme oranında bindirme bölgesinde ani ve önemli çatlaklar gözlemlenmiştir. Bindirme göçmesine bağlı olarak yatay yükte azalma çekmede ilk %1 öteleme oranı çevriminde ve itmede ilk %1.5 öteleme oranı çevriminde gerçekleşmiştir. Üçüncü %1.5 öteleme oranı çevriminde betonun ezilmesi ve az miktarda dökülmesi birleşim bölgesinde gözlenmiştir. Đlk %3 çevriminde yükleme yönündeki her iki yüzeydeki birleşimden 127 mm yüksekliğe kadar tüm beton dökülmüştür. Diğer numunelerde de benzer davranış deney sırasında gözlenmiştir.

(30)

Deneyler sırasında ulaşılan moment kapasitesi, hesaplanan akma momentinin %97 - 103ü kadardır. Yatay yük, %1 – 1.5 yatay öteleme oranında düşüşe geçmiş, numunelerde yerdeğiştirme sünekliği gözlenmemiştir. Farklı eksenel kuvvet oranları, sadece aderansın kaybolmaya başladığı yatay kuvvette önemli bir etkiye sahip olmuştur [5].

Verderame, Fabbrocino ve Manfredi tarafından yapılan deneysel çalışmalarda, yaklaşık ortalama 25 MPa silindir basınç dayanıma sahip beton ve 355 MPa akma ve 470 MPa kopma dayanıma sahip boyuna 12mm çaplı düz inşaat demiriyle üretilmiş kolon numuneleri mevcut yapıların davranışını anlamak için incelenmiştir. Üretilen kolonların boyutu 30x30x200 cm olup, iki tipte imal edilmiştir. 40Ø (48cm) bindirme boyuna sahip 6 numune ve bindirme boyu yapılmaksızın sürekli imal edilmiş 6 numune farklı eksenel kuvvet ile tekil ve tekrarlı yüklemeye maruz bırakılmıştır. Kolonlar, temel bileşiminden 135 cm Ø8/10, geriye kalanı Ø8/5 etriye ile sarılmış, yatay kuvvet birleşimden 157 cm yukarıdan etkitilmiştir. 270 kN eksenel kuvvet altında, tekil yüklemeye maruz bırakılan bindirmeli (40Ø) iki kolon, 39 kN ve 37 kN yükle %0.77 ve % 0.72 yatay öteleme oranında akmaya ulaşmıştır. Yine 270 kN eksenel kuvvet altında, tekil yüklemede sürekli iki kolon 39 kN ve 41 kN yükle %0.95 ve %0.96 yatay öteleme oranında akmaya ulaşmıştır. Aynı eksenel kuvvet altında yapılan tekrarlı yüklemede bindirmeli iki kolon 40 kN ve 41 kN yükle %0.79 ve %0.77 yatay öteleme oranında akmış, sürekli kolon ise 39 kN yükle %0.96 yatay öteleme oranında akmaya ulaşmıştır.

540 kN eksenel kuvvet ile tekil yüklemeye maruz bırakılan bindirmeli kolon 58 kN yükle %0.71 yatay öteleme oranında, sürekli kolon ise 60 kN yükle %0.89 yatay öteleme oranında akmıştır. Aynı eksenel yük seviyesinde tekrarlı yüklemede bindirmeli kolon, 61 kN yükle %0.89 yatay öteleme oranında, sürekli kolonlar 60 kN ve 63 kN yükle %1.00 ve %0.97 yatay öteleme oranında akmışlardır [6-7].

(31)

2. BETONARME VE BĐNDĐRME BOYU

Beton gibi çekme dayanımı düşük bir malzemeden taşıyıcı sistemler oluşturmak zor ve ekonomik olmayan çözümler gerektirir. Akla gelen ilk çözüm, eski çağlarda taşın kullanılışına benzer bir biçimde, eleman veya sisteme, kesitlerde yalnız basınç oluşturacak bir form vermektir. Ancak, bu tür yapı geometrileri bir çok durumda fonksiyonel ve ekonomik olmayabilir. Akla gelen ikinci çözüm, çekme gerilmelerinin betonun içine yerleştirilen, çekme dayanım ve sünekliği yüksek başka bir malzeme tarafından karşılanmasıdır. Bu ikinci çözüm mühendislik açısından çok daha uygun bir çözümdür. Bu amaçla betonda çekme gerilmelerini karşılamak için çelik donatı kullanılır. Çelik donatı ve betondan oluşan kompozit malzemeye “betonarme” denir. Çelik donatı ve betondan oluşan malzemenin betonarme olabilmesi için, bu iki malzemenin birbirleriyle kaynaşmış olarak birlikte çalışmaları gerekir. Başka bir deyişle, donatının ve çevresindeki betonun deformasyonunun farklı olmaması için donatı, etrafındaki beton kütleye sağlam bir şekilde kenetlenmelidir. Beton ve çeliğin birlikte çalışmasını sağlayan bu olay “kenetlenme” veya “aderans” olarak adlandırılır [8]. Beton ve donatı arasındaki aderansın herhangi bir sebeple azalması ve/veya tamamen ortadan kalkması, betonarme yapıda büyük sorunları beraberinde getirir. Ülkemizdeki mevcut yapılarda, deprem güvenliği açısından büyük risk oluşturan faktörlerin başında yetersiz bindirme boyu ve bunun neden olduğu dayanım ve aderans kayıpları gelmektedir (Şekil 2.1).

(32)

Şekil 2.1 : 1999 Kaynaşlı depreminde görülen, yetersiz bindirme boyundan ………kaynaklanan göçme durumu ( Yapısal Risk Sunum, Alper Đlki)

2.1 Betonarme 2.1.1 Beton

Beton, agrega, çimento ve suyun homojen olarak karıştırılmasından oluşan, başlangıçta plastik kıvamda olup, şekil verilebilen, zamanla katılaşıp sertleşerek mukavemet kazanan bir yapı malzemesidir [9].

Betonun mutlak hacmini %70 oranında agrega (kum, çakıl, mıcır), %10 oranında çimento, % 20 oranında su oluşturur (Şekil 2.2).

Agrega; betonun fiziksel yapısını oluşturan bir dolgu maddesi olarak kullanılır. Çimento ve su ise aralarında oluşturdukları kimyasal işlemler sonucunda, ayrı halde

(33)

Şekil 2.2 : Beton içeriği (Google görseller) 2.1.2 Çelik

Đçerisinde %1.7’ye kadar karbon, %1’e kadar mangan, %0.5’e kadar silisyum bulunan kükürt ve fosfor oranı da %0.05’ten az olan demir karbon alaşımıdır.

Betonun çekme dayanımı yaklaşık olarak basınç dayanımının yaklaşık 1/10’u kadardır. Bu yüzden yapıdaki çekme kuvvetlerini karşılamak için donatı yani çelik gereklidir.

2.1.3 Aderans

Beton ile donatı meydana gelen etkiler nedeni ile şekil değiştirirler. Bu sırada iki malzeme arasında gerilmelerin geçişi meydana gelir. Arada sıyrılma olmadan bu tür gerilme geçişinin ortaya çıkmasına aderans denir.

Aderans olarak adlandırılan beton ve donatı arasındaki bağın, üç temel nedene dayandığı kabul edilmektedir. Bunlar;

Donatı çubuğunun yüzeyi ile çimento harcı arasında oluşan ve kolayca çözülebilen kimyasal yapışma

Beton içindeki çubuk yüzünde meydana gelen sürtünmeden ortaya çıkan kuvvet Nervürlü çubuklarda oluşturulan dişlerde oluşan kuvvet olarak sıralanabilir [10]. Beton ve donatı arasındaki aderansın herhangi bir sebeple azalması ve/veya tamamen ortadan kalkması yapıda büyük sorunları beraberinde getirir. Ülkemizdeki mevcut yapılarda, dayanım ve aderans kayıpları deprem güvenliği açısından büyük tehlike arz eden faktörlerin başında gelir.

(34)

2.1.4 Donatının kenetlenmesi

Betonarme bir elemanının gerektiği gibi davranabilmesi için donatının betona kenetlenmesi gereklidir. Kenetlenme, aderansın tam anlamıyla sağlanabilmesi için oldukça önemlidir [11].

Donatının betona kenetlenmesi çeşitli biçimlerde sağlanabilir. Bunlar, düz kenetlenme ile, manşon ve benzeri mekanik bağlantılarla veya kanca ile sağlanabilir. Aderans gerilmesi önem sırasıyla; donatı yüzünün şekline, beton türüne ve özellikle betonun çekme dayanıma bağlıdır. Donatının betonun içinde düşeye yakın veya kalıbın altında bulunması durumunda aderans daha kuvvetli biçimde gerçekleşir. Bu amaçla donatının kesitteki durumu iki konumda göz önüne alınmıştır. Bunlardan Konum 2 olarak betonlama sırasında eğimi yatayla 45 ile 90 derece arasında veya kesitin alt yarısında ve betonun üst yüzünden en az 300 mm uzakta bulunan çubukları kapsar. Bu konumun dışı da Konum 1 olarak isimlendirilir [10].

2.1.4.1 Çekme donatısının kenetlenmesi Düz Kenetlenme

Kenetlenme, donatının ihtiyaç duyulmayan kesitten düz olarak lb boyu kadar

uzatılması ile sağlanır. Kenetlenme boyu nervürlü çubuklar için TS 500 (2000)’de

0.12 yd b ctd f l f   = φ ≥ 20φ   (2.1)

Düz yüzeyli çubuklar için TS 500 (1984)’de

0.22 yd b ctd f l f   = φ ≥ 40φ   (2.2)

Düz yüzeyli çubuklar için TS 500 (2000)’de

0.24 yd b ctd f l f   = φ ≥ 40φ   (2.3) olarak gösterilmiştir [11,12].

(35)

Kanca veya Fiyongla Kenetlenme

TS 500 (2000)’de donatının ucu bükülerek kanca veya fiyong yapılıyorsa gerekli kenetlenme boyu azaltılabilir ve bu durumda alınacak kenetlenme boyu lbk düz

kenetlenmede verilen denklemlerin 3/4 ü kadar alınabilir. TS 500 (1984) de ise, gerekli kenetlenme boyu ∆lb kadar azaltılabilir. Standart kanca detayı TS 500 (1984)

için Şekil 2.3’te, TS 500 (2000) için ise Şekil 2.4’te gösterilmiştir. Düz yüzeyli çubuklar için;

b l

∆ = 15φ _(2.4)

Nervürlü çubuklar için;

b b

l l

∆ = 10φ ≤ 0.2 _(2.5)

olarak verilmiştir [11,12].

Şekil 2.3 : TS 500 (1984) kanca detayı

(36)

2.1.5 Donatının eklenmesi (Bindirme boyu)

Donatı çubuklarının boyları genellikle 12 m olarak imal edilmektedir. Daha uzun donatıların gerekli olduğu durumlarda, bunların birbirine eklenilmesi yoluna gidilir. Donatı çubukları üç farklı yolla birbirlerine eklenebilir. Bunlar kaynak, manşon ve bağ teli yardımıyla donatıların birbirlerine eklenmesi yoluyla gerçekleşir [10]. Ancak bunlardan en basit ve ekonomik olanı, bağ teli kullanılarak beton ile donatı arasındaki aderanstan faydalanılarak yapılan bindirme ekidir. Bu durumda donatıdaki kuvvet aderans yoluyla betona ve betondan da diğer donatıya geçmektedir.

2.1.5.1 Çekme kuvveti altında bindirme

Çekme donatısında yapılan bindirmeli eklerde düz yüzeyli çubuk kullanılıyorsa eğer kanca yapılması zorunludur. Nervürlü çubuklarda ise böyle bir zorunluluk yoktur. Çekme donatısı için gerekli bindirme boyu l0 TS 500 (2000) için

0 1 b

l = αl _(2.6)

1 1 0.5r

α = + _(2.7)

Burada “r” aynı kesitte eklenen donatı sayısının toplam donatı sayısına oranıdır. Ayrıca bindirmeli ek yapılan çubuklar kancalı ise denklem 2.6 daki değerin 3/4 ü alınabilir. TS 500 (1984) için

0 1 b b

l = αl − ∆ l _(2.8)

Burada α1 aynı kesitte eklenen donatı yüzdesine bağlı bir katsayıdır. ∆lb ise denklem

2.4 ve 2.5 te belirtilen kanca etkisini gösterir [11,12].

Aynı zamanda ACI tarafından hazırlanan Building Regulations For Reinforced Concrete ACI-318 yönetmeliğinin 1941 versiyonunda düz yüzeyli donatılar için aderans gerilmesi ve bindirme boyu hesabı aşağıdaki denklemlerde belirtilmiştir [13].

'

0.04 _c

(37)

3. DENEYSEL ÇALIŞMA

3.1 Numune Özellikleri

3.1.1 Numunelerin tasarlanması

Düşük dayanımlı betonarme kolonlarda, yönetmeliklerde belirtilen minimum şartları sağlayacak şekilde kanca yapılarak oluşturulan bindirme boyunun, farklı eksenel yükler altında, yapı performansına etkisini incelemek için birbirinin aynı üç adet numune tasarımı yapılmıştır. Bu amaçla, boyutları 720×720×550 mm olan bir temel üzerine yüksekliği 1950 mm olan konsol bir kolon tasarlanmıştır. Kolonun yapısı Türkiye’de mühendislik açısından eksik yönleri olacak şekilde, düşük beton dayanımlı, düz donatılı ve birleşim bölgesinde etriye sıklaştırması yapılmadan tasarlanmıştır. Gerekli bindirme boyunun hesabı yapılırken, tasarımda beton için 28 günlük standart silindir dayanımın 14 MPa ve donatının karakteristik akma dayanımın da 220 MPa olduğu göz önüne alınmıştır. Bu veriler ışığında TS 500 (1984)’deki kancalı bindirme boyu hesabı kullanılarak bindirme boyu 44 Ø (616 mm) olarak bulunmuştur.

Hesapta, numune üretiminde kullanılan betonun 28 günlük ortalama standart silindir basınç dayanımı, deneylerle bulunan 9.5 MPa ve düz demirin akma dayanımı da çelik çekme testleriyle bulunan 280 MPa olarak kullanılmıştır.

f´c(j)=Karottan alınan j gününcü silindir basınç dayanım değeri

f´co(j)= J günlük betonun ortalama silindir basınç dayanım değeri

f´co(j)=0.85 f´c(j) _(3.1)

b = 200mm; h = 300mm

28 günlük silindir beton basınç dayanımı f´c(28) = 9.50 MPa (10MPa olarak

denklemlerde kullanılmıştır). Boyuna donatı adet ve çapı = 4Ø14

(38)

Enine donatı çap ve aralığı (kritik bölgede) = Ø10/200 Enine donatı çap ve aralığı (kritik bölge dışında) = Ø10/200

Enine donatı sınıfı = S220; Enine donatı akma dayanımı = 303 MPa Tasarımda eksenel yük oranları ν ≈ %25 ve %50

Eksenel yük kapasitesileri sırasıyla;

(28) 0.25 0.25 8.5 200 300 127500 kap co N = ⋅ f′ ⋅ ⋅ =b h ⋅ ⋅ ⋅ = N _(3.2) (28) 0.50 0.50 8.5 200 300 255000 kap co N = ⋅ f′ ⋅ ⋅ =b h ⋅ ⋅ ⋅ = N _(3.3)

Xtract kesit analiz programı ile Mander Modeli kullanılarak moment kapasite hesabı yapıldığında; MN1 = 22.45 kNm, MN2 = 35.66 kNm ve MN3 = 42.09 olarak

bulunmuştur.

Xtract kesit analiz programı kullanılarak elde edilen moment-eğrilik ilişkileri Şekil 3.1’de gösterilmiştir.

Kesme kuvveti hesabı;

Eksenel yük oranı büyük olan numuneye göre aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. Moment kapasitesine karşı gelen tasarım kesme kuvveti hesaplandığında;

42090 25509 1.65 d M V h = = = N _(3.6)

Eğik çatlama dayanımı

0.35 ctk ck f = ⋅ f _(3.7) 0.65 0.35 1 cr ck N V f b d b h γ   = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅_ + ⋅ _ ⋅   (3.8) (0.35 15) 255000 0.65 200 (300 37) 1 0.07 40089 1.5 200 300 ⋅   = ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ + ⋅ = ⋅   N (3.9)

(39)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 Eğrilik (1/m) M o m e n t (k N m ) LS 44 Ø-N1 LS 44 Ø-N2 LS 44 Ø-N3

Şekil 3.1 : Moment-eğrilik ilişkisi Betonun taşıyabileceği en büyük kesme kuvveti miktarı;

0.8* 0.8 40089 32071

c cr

V = V = ⋅ = N _(3.10)

Etriyenin taşıyabileceği en büyük kesme kuvveti miktarı;

sw w ywd A V f d s = ⋅ ⋅ _(3.11)

(

)

2 2 10 / 4 303 300 37 62588 200 w V = π ⋅ ⋅ − = N _(3.12)

Toplam kesme kuvveti miktarı;

32071 62588 94659 r c w V =V +V = + = N _(3.13) Kesme kuvveti üst sınırı;

(

)

(28) 0.22 0.22 8.5 200 300 37 98362 mak co V ≤ ⋅ f′ ⋅ ⋅b d = ⋅ ⋅ ⋅ − = N _(3.14)

Yapılan kontroller sonucunda Vd ≤ Vr ve Vd ≤ Vmak şartlarını sağlamış olduğundan

dolayı üretilen numunelerin kesme nedeniyle göçmeyeceği, istenildiği gibi eğilme nedeniyle göçeceği görülmüştür.

(40)

3.1.2 Numunelerin özellikleri

Enkesitleri 200 mm × 300 mm ve yüksekliği 1950 mm olan konsol kolonlar boyutları 720×720×550 olan bir temel üzerine otutulmuştur.

Numunelerin kolon bölgesi için düşük dayanımlı beton hazırlanmış ve S220 (BÇ I) kalitesinde düz yüzeyli donatı kullanılmıştır. Ayrıca kolon sarılma bölgesinde etriye sıklaştırması yapılmamıştır. Temelde ise C25 betonu ve S420 (BÇ III) donatısı kullanılmış. Tüm bu numunelerde bindirme boyu 44 Ø (616 mm) olarak kullanılmıştır.

LS; düşük dayanımı (Low Strength), 44 Ø; bindirme boyunun uzunluğunu, N1, N2 ve N3 ifadeleri ise farklı eksenel yük oranlarını temsil etmektedir. Numunelere ait beton ve donatı özellikleri ile deneylerdeki eksenel yük oranları Çizelge 3.1’de gösterilmiştir.

Çizelge 3.1 : Deney numunelerinin özellikleri

Numune adı Beton basınç dayanımı kolon (MPa) Beton basınç dayanımı temel (MPa) Temel donatıları Kolon donatıları Eksenel yük oranları LS44Ø-N1 ~10 25 S420 S220 Yok LS44Ø-N2 ~10 25 S420 S220 0.25 LS44Ø-N3 ~10 25 S420 S220 0.50

12.08.2008 tarihinde numunelerin iskeletlerinin yapımına başlanmıştır. Đlk olarak donatıların tasarıma uygun bir şekilde bükülmesi gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.2).

(41)

Şekil 3.3 : Numune iskeletinin hazırlanışı

Đmal edilen numunelerin izometrik görünüşü Şekil 3.4’te, planda görünüşü Şekil 3.5’te, boy kesitleri Şekil 3.6’da ve kullanılan donatı açılımları Şekil 3.7’de gösterilmiştir.

(42)

Şekil 3.4 : Numune izometrik görünüş 4φ14 φ10/200 720 72 0 300 260 2 00 1 60 20 20 A A B B 11 3 108 PVC Boru Çap:90mm PVC Boru Çap:90mm 159 159 16 7 1 67 414 108 11 3 4 05 150 150 1 43 14 3

(43)

Poz 6: 4Φ14

Poz 8: 1Φ14

Poz 7: 1Φ14

B - B KESĐTĐ 55 0 720 51 0 20 680 20

Poz 9: Φ10/130

Poz 4: 4Φ14

Poz 6: 4Φ14

Poz 8: 1Φ14

PVC Boru

YÜKLEME YÖNÜ

A - A KESĐTĐ

Poz 1: 4φ14

Poz 9: Φ10/130

Poz 3: φ10/200/100

55 0 19 50 680 720

Poz 5: 2Φ14

300 20 0 20 20

Poz 2: 4φ14

(44)

240 1 88 5 4 65 60 6 0 60 110 110 110 11 0 6 0 Poz 2: φ14 4 adet l=1876mm Poz 1: φ14 4 adet l=2930mm 660 Poz 4: Φ14 4 adet l=2484mm 660 100 482 100 48 2 100 160 260 160 100 Poz 3: φ8/200(100) 14 adet l=1040mm Poz 5: Φ14 2 adet l=1622mm 100 201 5 10 201 510 100 660 Poz 6: Φ14 4 adet l=2428mm 660 4 54 454 100 100 Poz 7: Φ14 2 adet l=1580mm 208 4 8 2 208 482 100 100 660 100 100 Poz 8: Φ14 1 adet l=860mm 6 80 680 680 680 100 100 Poz 9: Φ10/120 4 adet l=2920mm 260 425 1 11 1

Şekil 3.7 : Numune donatı açılımları 3.1.3 Malzeme özellikleri

3.1.3.1 Beton

Betonun çekme dayanımı çok düşük olduğu için hesaplarda dikkate alınmaz. Betonun basınç altındaki davranışını belirleyen gerilme-birim deformasyon (σ-ε) eğrileri, 150×300 mm’lik standart silindir numunelerinin eksenel basınç altında denenmesinden sonra elde edilir. Bu deneylerde uygulanan yük, silindirin kesit alanına bölünerek gerilme hesaplanır [8].

Temel ve kolon betonu Đstanbul Beton Elemanları ve Hazır beton Fabrikaları Sanayi ve Ticaret A.Ş.’den (ĐSTON) temin edilmiştir. Numunelerin betonları iki aşama dökülmüştür. Đlk olarak temeller dökülmüş sonrasında ise prizini almış temel üzerine kolon betonları dökülmüştür. Temel için 25 MPa dayanım kullanılmış, kolon için ise dayanımın 10 MPa olması öngörülmüştür. Üretici ĐSTON tarafından, kolon için üretilen betonda kullanılan agrega hakkındaki bilgiler Çizelge 3.2’de gösterilmiştir.

(45)

Çizelge 3.2 : Kolon betonunda kullanılan agrega hakkında bilgiler Elek açıklıkları _mıcırNo I Deniz kumu _(0-4mm) No II _mıcır Taş tozu Karışım _%

0.125 0 1 0 6 1 0.25 0 22 0 6 8 0.5 0 74 0 11 27 1 1 89 0 20 34 2 1 96 1 42 40 4 2 99 1 81 48 8 40 100 1 100 70 16 100 100 38 100 100 31.5 100 100 100 100 100 Özgül ağırlık 2.69 2.62 2.69 2.69 Karışım oranları % 50.05 34 0 15.95

1 m3 betonda bulunan malzeme karışım reçetesi Çizelge 3.3’teki gibidir.

Çizelge 3.3 : 1m3_{betonda bulunan malzeme karışım reçetesi}

Tolerans (%±3)

Miktar (kg) Max. Min.

Çimento miktarı (SDÇ 32,5) 197.4 203.4 191.5 No I mıcır 851.7 877.2 826.1 Deniz kumu (0-4mm) 563.3 580.2 546.4 No II mıcır 0.0 0.0 0.0 Taş tozu 271.6 279.8 263.5 Su 231.2 238.1 224.2 Toplam 2115.2 2178.7 2051.7

Sertleşmiş beton üzerinde 28, 60, 168 ve 232 günlük olmak üzere dört tane standart silindir basınç deneyi Şekil 3.8’deki gibi gerçekleştirilmiş olup gerilme şekildeğiştirme ilişkisi sırasıyla Şekil 3.9, Şekil 3.10, Şekil 3.11 ve Şekil 3.12’de verilmiş ve standart silindir basınç deneyi sonuçları da Çizelge 3.4’te ve Şekil 3.13’te gösterilmiştir.

(46)

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 Şekildeğiştirme (ε) G er il m e (N /m m ²) LS-28-1 LS-28-2 LS-28-3

Şekil 3.9 : 28 günlük standart silindir basınç deneyi σ-ε diyagramı

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 Şekildeğiştirme (ε) G er il m e (N /m m ²) LS-60-1 LS-60-2 LS-60-3

(47)

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 Şekildeğiştirme (ε) G er il m e (N /m m ²) LS-168-1 LS-168-2 LS-168-3

Şekil 3.11 : 168 günlük standart silindir basınç deneyi σ-ε diyagramı

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 Şekildeğiştirme (ε) G er il m e (N /m m ²) LS-232-1 LS-232-2 LS-232-3 LS-232-4 LS-232-5 LS-232-6

Şekil 3.12 : 232 günlük standart silindir basınç deneyi σ-ε diyagramı Çizelge 3.4 : Sertleşmiş beton bilgileri

Numune yaşı gün f΄c(j) (MPa) Ecj (MPa)

28 9.40 13382

60 9.50 14088

168 9.40 14240

(48)

(233; 9.50) (168; 9.40) (60; 9.50) (28; 9.40) 0 2 4 6 8 10 12 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 Yaş (Gün) D ay an ım ( M P a)

Şekil 3.13 : Standart silindir basınç deneyi sonuçları 3.1.3.2 Donatı

Çelik, çekme ve basınç altında benzer özellikler gösteren bir malzemedir. Çeliğin gerilme-birim deformasyon özellikleri, genellikle çekme deneylerinden elde edilir [8]. Çalışmanın amacına uygun olması bakımından kolonlarda hem boyuna, hem de enine donatı için düz yüzeyli S220, temellerde ise hem boyuna, hem de enine donatı için S420 kalitesinde nervürlü donatı çeliği kullanılması öngörülmüştür. Tasarım ve numune üretimi öncesinde kullanılacak çeliğin beklenen dayanıma sahip olup olmadığını anlamak üzere standartlara uygun olarak (TS 708 (1985), Beton Çelik Çubukları) 20.05.2008 tarihinde çelik çekme deneyi yapılmıştır. Çekme deneylerinde 200 kN kapasiteli Alfred J. Amsler marka mekanik çekme cihazı kullanılmıştır. Her donatının gerçek çapı kumpas ile üç farklı noktasından ölçülerek bulunmuştur. Çekme deneyi sırasında donatılarda oluşan uzamaları okuyabilmek için ekstansometre kullanılmıştır. Ekstansometrenin ölçüm boyu 100 mm, hassasiyeti 1/100 mm’dir. Ekstansometrede okunan belli yerdeğiştirme seviyelerinde etkitilen çekme kuvveti deney boyunca elle kaydedilmiş ve gerilme-şekildeğiştirme ilişkileri elde edilmiştir. 14 mm çaplı düz donatı ve 10 mm çaplı düz donatı için gerilme şekildeğiştirme ilişkisi Şekil 3.14 ve Şekil 3.15’te verilmiştir.

(49)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Şekildeğiştirme G er il m e (N /m m 2 ) PB-14-1 PB-14-2 PB-14-3

Şekil 3.14 : 14 mm çaplı düz donatı için gerilme şekildeğiştirme ilişkisi

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Şekildeğiştirme G er il m e (N /m m 2 ) PB-10-1 PB-10-2 PB-10-3

Şekil 3.15 : 10 mm çaplı düz donatı için gerilme şekildeğiştirme ilişkisi 3.1.4 Numunelerin üretimi

Numuneler 12.08.2008 tarihinde Đ.T.Ü. Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında üretilmeye başlanmıştır. 05.01.2009 tarihinde kolon betonu dökülerek üretim sona ermiştir. Üretim iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Đlk olarak numunelere ait temellerin betonları dökülmüş olup (22.12.2008); ikinci aşamada da kolonlar dökülmüştür (05.01.2009).

(50)

3.1.4.1 Temeller

Tüm numunelerin temelleri için ahşap kalıplar hazırlanmıştır (Şekil 3.16).

Şekil 3.16 : Ahşap kalıplar ve temel donatısı.

Numuneleri taşımak için temelin dört tarafında bırakılan kancalar, alt uzantıları tüm donatıların altında olacak şekilde yerleştirilmiştir (Şekil 3.17).

Şekil 3.17 : Taşıma kancaları

Laboratuvarda numuneleri adaptör temele monte etmek için temelde, beton dökümünden sonra delik kalmasını sağlayacak şekilde 90 mm çapında 4 adet plastik boru ile delikler bırakılmıştır (Şekil 3.18).

(51)

Şekil 3.18 : Plastik boru yerleşimi

Numunelerin temel betonu Đstanbul Beton Elemanları ve Hazır Beton Fabrikaları Sanayi ve Ticaret A.Ş. (ĐSTON) tarafından imal edilip 22.12.2008 tarihinde dökülmüştür (Şekil 3.19).

Şekil 3.19 : Temel betonu dökümü

Betonun iyi yerleşmesini sağlamak amacıyla vibrasyon işlemi yapılmıştır (Şekil 3.20).

(52)

Şekil 3.20 : Vibrasyon yapılması

Temel betonu dökülürken 28 günlük basınç dayanımı testi yapmak için 10 adet standart silindir numunesi alınmıştır (Şekil 3.21).

Şekil 3.21 : Standart silindir numunesi

(53)

Şekil 3.22 : Beton çökme ve yayılma deneyleri

Temele beton dökümünden bir saat sonra kimyasal kür uygulanmıştır. Böylelikle numuneler sabah akşam sulanmak zorunda kalmayıp klasik yönteme uygun şekilde kür uygulaması gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.23).

Şekil 3.23 : Temele uygulanan kimyasal kür 3.1.4.2 Kolonlar

Kolonlar için beton dökümü sırasında kullanılmak üzere 20 mm kalınlığında plywood malzemesinden özel kalıplar hazırlanmıştır. Beton dökümünden önce tüm kalıplar yağlanmıştır (Şekil 3.24).

(54)

Şekil 3.24 : Kolon kalıpları

Numuneler Đstanbul Beton Elemanları ve Hazır Beton Fabrikaları Sanayi ve Ticaret A.Ş. (ĐSTON) tarafından temin edilen hazır beton kullanılarak imal edilmiştir. Beton dökümü 05.01.2009 tarihinde yapılmıştır.

Betonun iyi yerleşmesini sağlamak amacıyla vibrasyon işlemi yapılmıştır. Kolon betonu dökülürken 28 günlük basınç dayanımı testi yapmak için 20 adet standart silindir numunesi alınmıştır. Beton dökümü sırasında üç adet çökme ve yayılma deneyleri yapılmıştır. Kolonların beton dökümünden sonra kolonun kalıp üstünde açık kalan kısmı perdahlanmıştır. Son olarak kolon numulerine beton dökümünden sonra kimyasal kür uygulanmıştır (Şekil 3.25).

(55)

3.1.4.3 Şekildeğiştirmeölçerlerin yapıştırılması

Temel ve kolon donatı iskeletleri kalıplara yerleştirilmeden önce üzerine şekildeğiştirmeölçerler (strain gauge) yapıştırılmıştır. Şekildeğiştirmeölçerleri dış etkilerden korumak için açıkta kalan uçları poşetlerle sarılmıştır (Şekil 3.26). Şekildeğiştirmeölçerler yapıştırılmadan once donatılar üzerinde belirlenen noktalar sırasıyla kalın ve ince zımpara, ardından tel fırça yardımı ile pastan arındırılmıştır. Daha sonra pamuk ve aseton yardımı ile tozlu yüzeyler temizlenmiştir. Tam olarak temizlenmiş bu yüzeylere şekildeğiştirmeölçerler, cyanoacrylat esaslı bir yapıştırıcı ile yapıştırılmıştır. Ardından su ve nem yalıtımını sağlayarak mekanik korumayı gerçekleştirmek için iki kat kimyasal yalıtım malzemesi (N-1, su geçirmez malzeme), bir kat bitüm esaslı bant (VM Tape, nem ve diğer dış etkilere karşı yalıtım sağlayan malzeme) ve bunun üzerine izole bant sarılmıştır. Tüm şekildeğiştirmeölçerlerin kablolarının ucuna hangi numuneye ait olduğunu, konumunu, cinsini, ve gage faktörünü belirtmek üzere etiketler yapıştırılmıştır (Şekil 3.27). Bu etiketlerde belirtilen şekildeğiştirmeölçerler belirli bir sistematikle isimlendirilmiştir (Şekil 3.28).

Kablolar en kısa mesafeden beton yüzeyine çıkacak şekilde bir araya getirilmiştir.

(56)

Şekil 3.27 : Şekildeğiştirmeölçer etiketlerinden bazıları

Tüm numunelerde temel içerisinde dört adet şekildeğiştirmeölçer yapıştırılmıştır. Bunlar sırasıya TF1, TF10, TF20 ve TF 30’dur. Yine aynı şekilde tüm numunelerde dört adet kolon etriyesine (sırasıyla EDK20, EDK40, EDU20 ve EDU40), üç adet kolon boyuna donatısına (sırasıyla KD10, KD30 ve KD50) ve üç adet temel filizine (sırasıyla FD10, FD30 ve FD50) şekildeğiştirmeölçer yapıştırılmıştır.

Şekil 3.28 : Şekildeğiştirmeölçerlerin isimlendirilmesi

Şekildeğiştirmeölçerlerin numune üzerindeki şematik gösterimi Şekil 3.29’da gösterilmiştir.

KD 50

Hangi donatıya ait olduğu (Örn: Kolon Donatısı)

(57)

KD50 KD30 KD10 TF1 TF20 FD50 FD30 FD10 TF30 TF10 EDU40 EDU20 EDK40 EDK20 KD: Kolon Donatısı TF: Temel Filizi FD: Filiz Donatısı EDU: Etriye Donatısı Uzun Kenar EDK: Etriye Donatısı Kısa Kenar 300 YÜKLEME YÖNÜ 200 720 5 50 1 00 2 00 1 0 ₉0 10 0 10 0 20 0