Deprem dayanımı yetersiz betonarme çerçevelerin bağ kirişli dış perde duvar uygulaması ile güçlendirilmesi

(1)

T.C.

SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

DEPREM DAYANIMI YETERSĐZ BETONARME ÇERÇEVELERĐN BAĞ KĐRĐŞLĐ DIŞ PERDE DUVAR UYGULAMASI

ĐLE GÜÇLENDĐRĐLMESĐ

Murat ÖZTÜRK

DOKTORA TEZĐ

ĐNŞAAT MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI

(2)

T.C.

SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

DEPREM DAYANIMI YETERSĐZ BETONARME ÇERÇEVELERĐN BAĞ KĐRĐŞLĐ DIŞ PERDE DUVAR UYGULAMASI

ĐLE GÜÇLENDĐRĐLMESĐ

Murat ÖZTÜRK DOKTORA TEZĐ

ĐNŞAAT MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI KONYA, 2010

Bu tez 25/06/2010 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği/oyçokluğu ile kabul edilmiştir.

Prof. Dr. M. Yaşar KALTAKCI – Selçuk Üniversitesi (Danışman) Prof. Dr. Kerim ÇINAR – Selçuk Üniversitesi (T.Đ.K. Üyesi) Doç. Dr. Fatih ALTUN – Erciyes Üniversitesi

Doç. Dr. H. Hüsnü KORKMAZ – Selçuk Üniversitesi

(3)

ÖZET

DOKTORA TEZĐ

DEPREM DAYANIMI YETERSĐZ BETONARME ÇERÇEVELERĐN BAĞ KĐRĐŞLĐ DIŞ PERDE DUVAR UYGULAMASI

ĐLE GÜÇLENDĐRĐLMESĐ

Murat ÖZTÜRK

Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Đnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. M. Yaşar KALTAKCI

2010, 314 sayfa

Jüri : Prof. Dr. M. Yaşar KALTAKCI Prof. Dr. Kerim ÇINAR

Doç. Dr. Fatih ALTUN

Doç. Dr. H. Hüsnü KORKMAZ Yrd. Doç. Dr. Mehmet KAMANLI

Yıkıcı depremlerin sık şekilde yaşandığı Türkiye’de, mevcut betonarme binaların önemli bir bölümünün dayanım ve rijitlikleri istenen seviyede değildir. Bu nedenle, depremlerde ağır can ve mal kayıpları yaşanmaktadır. Günümüzde betonarme binaların davranışlarının iyileştirilmesi için çeşitli güçlendirme yöntemleri uygulanmaktadır. Ancak, güçlendirme çalışmaları süresince genellikle binanın kullanımı engellenmekte ve bina içinde yapılan güçlendirme ağır ek maliyet getirmektedir. Dolayısıyla, hem konut türündeki binaların hızlı bir şekilde güçlendirilmesini sağlamak; hem de hastane, okul gibi sürekli kullanımda olan ve boşaltılması mümkün olmayan kamu binalarını güçlendirebilmek için daha kolay ve etkili yöntemlerin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, bu isteğe cevap verebilmek amacıyla, çerçeve düzleminde olacak şekilde bina dışında oluşturulan betonarme perdelerin, mevcut betonarme çerçevelere farklı türlerdeki

(4)

bağ kirişleri ile bağlanması sonucu oluşturulan güçlendirilmiş taşıyıcı sistemlerin dayanım ve davranışları deneysel ve analitik olarak araştırılmıştır. Bu amaçla, iki katlı, tek açıklıklı, 1/2 geometrik ölçeğinde modellenen ve ülkemizde sıklıkla görülen yapım kusurlarını içeren 4 adet betonarme çerçeve üretilmiştir. Bu çerçevelerin 1’i boş, 2’si bağ kirişli betonarme dış perde duvar ilavesiyle güçlendirilerek (çerçeve ile perde arasında belirli bir boşluk bırakılarak bağ kirişi ile elemanların birbirine bağlandığı teknik) ve 1’i de karşılaştırma amacıyla bağ kirişsiz betonarme dış perde duvar ilavesiyle güçlendirilerek (çerçeve ile perde arasında boşluk bırakılmadan elemanların birbirine bağlandığı teknik) depremi benzeştiren yatay yük altında denenmiştir. 5. deney olarak da güçlendirme amacıyla sisteme ilave edilen dış perdenin bireysel olarak dayanımı ve davranışı incelenmiştir. Numunelerin denenmesi amacıyla, üst kata 2 birim, alt kata ise 1 birim yatay yük uygulanarak, depremdeki üçgen yük dağılımını gerçekleştirecek eşdeğer bir statik yatay yükleme sistemi hazırlanmış ve numuneler tersinir-tekrarlanır yatay yükleme altında denenmiştir.

Deneylerden elde edilen sonuçların değerlendirilmesi ile her bir taşıyıcı sistemin yatay yük taşıma kapasitesi, enerji tüketme gücü, rijitlik özellikleri ve genel davranışları elde edilmiştir. Çalışmanın analitik kısmında ise, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan statik itme (pushover) analizinden elde edilen sonuçlar ile diğer bazı analitik çalışmaların sonuçları, deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Son bölümde ise, elde edilen deneysel ve analitik sonuçlar irdelenerek değerlendirilmiş ve önerilerde bulunulmuştur.

ANAHTAR KELĐMELER: Deprem davranışı, betonarme, güçlendirme, dış perde ilavesi, statik itme analizi.

(5)

ABSTRACT

PhD Thesis

STRENGTHENING OF REINFORCED CONCRETE FRAMES OF INSUFFICIENT EARTQUAKE RESISTANCE

BY APPLYING EXTERNAL SHEAR WALL WITH COUPLING BEAM

Murat OZTURK Selcuk University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Civil Engineering

Supervisor: Prof. Dr. M. Yasar KALTAKCI 2010, 314 pages

Jury : Prof. Dr. M. Yasar KALTAKCI Prof. Dr. Kerim CINAR

Assoc. Prof. Dr. Fatih ALTUN

Assoc. Prof. Dr. H. Hüsnü KORKMAZ Assist. Prof. Dr. Mehmet KAMANLI

A considerable number of the existing reinforced concrete buildings in Turkey where destructive earthquakes are experienced frequently do not have required strengths and rigidities. Therefore, the earthquakes result in serious life and asset losses. Today, many strengthening methods are applied for the improvement of the behaviors of the reinforced concrete structures against earthquakes. However, the utilization of the building is prevented during the strengthening processes that cause additional heavy costs. Therefore, easier and more effective methods should be developed to provide the rapid strengthening of the house constructions and strengthen the public buildings like schools that are continuously under utilization and can not be emptied. In this study, the variations of “external shear wall addition” method that is applied to the exterior sides of the building

(6)

and will respond to the aforementioned demand were investigated experimentally. For this purpose, four reinforced concrete frames were produced as single span, two floors in ½ geometric scales which contained the problems encountered in our country. One of these frames was empty frame, while the other one was strengthened with external shear wall addition without any tie beams (the members are tied together without leaving any empty space between frame and shear wall) and the other two were strengthened with external shear wall addition and tie beams (the tie beams and the members are tied together by leaving empty space between frame and shear wall). A fifth experiment was carried out to investigate the individual behavior of the external shear wall added to the system for strengthening purpose. A triangular loading distribution system was performed by applying 2 units of loading to the upper floor and 1 unit of loading to the lower floor.

The evaluation of the experimental data resulted in obtaining the horizontal load-carrying capacity, energy consumption capacity, rigidity property and general behaviors of each system. In the analytical section of the study, the experimental results were compared with the results obtained by the static pushover analysis executed with finite elements method and some other analytical studies. The final section involves the evaluation of the experimental and analytical results and some suggestions related to the study.

KEY WORDS: Seismic behavior, reinforced concrete, strengthening, external shear wall addition, pushover analysis.

(7)

TEŞEKKÜR

Doktora çalışmam boyunca engin bilgisini, enerjisini ve her türlü desteğini esirgemeyen, fikirleriyle her zaman bana doğru yolu gösteren sayın hocam Selçuk Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölüm Başkanı, Prof. Dr. M. Yaşar KALTAKCI’ ya ilk olarak teşekkür etmeyi bir borç bilirim.

Çalışmam sırasında katkılarını esirgemeyen sayın Prof. Dr. Kerim ÇINAR’ a ve sayın Yrd. Doç. Dr. Mehmet KAMANLI’ ya ayrıca teşekkür ederim.

Selçuk Üniversitesi Deprem Araştırma Laboratuvarında, deneysel çalışmalarım sırasında her zaman yanımda olan, fikirlerini ve yardımlarını esirgemeyen sayın Yrd. Doç. Dr. H. Hüsnü KORKMAZ’ a teşekkür ederim. Yine deneylerim sırasında emeği geçen sayın Yrd. Doç. Dr. M. Hakan ARSLAN’ a ve tekniker Yüksek ÇĐFTÇĐ’ ye de teşekkürlerimi sunarım.

Doktora çalışmamın her aşamasında bana maddi manevi güç veren, desteklerini her zaman yanımda hissettiğim babama ve anneme de ayrıca teşekkür ederim. Ayrıca, çalışmam sırasında her zaman bana sabır gösteren ve destek olan sevgili eşim Nuran’a ve biricik kızım Büşra’ya da minnettarım.

(8)

ÇALIŞMAYI DESTEKLEYEN KURULUŞLAR

Bu doktora tez çalışmasına, Selçuk Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinatörlüğü 07101033 nolu araştırma projesi kapsamında 23.000 TL maddi destek sağlamıştır.

(9)

ĐÇĐNDEKĐLER

ÖZET iii

ABSTRACT v

TEŞEKKÜR vii

ÇALIŞMAYI DESTEKLEYEN KURULUŞLAR viii

ĐÇĐNDEKĐLER ix

KULLANILAN SEMBOLLER xiii

ÇĐZELGELER LĐSTESĐ xvi

ŞEKĐLLER LĐSTESĐ xviii

1. GĐRĐŞ 1

1.1. Betonarme Binalarda Deprem Sırasında Oluşan Hasarlar ve Nedenleri 2

1.1.1. Proje tasarım hataları 3

1.1.2. Yumuşak kat ve/veya zayıf kat oluşumu 3

1.1.3. Kirişlerin kolonlardan daha güçlü olması 4

1.1.4. Kısa kolon davranışı 5

1.1.5. Binalar arası derzlerin yetersizliği 5

1.1.6. Yeterli yanal rijitliğin sağlanamaması 6

1.1.7. Malzeme kalitesizliği 7

1.1.8. Detaylandırma hataları 8

1.1.9. Deprem etkisi altındaki zeminin davranışı 9

1.2. Onarım ve Güçlendirme (Sismik Đyileştirme) 11

1.2.1. Onarım ve güçlendirme malzemeleri 12

1.2.2. Mevcut elemanların güçlendirilmesi 14

1.2.2.1. Kirişlerin güçlendirilmesi 14

1.2.2.2. Kolonların güçlendirilmesi 17

1.2.2.3. Temellerin Güçlendirilmesi 18

1.2.2.4. Döşemenin Güçlendirilmesi 19

1.2.3. Taşıyıcı sistemin yeni elemanlarla güçlendirilmesi 19

(10)

1.4. Çalışmanın Önemi 26

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 27

2.1. Genel Güçlendirme Yöntemleri ile Đlgili Olan Çalışmalar 27 2.2. Pushover Analiz (Nonlineer Statik Đtme Analizi) Đle Đlgili Bazı Seçilmiş

Kaynaklar 55

2.3. Ankraj Teknikleri Đle Đlgili Bazı Seçilmiş Kaynaklar 65

3. MATERYAL VE METOT 73

3.1. Deney Numuneleri 75

3.1.1. Deney numunelerinin boyutları 77

3.1.2. Deney numunesinin detayları 79

3.1.3. Deney numunelerinin malzeme özellikleri 86

3.1.3.1. Beton 86

3.1.3.2. Donatı 89

3.1.4. Yatay konumdaki betonarme çerçevelerin düşey konuma getirilmesi 90

3.1.5. Ankraj donatıları 92

3.1.5.1. Ankrajlarda görülen kırılma türleri 92

3.1.5.2. Ankraj kapasitesine etki eden faktörler 95

3.1.5.2.1. Beton dayanımı 95

3.1.5.2.2. Donatı dayanımı 97

3.1.5.2.3. Kenar mesafesi 97

3.1.5.2.4. Ankraj Aralığı 98

3.1.5.2.5. Ankraj Derinliği 99

3.1.5.3. Ankraj detaylandırması için yapılan çalışmalar 100

3.1.6. Güçlendirme elemanlarının hazırlanması 108

3.1.6.1. Bağ kirişle çerçeveye birleştirilecek perdelerin hazırlanması 108

3.1.6.2. Bağ kirişlerinin hazırlanması 115

3.1.6.3. Bağ kirişi yapılmadan çerçeveye birleştirilecek dış perdenin hazırlanması

119 3.2. Deney Numunelerini Oluşturan Elemanların Kesit ve Donatı Özellikleri 121

4. DENEY DÜZENEĞĐ VE ÖLÇÜM TEKNĐĞĐ 124

4.1. Giriş 124

4.2. Deney Düzeneği 124

(11)

4.3.1. Yük ölçümleri 129

4.3.2. Yer değiştirmelerin ölçülmesi 130

4.3.3. Yük ve yer değiştirme ölçümlerinin bilgisayar ortamına aktarılması 131

4.4. Deneylerde Kullanılan Ölçüm Düzeneği 132

4.5. Deneylerde Uygulanan Yükleme Programı 137

4.5.1. Deneylerdeki yükleme programları 139

4.6. Ölçümlerin Değerlendirilmesi 144

4.6.1. Yük geçmişi ve deplasman geçmişi grafiklerinin çizilmesi 144 4.6.2. Yatay yük-kat deplasmanı ve moment-eğrilik grafiklerinin çizilmesi 144

4.6.3. Dayanım zarfı grafiklerinin çizilmesi 146

4.6.4. Rijitlik azalımı grafiklerinin çizilmesi 147

4.6.5. Tüketilen enerji grafiklerinin çizilmesi 148

5. DENEY SONUÇLARI 150 5.1. 1 Nolu Deney ( DN-1 ) 151 5.2. 2 Nolu Deney ( DN-2-ÇBK-DP ) 167 5.3. 3 Nolu Deney ( DN-3-BBK-DP ) 188 5.4. 4 Nolu Deney ( DN-4-DP ) 209 5.5. 5 Nolu Deney ( DN-5-P ) 226

6. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI 241

6.1. Boş Numune Đle Çelik Bağ Kirişli Dış Perde Duvar Đle Güçlendirilmiş Numunenin Karşılaştırılması ( 1. ve 2. Deneyler)

242 6.2. Boş Numune Đle Betonarme Bağ Kirişli Dış Perde Duvar Đle Güçlendirilmiş

Numunenin Karşılaştırılması ( 1. ve 3. Deneyler)

246 6.3. Boş Numune Đle Bağ Kirişsiz Dış Perde Duvar Đle Güçlendirilmiş Numunenin

Karşılaştırılması ( 1. ve 4. Deneyler)

251 6.4. Tüm Deney Numunelerinin Birlikte Karşılaştırılması (1.,2.,3.,4. ve 5. Deneyler) 256

7. ANALĐTĐK ÇALIŞMA 262

7.1. Lineer Olmayan Analiz Yöntemleri 262

7.1.1. SAP2000 - Pushover analiz 263

7.2. Deney Numunelerinin SAP2000 Programında Modellenmesi 266

7.3. Perde Duvarlı Çerçevelerin Dayanımı 281

7.3.1. Çerçevelerde ilk eğilme çatlağı yükü 281

(12)

7.3.3. Perde duvarlarda maksimum kesme gerilmesi 284

7.4. Yatay Yük Taşıma Kapasitesi 286

7.4.1. Vallenas, Bertero ve Popov’un Yaklaşımı (1979) 286

7.4.2. Barda’nın Yaklaşımı (1979) 288

7.4.3. Benjamin ve Williams’ın Yaklaşımı (1957) 289

7.4.4. TS-500 (2000) ve TDY-2007 Yaklaşımı 290 7.4.5. Süneklik Katsayısı 292 8. SONUÇLAR VE DEĞERLENDĐRME 294 8.1. Giriş 294 8.2. Sonuçlar 295 8.3. Öneriler 301 9. KAYNAKLAR 302

(13)

KULLANILAN SEMBOLLER

A : Kesit alanı, mm2

Ach : Perde duvarı enkesit alanı, mm2

AN Bir ankraj grubunun kopartacağı toplam beton alanı izdüşümü, mm2 AN0 : Tek bir ankrajın kopartacağı beton piramidin beton yüzeydeki

izdüşümü alanı, mm2 As : Etriye donatısı alanı, mm2 Ash : Perde duvarı yatay donatı oranı Ast : Kolon boyuna donatı alanı, mm2 bc : Kolon kesit genişliği, mm

bw : Kiriş veya perde duvarı kalınlığı, mm c1 : Ankraj donatısının kenar mesafesi, mm

d : Kiriş ya da perde duvar faydalı yüksekliği (0.8 x lw), mm dc : Kesitin faydalı yüksekliği, mm

de : Çerçeve kolonlarının eksenleri arasındaki uzaklık, mm d0 : Ankraj donatısının çapı, mm

fc : Beton basınç dayanımı, MPa

fc(ort) : Çerçeve ve perdenin ortalama beton basınç dayanımı, MPa fc, 3gün : 3 günlük beton basınç dayanımı, MPa

fc, 7gün : 7 günlük beton basınç dayanımı, MPa fc, 28gün : 28 günlük beton basınç dayanımı, MPa fct : _{Betonun eksenel çekme dayanımı, 0.35}

c

f , MPa fctf : _{Betonun eğilmede çekme dayanımı, 0.70}

c

f ,MPa

fsy : Kolon, kiriş ya da perde duvar boyuna donatısı akma dayanımı, MPa

fsy,ort : Ortalama boyuna donatı akma dayanımı, MPa fswy : Etriye donatısı akma dayanımı, MPa

fsu : Donatı çeliğinin maksimum çekme dayanımı, MPa fut : Ankraj çeliğinin çekme dayanımı, MPa

(14)

Ec : Beton elastisite modülü, MPa H : Çerçeve yüksekliği, mm Hcr : Kritik perde yüksekliği, mm

h : Kat ve perde duvarı yüksekliği, mm hef : Ankraj derinliği, mm

hi : Binanın i’inci katının kat yüksekliği, mm I : Kesit atalet momenti, mm2

lw : Perde duvarı genişliği, mm L : Dial-gage’ ler arasındaki uzaklık

M : Moment, N.mm

Mmax : Maksimum moment, N.mm

N : Deney elemanlarına uygulanan eksenel kuvvet, N Nb : Tek bir ankrajın çekme dayanımı, N

Ncb : Ankraj grubunun çekme dayanımı, N

P : Deney elemanlarına uygulanan yatay kuvvet, N s : Etriye donatısı aralığı, mm

Vc : Kolonda betonun taşıdığı kesme kuvveti, N Vcfr : Đlk eğilme çatlağı yükü, N

Vetr : Kolonda etriye donatısının taşıdığı kesme kuvveti, N Vkolon : Kolonun kesme kuvveti taşıma kapasitesi, N

Vr : Hesaplanan yatay yük taşıma kapasitesi, N Vsh : Đlk kesme çatlağı yükü, N

Vu : Maksimum kesme kuvveti, N

Vu,perde : Perde duvarı tarafından karşılanan maksimum kesme kuvveti, N y : Kesit tarafsız ekseninin dış beton lifine olan uzaklığı, mm τ : Perde duvarında kesme gerilmesi, MPa

τc : Perde duvarı betonu tarafından taşınan kesme gerilmesi, MPa τb : Perde duvarı donatısı tarafından taşınan kesme gerilmesi, MPa τu : Perde duvarı tarafından taşınan toplam kesme gerilmesi, MPa ρ : Kiriş ya da perde duvarı yatay donatı oranı

ρmin : Minimum donatı oranı

(15)

ρt : Kolon boyuna donatı oranı ρv : Perde duvarı düşey donatı oranı R : Taşıyıcı sistem davranış katsayısı ∆max : Maksimum kat ötelenmesi, mm δ : Yatay deplasman, mm

δ/h : Kat ötelenme oranı

Σ lw : Toplam perde uzunluğu (kolon + perde uzunluğu) εcu : Betonun ezilme birim şekil değiştirmesi

φ : Düz yüzeyli donatı çapı, mm Φ : Nervürlü donatı çapı, mm

Ψ2 : Ankrajın beton serbest yüzüne olan mesafesine bağlı katsayı

(16)

ÇĐZELGELER LĐSTESĐ

Çizelge 1.1. Türkiye’de son 60 yıl içinde olan 7 ve üzeri büyüklükteki depremler 2

Çizelge 3.1. Deney numunelerinin genel özellikleri 76

Çizelge 3.2. Betonarme çerçevelerin betonlarına ait malzeme karışım oranları 87 Çizelge 3.3. Deney numunelerinde ortalama beton basınç dayanımları 88 Çizelge 3.4. Deney numunelerinde kullanılan donatı çubuklarının özellikleri 90 Çizelge 3.5. Mazılıgüney (2007) tarafından yapılan çalışmadaki bazı deney

sonuçları

96

Çizelge 3.6. Dış perde betonuna ait malzeme karışım oranları 114 Çizelge 3.7. Dış perdelerde ortalama beton basınç dayanımları 114 Çizelge 3.8. Betonarme bağ kirişte ortalama beton basınç dayanımı 118 Çizelge 3.9. Bağ kirişsiz dış perdede ortalama beton basınç dayanımı 121

Çizelge 3.10. Çerçeve kolonu özellikleri ve davranışı 122

Çizelge 3.11. Çerçeve kirişi özellikleri ve davranışı 122

Çizelge 3.12. Betonarme bağ kirişi özellikleri ve davranışı 123

Çizelge 3.13. Perde özellikleri ve davranışı 123

Çizelge 5.1. 1 nolu deney numunesinde yük çevrimlerinde gözlenen davranış 154 Çizelge 5.2. 2 nolu deney numunesinde yük çevrimlerinde gözlenen davranış 170 Çizelge 5.3. 3 nolu deney numunesinde yük çevrimlerinde gözlenen davranış 191 Çizelge 5.4. 4 nolu deney numunesinde yük çevrimlerinde gözlenen davranış 212 Çizelge 5.5. 5 nolu deney numunesinde yük çevrimlerinde gözlenen davranış 229 Çizelge 6.1. Deney numunelerinin yatay yük taşıma kapasiteleri ile ilgili

karşılaştırma (1. Deney numunesine göre)

260

Çizelge 6.2. Deney numunelerinin rijitlikleri ile ilgili karşılaştırma (1. Deney numunesine göre)

260

Çizelge 6.3. Deney numunelerinin enerji tüketme kapasiteleri ile ilgili karşılaştırma (1. Deney numunesine göre)

261

Çizelge 7.1. 1 nolu deney numunesinin statik itme analizinde her adımda oluşan plastik mafsallar ve oluştukları deplasman (mm) ve yatay yük (kN) değerleri

(17)

Çizelge 7.2. 1 nolu deney numunesinin statik itme analizinde her adımda oluşan plastik mafsal sayıları ve hasar seviyeleri

269

270

271

272

273

275

276

278

279

Çizelge 7.11. Deney numunelerinde ilk eğilme çatlağı yükü 282

Çizelge 7.12. Perdelerde ilk kesme çatlağı yükü 284

Çizelge 7.13. Perde duvarın tabanında oluşan maksimum kesme gerilmeleri 285 Çizelge 7.14. Yatay yük taşıma kapasitesi (Vallenas, Bertero ve Popov’un

Yaklaşımı)

287

Çizelge 7.15. Yatay yük taşıma kapasitesi (Barda’nın Yaklaşımı) 289 Çizelge 7.16. Yatay yük taşıma kapasitesi (Benjamin ve Williams’ın Yaklaşımı) 290 Çizelge 7.17. Yatay yük taşıma kapasitesi (TS-500 (2000) ve TDY-2007) 292 Çizelge 7.18. Deney numunelerinin ötelenme süneklik katsayıları (ileri çevrim) 293 Çizelge 7.19. Deney numunelerinin ötelenme süneklik katsayıları (geri çevrim) 293

(18)

ŞEKĐLLER LĐSTESĐ

Şekil 1.1. Yanlış taşıyıcı sistem seçiminden dolayı depremde oluşan ağır hasar 3 Şekil 1.2. 1 Mayıs 2003 Bingöl depreminde binalarda oluşan yumuşak ve zayıf kat

hasarları

4

Şekil 1.3. Zayıf kolon davranışı nedeniyle düşey taşıyıcıları mafsallaşan bina 4

Şekil 1.4. Depremlerde kısa kolon davranışı 5

Şekil 1.5. Çekiçleme etkisinden dolayı hasar görmüş bir yapı 6 Şekil 1.6. 17.08.1999 Marmara depreminde yıkılan veya ağır hasar gören binalar 6 Şekil 1.7. Mevcut beton dayanımının bina yapım yılına bağlı değişimi 7 Şekil 1.8. 28.06.1998 Adana–Ceyhan depreminde düşük beton kalitesi nedeniyle

kolonlarda oluşan kesme çatlakları

8

Şekil 1.9. Detaylandırma hataları nedeniyle oluşan deprem hasarları 9 Şekil 1.10. 17.08.1999 Marmara depreminde zemin sıvılaşması nedeniyle devrilen

binalar

10

Şekil 1.11. Kolon kesme kapasitesini artırmaya yönelik olarak çelik şerit ve lif takviyeli elemanlarla yapılan güçlendirme

14

Şekil 1.12. Kirişte kesme kapasitesi artırımı için SIFCON ceket uygulaması 16 Şekil 1.13. Mantolanan bir kolonda donatı sürekliliğinin sağlanması 17 Şekil 1.14. Temelin oluşturulan dişler yardımıyla güçlendirilmesi 18

Şekil 1.15. Eksenel perde durumunda donatı düzeni 20

Şekil 1.16. Betonarme çerçevelerin yeni elemanlar ile güçlendirilmesi 21 Şekil 1.17. Đstanbul Üniversitesi’nde güçlendirilmiş binalarda ilave dış perdeler 21 Şekil 1.18. Safir sitesinde normal kat seviyesine kadar çıkarılan dış cephe kolonları 22 Şekil 1.19. Takviye temel – mevcut temel birleşim detayı 22

Şekil 3.1. Kolonlarda karşılıklı etki diyagramı 77

Şekil 3.2. Betonarme çerçeve deney numunelerinin boyutları 78

Şekil 3.3. Numunelerin donatı şeması 81

Şekil 3.4. Kat kirişi kesitleri ve donatı detayları 82

Şekil 3.5. Kolon kesitleri ve donatı detayları 82

(19)

Şekil 3.7. Donatıları yerleştirilmiş çerçeve numunesi kalıbı 83 Şekil 3.8. Kolonlarda yapılan bindirmeli ekler ve 90o yapılan etriye kancaları 84

Şekil 3.9. Numune birleşim donatı detayları 85

Şekil 3.10. Numuneyi kiriş ortasından çekebilmek için yerleştirilen yivli demirler 85 Şekil 3.11. Beton dökülmeden önce çerçeve numunelerinin durumu 86

Şekil 3.12. Beton dökümünden sonra numune görünümü 86

Şekil 3.13. Beton dökümü sırasında alınan silindir numuneler 88

Şekil 3.14. Silindir numunelerinin test edilişi 88

Şekil 3.15. Donatı çeliği çekme deneyi 89

Şekil 3.16. Kaldırma aparatı imalatı ve kullanımı 91

Şekil 3.17. Seyyar vinç yardımıyla yerine yerleştirilen deney numunesi 91

Şekil 3.18. Ankrajlarda görülen farklı göçme tipleri 94

Şekil 3.19. Ankrajlarda beton basınç dayanımı etkisi 96

Şekil 3.20. Birbirine yakın ankrajlarda göçme modu 98

Şekil 3.21. Ankraj derinliğine bağlı olarak oluşan kırılma modları 99 Şekil 3.22. Bağ kirişli dış perde ilavesinde yapılan ankraj detaylandırması 101

Şekil 3.23. Ankraj deneyleri için hazırlanan numuneler 101

Şekil 3.24. Çekip çıkarma deneyleri için hazırlanan yükleme sistemi ve ankraj yerleşimi

102

Şekil 3.25. Dörtlü ankraj grubuyla yapılan çekip çıkarma deneyi 103 Şekil 3.26. 1. çekip çıkarma deneyine ait yük – zaman grafiği 104 Şekil 3.27. 2. çekip çıkarma deneyine ait yük – zaman grafiği 104 Şekil 3.28. 3. çekip çıkarma deneyine ait yük – zaman grafiği 104 Şekil 3.29. 4. çekip çıkarma deneyine ait yük – zaman grafiği 105 Şekil 3.30. 5. çekip çıkarma deneyine ait yük – zaman grafiği 105 Şekil 3.31. Deneylerde gözlenen göçme modu (beton kütlenin yarılması) 105

Şekil 3.32. Ankraj donatılarının ekilme aşamaları 106

Şekil 3.33. Bağ kirişsiz dış perde ilavesinde ankraj yerleşim planı 107 Şekil 3.34. Bağ kirişsiz dış perde ile güçlendirmede ankrajların hazırlanması 108

Şekil 3.35. Güçlendirme perdesi donatı şeması 111

Şekil 3.36. Kritik perde yüksekliği boyunca perde duvarın donatı detayı 111 Şekil 3.37. Kritik perde yüksekliği dışında perde duvarın donatı detayı 112

(20)

Şekil 3.38. Hazırlanmış perde duvar donatıları 112 Şekil 3.39. Güçlendirme perdesine beton dökümünden önce yerleştirilen ankraj

donatıları

113

Şekil 3.40. Beton dökümünden sonra güçlendirme perdesi 114

Şekil 3.41. IPE 240 profilinin kaynatıldığı levhalar ve profil kesiti 115 Şekil 3.42. IPE 240 profilinin perde–çerçeve arasına montajı 116

Şekil 3.43. Betonarme bağ kiriş detayı 116

Şekil 3.44. Betonarme bağ kirişinde donatıların düzenlenmesi 117 Şekil 3.45. Betoniyerde hazırlanan bağ kiriş betonu ve kullanılan katkı maddesi 117

Şekil 3.46. Betonarme bağ kirişlerinin oluşturulması 118

Şekil 3.47. Bağ kirişsiz dış perde duvar için oluşturulan ilave temel 119 Şekil 3.48. Bağ kirişsiz güçlendirme perdesinin oluşturulması işlemleri 120

Şekil 3.49. Deney elemanlarının numaralandırılması 121

Şekil 4.1. Tasarlanan yükleme sistemi 125

Şekil 4.2. Yükleme düzeneği imalatı ve çift noktadan yükleme sistemi 126

Şekil 4.3. Düzlem dışı hareketi engelleyen sistem 127

Şekil 4.4. Eksenel yük sistemi 128

Şekil 4.5. Numunenin kiriş ortasından çekilmesi için hazırlanan düzenek 129 Şekil 4.6. Deneylerde kullanılan yatay yük ölçüm düzeneği 130 Şekil 4.7. Yer değiştirmeyi ölçen LVDT ve sabit tutulması için boru profile

bağlanması

131

Şekil 4.8. Güçlendirilmemiş çerçeve numunesi için deneyde kullanılan ölçüm düzeneği

133

Şekil 4.9. Bağ kirişli dış perde ilavesiyle güçlendirilmiş numuneler için deneylerde kullanılan ölçüm düzeneği

134

Şekil 4.10. Bağ kirişsiz dış perde ilavesiyle güçlendirilmiş numune için deneyde kullanılan ölçüm düzeneği

135

Şekil 4.11. Boş perde numunesi için deneyde kullanılan ölçüm düzeneği 136 Şekil 4.12. Yük–deplasman grafiği üzerinde yapı davranışı 138 Şekil 4.13. 1 nolu deney numunesi için planlanan yükleme programı 139 Şekil 4.14. 2 nolu deney numunesi için planlanan yükleme programı 140 Şekil 4.15. 3 nolu deney numunesi için planlanan yükleme programı 141

(21)

Şekil 4.16. 4 nolu deney numunesi için planlanan yükleme programı 142 Şekil 4.17. 5 nolu deney numunesi için planlanan yükleme programı 143

Şekil 4.18. Net yatay deplasmanın hesaplanması 145

Şekil 4.19. Başlangıç rijitliğinin belirlenmesi 147

Şekil 4.20. Maksimum yük rijitliğinin belirlenmesi 147

Şekil 4.21. Deney sonu rijitliğinin belirlenmesi 148

Şekil 4.22. Sistem tarafından tüketilen enerji 149

Şekil 4.23. Toplam tüketilen enerji değerlerinin hesaplanması 149 Şekil 5.1. 1 nolu deney numunesinin deneyden önceki görünüşü 151

Şekil 5.2. 1 nolu deney numunesinin yükleme geçmişi 152

Şekil 5.3. 1 nolu deney numunesinde maksimum yük konumunda düğüm noktalarındaki hasar durumu

153

Şekil 5.4. 1 nolu deney numunesinin maksimum yük anındaki görünümü 157 Şekil 5.5. 1 nolu deney numunesinin deney sonu görünümü 158 Şekil 5.6. 1 nolu deney numunesinde deney sonunda düğüm noktasında oluşan

hasar

158

Şekil 5.7. 1 nolu deney numunesine ait toplam yatay yük – 2. kat deplasmanı grafiği

159

Şekil 5.8. 1 nolu deney numunesine ait 2. kat yatay yük – 2. kat deplasmanı grafiği 160 Şekil 5.9. 1 nolu deney numunesine ait 1. kat yatay yük – 1. kat deplasmanı grafiği 160 Şekil 5.10. 1 nolu deney numunesine ait toplam yatay yük – ötelenme oranı grafiği 161 Şekil 5.11. 1 nolu deney numunesine ait 2. kat yatay yük – ötelenme oranı grafiği 161 Şekil 5.12. 1 nolu deney numunesine ait 1. kat yatay yük – ötelenme oranı grafiği 162 Şekil 5.13. 1 nolu deney numunesine ait toplam yatay yük – 2. kat deplasman zarfı 162 Şekil 5.14. 1 nolu deney numunesine ait 2. kat yatay yük – 2. kat deplasman zarfı 163 Şekil 5.15. 1 nolu deney numunesine ait 1. kat yatay yük – 1. kat deplasman zarfı 163 Şekil 5.16. 1 nolu deney numunesine ait moment – eğrilik grafiği 164 Şekil 5.17. 1 nolu deney numunesine ait rijitlik azalım grafiği (toplam yatay yük –

2. kat deplasmanı için)

164

Şekil 5.18. 1 nolu deney numunesine ait rijitlik azalım grafiği (2. kat yatay yükü – 2. kat deplasmanı için)

(22)

165

Şekil 5.20. 1 nolu deney numunesine ait tüketilen enerji – 2. kat ötelenme oranı grafiği

166

Şekil 5.21. 1 nolu deney numunesine ait kümülatif toplam tüketilen enerji– 2. kat ötelenme oranı grafiği

166

Şekil 5.22. 2 nolu deney numunesinin deneyden önceki görünüşü 167

Şekil 5.24. 2 nolu deney numunesinde dış betonarme perdede oluşan ilk çatlaklar 169 Şekil 5.25. 2 nolu deney numunesinde çerçevede oluşan ilk çatlaklar (elastik sınır) 169 Şekil 5.26. 2 nolu deney numunesinin yük kontrollü yükleme sonundaki görünüşü 175 Şekil 5.27. 2 nolu deney numunesinin deney sonu görünüşü 176 Şekil 5.28. 2 nolu deney sonunda çerçeve ve perdede birleşim bölgelerindeki hasar 177 Şekil 5.29. 2 nolu deney sonunda dış perdede kritik perde yüksekliği içerisinde

oluşan hasar

178

Şekil 5.30. 2 nolu deneyde dış perdede ankraj donatılarının oluşturduğu kırılma konileri

178

Şekil 5.31. 2 nolu deney sonunda çerçeve ve dış perdenin hasar durumu 179 Şekil 5.32. 2 nolu deney numunesine ait toplam yatay yük – 2. kat deplasmanı

grafiği

180

(23)

185

186

Şekil 5.46. 2 nolu deney numunesine ait kümülatif toplam tüketilen enerji – 2. kat ötelenme oranı grafiği

187

Şekil 5.49. 3 nolu deney numunesinde dış perdede ve çerçevede oluşan ilk çatlaklar 190 Şekil 5.50. 3 nolu deney numunesinin maksimum yük durumundaki görünüşü 197 Şekil 5.51. 3 nolu deney numunesinin deney sonu görünüşü 197 Şekil 5.52. 3 nolu deney numunesinde deney sonundaki hasarlar 198 Şekil 5.53. 3 nolu deney numunesinde dış perdede kritik perde yüksekliği içerisinde

oluşan ağır hasar

198

Şekil 5.54. 3 nolu deney numunesinde 1. kat bağ kirişinde oluşan ağır hasar 199 Şekil 5.55. 3 nolu deney sonunda çerçeve ve perdede birleşim bölgelerindeki hasar 200 Şekil 5.56. 3 nolu deneyde, perdede ankraj donatılarının oluşturduğu kırılma

konileri

200

201

(24)

207

208

Şekil 5.74. 4 nolu deney numunesinde çerçevede ve dış perdede oluşan ilk çatlaklar 211 Şekil 5.75. 4 nolu deney numunesinde dış perdede ilk çatlağın oluştuğu anda

çerçeve birleşim bölgelerinde hasar durumu

214

Şekil 5.76. 4 nolu deney numunesinde deney sonunda çerçeve birleşim bölgelerindeki hasar durumu

215

Şekil 5.77. 4 nolu deney numunesinin deney sonu görünüşü 216 Şekil 5.78. 4 nolu deney numunesinde deney sonunda dış perde–temel

birleşimindeki ayrılma

217

218

(25)

223

224

225

Şekil 5.96. 5 nolu deney numunesinde perdede oluşan ilk çatlaklar 228 Şekil 5.97. 5 nolu deney numunesinin maksimum yük seviyesindeki hasar durumu 231 Şekil 5.98. 5 nolu deney numunesinin deney sonundaki hasar durumu 232 Şekil 5.99. 5 nolu deney numunesinde deney sonundaki hasarlar 232 Şekil 5.100. 5 nolu deney numunesine ait toplam yatay yük – 2. kat deplasmanı

grafiği

233

238

(26)

239

240

Şekil 6.1. 1. ve 2. deney numunelerinin toplam yatay yük – 2. kat deplasman zarfları

243

Şekil 6.2. 1. ve 2. deney numunelerinin 2. kat yatay yük – 2. kat deplasman zarfları

243

244

Şekil 6.4. 1. ve 2. deney numunelerinin rijitlik azalım eğrileri 245 Şekil 6.5. 1. ve 2. deneyler için toplam tüketilen enerji – ötelenme oranı grafikleri 245 Şekil 6.6. 1. ve 2. deneyler için kümülatif toplam tüketilen enerji – ötelenme oranı

grafikleri

246

247

248

Şekil 6.10. 1. ve 3. deney numunelerinin rijitlik azalım eğrileri 249 Şekil 6.11. 1. ve 3. deneyler için toplam tüketilen enerji – ötelenme oranı grafikleri 250 Şekil 6.12. 1. ve 3. deneyler için kümülatif toplam tüketilen enerji – ötelenme oranı

grafikleri

250

252

253

Şekil 6.16. 1. ve 4. deney numunelerinin rijitlik azalım eğrileri 254 Şekil 6.17. 1. ve 4. deneyler için toplam tüketilen enerji – ötelenme oranı grafikleri 255

(27)

Şekil 6.18. 1. ve 4. deneyler için kümülatif toplam tüketilen enerji – ötelenme oranı grafikleri

255

Şekil 6.19. 1. 2. 3. 4. ve 5. deney numunelerinin toplam yatay yük – 2. kat deplasman zarfı grafikleri

256

Şekil 6.20. 1. 2. 3. 4. ve 5. deney numunelerinin 2. kat yatay yük – 2. kat deplasman zarfı grafikleri

257

Şekil 6.21. 1. 2. 3. 4. ve 5. deney numunelerinin 1. kat yatay yük – 1. kat deplasman zarfı grafikleri

257

Şekil 6.22. 1. 2. 3. 4. ve 5. deney numunelerinin rijitlik azalım eğrileri 258 Şekil 6.23. 1. 2. 3. 4. ve 5. deney numunelerinin toplam tüketilen enerji – ötelenme

oranı grafikleri

259

Şekil 6.24. 1. 2. 3. 4. ve 5. deney numunelerinin kümülatif toplam tüketilen enerji – ötelenme oranı grafikleri

259

Şekil 7.1. Kapasite eğrisi (pushover eğrisi) 264

Şekil 7.2. Đdealleştirilmiş kuvvet – deformasyon ilişkisi 265 Şekil 7.3. 1 nolu deney numunesinin SAP2000 programında oluşturulan modeli 267 Şekil 7.4. 1 nolu deney numunesi için deneyden ve SAP2000 pushover

analizinden elde edilen yatay yük – tepe deplasmanı grafiklerinin karşılaştırması

269

Şekil 7.5. 2 nolu deney numunesinin SAP2000 programında oluşturulan modeli 270 Şekil 7.6. 2 nolu deney numunesi için deneyden ve SAP2000 pushover

271

274

277

(28)

Şekil 7.12. 5 nolu deney numunesi için deneyden ve SAP2000 pushover analizinden elde edilen yatay yük – tepe deplasmanı grafiklerinin karşılaştırması

279

Şekil 7.13. Deney numuneleri için SAP2000 statik itme analizinden elde edilen yatay yük – tepe deplasman grafikleri

280

Şekil 7.14. Betonarme perde duvarın kesme hesabında kullanılan kesme kuvveti 285 Şekil 7.15. Tipik betonarme çerçeve yatay yük – deplasman eğrisi 293

(29)

1. GĐRĐŞ

Betonarme yapılar ömürleri boyunca öz ağırlık, ilave ağırlıklar, hareketli yükler, deprem ve rüzgar etkileri, rötre ve sünme, yangın, toprak kaymaları gibi büyük iç ve dış etkilere maruz kalabilmekte ve meydana gelen yapısal hasarlardan ya da yetersizliklerinden dolayı taşıma kapasitelerinin artırılması gereği ortaya çıkabilmektedir. Son altmış yılın doğal afet hasarı istatistikleri, yapısal hasarların yarıdan fazlasının depremlerden dolayı oluştuğunu, bunu heyelanlar, seller, toprak kaymaları, yangınlar, çığ düşmeleri ve diğerlerinin izlediğini göstermektedir. Çizelge 1.1.’de bu süre içinde ülkemizde meydana gelen ve büyük can ve mal kaybına yol açan 7 ve üzeri büyüklükteki depremler görülmektedir. Topraklarımızın %90’nından fazlasının depremlerden değişik derecelerde etkilenir durumda olması, depremin ülke yaşamındaki önemini yeterince vurgulamaktadır. Deprem mühendisliğinin nispeten yeni bir mühendislik dalı olduğu da göz önünde bulundurulacak olursa ve bu alandaki mevcut bilgi birikiminin büyük bir kısmının son 10-15 yılda kazanıldığı düşünülürse, mevcut çok sayıdaki yapının depreme karşı güçlendirmeye ihtiyacının olabileceği kolayca görülebilir.

Deprem yönetmeliklerinin temel felsefesi;

Hafif şiddetteki depremlerde binalarda yapısal ve yapısal olmayan sistem elemanlarının herhangi bir hasar görmemesi,

Orta şiddetteki depremlerde yapısal ve yapısal olmayan elemanlarda oluşabilecek hasarın onarılabilir düzeyde olması,

Yapının ekonomik ömrü içinde bir veya iki defa maruz kalabileceği şiddetli depremlerde ise taşıyıcı ve taşıyıcı olmayan elemanların hasar görmesinin kabul edilmesi, ancak yapısal göçmenin önlenmesi üzerine kurulmuştur.

Yukarıda belirtilen kapasiteye sahip olmayan veya deprem sonrası hasar görmüş binaların ise emniyetli duruma getirilmesi için onarılması ve/veya güçlendirilmesi gerekmektedir. Bir yapının yük taşıma kapasitesini, rijitliğini, sünekliğini ve stabilitesini mevcut durumunun üzerine çıkarmak amacıyla yapılan değişikliklere “güçlendirme” denilmektedir. Yapıda hasar oluştuktan sonra, yapının hasar öncesi dayanım düzeyine getirilmesi ise “onarım” olarak adlandırılmaktadır.

(30)

1.2. Betonarme Binalarda Deprem Sırasında Oluşan Hasarlar ve Nedenleri

Depremlerin geçmişteki örneklerinin gözlem ve incelemelerine dayanarak büyüklüğü, şiddeti, meydana gelebileceği yerler ve benzeri özellikleri önceden tahmin edilebilmesine karşın, plansız yapılaşma, denetim eksikliği ve bilgisizlik nedeniyle can ve mal kayıplarının önüne geçilememektedir. Türkiye’nin nüfus olarak %98’inin deprem bölgelerinde yaşadığı bilinmesine rağmen, 17 Ağustos 1999 Marmara depremine kadar, halkımız maalesef olayın ciddiyetinin farkında olmamıştır. Yapılaşmada deprem tehlikesinin yeterince dikkate alınmaması, her yıl önemli ölçüde insanımızın can kaybına (Cumhuriyet devri ortalaması yaklaşık 1000 can kaybı / yıl) ve ekonomik kayıplara neden olmaktadır (Deprem Şurası, 2004). Sonuçta, ülkemiz bugün, orta büyüklükteki depremlerin bile can aldığı bir ülke

Çizelge 1.1. Türkiye’de son 60 yıl içinde olan 7 ve üzeri büyüklükteki depremler (Çağatay, 2005)

Tarih M_s Yer Ölü Sayısı Ağır Hasarlı Binalar N E Derinlik (km) 23.07.1949 7 Đzmir-Karaburun 1 824 38.57 26.29 10 17.08.1949 7 Karlıova 450 3000 39.6 40.6 40 18.03.1953 7.4 Yenice-Gönen 265 9670 39.99 27.36 10 16.07.1955 7 Aydın-Söke 23 470 37.65 27.26 40 25.04.1957 7.1 Fethiye 67 3100 36.42 28.68 80 26.05.1957 7.1 Bolu-Abant 52 4201 40.67 31 10 06.10.1964 7 Manyas 23 5398 40.3 28.23 24 22.07.1967 7.2 Adapazarı 89 5569 40.67 30.69 33 28.03.1970 7.2. Gediz 1086 9452 39.21 29.51 18 24.11.1976 7.2 Çaldıran-Muradiye 3840 9552 39.12 44.16 10 17.08.1999 7.4 Kocaeli 22000 50000 40.7 29.91 20 12.12.1999 7.3 Düzce 550 3000 40.79 31.21 11

(31)

durumundadır. Betonarme binalarda bu kadar fazla yıkım ve can kaybı oluşmasının altında yatan nedenler ise, aşağıda başlıklar halinde özetlenmiştir.

1.1.1. Proje tasarım hataları

Depremde hasar gören yapılarda göze çarpan en önemli kusur, yanlış mimari ve taşıyıcı sistem seçimi ile ilgili yapılan hatalardır. Örnek olarak aşağıda görülen deprem etkisi altında ağır hasar görmüş yapıda, düşey taşıyıcıların tamamının birbirine paralel olarak aynı yönlü yerleştirilmesi sonucu, bina bu doğrultuda yeterli ötelenme rijitliğine sahip olurken, diğer deprem doğrultusunda rijitlik yetersiz kalmış ve bina bu yönde büyük yanal ötelenme yaparak hasar görmüştür.

Şekil 1.1. Yanlış taşıyıcı sistem seçiminden dolayı depremde oluşan ağır hasar (Arslan, 2007)

1.1.2. Yumuşak kat ve/veya zayıf kat oluşumu

Ülkemizdeki binalarda ticari amaçla özellikle zemin katlar, nadiren de olsa ara katlar dükkan ve galeri olarak kullanılmakta ve bu kısımlarda dolgu duvarlar üst katlara oranla büyük ölçüde azaltılmaktadır. Ayrıca, zemin katlar bu nedenle üst katlara göre daha yüksek yapılmaktadır. Böylece hem duvarların sağlayacağı ekstra rijitlik ortadan kalkmakta, hem de kolonların etkili boyunun artmasından dolayı o katın ötelenme rijitliği azalmış olmaktadır. Dolayısıyla deprem sırasında bu katlar üst katlara göre daha fazla yanal ötelenme yapmaktadırlar (Şekil 1.2.).

(32)

Şekil 1.2. 1 Mayıs 2003 Bingöl depreminde binalarda oluşan yumuşak ve zayıf kat hasarları (Doğangün, 2004)

1.1.3. Kirişlerin kolonlardan daha güçlü olması

Bir betonarme binada deprem sırasında oluşacak hasarın, eksenel yük seviyesi yüksek olduğu için gevrek davranış gösteren kolonlarda değil, daha sünek davranan kirişlerde oluşması istenir. Bu nedenle bir düğüm noktasında birleşen kolonların taşıma güçleri toplamı, kirişlerin taşıma güçleri toplamından en az %20 daha fazla olmalıdır. Bu kuralın sağlanmadığı yapılarda Şekil 1.3.’de görüldüğü gibi ağır hasar ve yıkımlar oluşur.

(33)

1.1.4. Kısa kolon davranışı

Kolonların etkili boylarının genellikle mimari gereksinimler nedeniyle azaltılması, kolon ötelenme rijitliğini artırmakta ve projede öngörülenden daha fazla kesme kuvveti taşımak zorunda kalan kolonda önemli hasarlar oluşmaktadır. Şekil 1.4.a. ’ da balkon parapetleri nedeniyle oluşan kısa kolon hasarı görülmektedir. Ayrıca özellikle okul ve hastane gibi yapıların koridorlarında kolondan kolona yapılan ve genellikle statik projede varlığı dikkate alınmayan bant pencereler de kısa kolon hasarına sebep olabilmektedir (Şekil 1.4.b.).

(a)

(b)

Şekil 1.4. Depremlerde kısa kolon davranışı ( (a) Faison, 2004-(b) Arslan, 2007)

1.1.5. Binalar arası derzlerin yetersizliği

Özellikle farklı titreşim özelliklerine sahip bitişik nizamdaki binalar, aralarında yeterli yapı derzi bulunmadığı için, deprem sırasında birbirlerine çarparak ağır hasarlara uğrayabilirler. Çekiçleme hasarı denilen bu duruma bir örnek Şekil 1.5.’de görülmektedir.

(34)

Şekil 1.5. Çekiçleme etkisinden dolayı hasar görmüş bir yapı

1.1.6. Yeterli yanal rijitliğin sağlanamaması

Đkinci mertebe etkilerinin azaltılması ve taşıyıcı olmayan eleman hasarlarının önlenmesi için yapının yanal ötelenmesi, yönetmelikte verilen maksimum değerlerin altına çekilmelidir. Yapılarda oluşabilecek fazla ötelenme, her iki doğrultuda yerleştirilecek perde duvarlarla önlenebilir. 17.08.1999 Marmara depreminde yanal rijitliği sağlayacak yeterli perde elemanı bulunmadığı için göçen çok sayıda bina bulunmaktadır (Şekil 1.6.)

(35)

1.1.7. Malzeme kalitesizliği

Ülkemizdeki betonarme binaların deprem etkisi altında ağır hasar görmesi veya yıkılmasında beton dayanımının yetersizliği önemli bir parametredir. Son yıllarda ülkemizde hiçbir dinamik etki olmamasına rağmen, kendi ağırlığını taşıyamayarak yıkılan ve çok sayıda can kaybına yol açan binalar bulunmaktadır. Bu binaların yıkılmasındaki en önemli nedenin sünme etkisi olması, beton kalitesinin de ne kadar yetersiz olduğunu açık bir şekilde ortaya koymaktadır (Kaltakcı, 2007). Đnel ve arkadaşları (2008) Türkiye’nin belirli bir bölgesinde, %80’ni okul ve hastane gibi bina önem katsayısı yüksek, toplam 167 binadan 1679 karot numunesi alarak mevcut beton kalitesi ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Binaların yapım tarihlerine bağlı olarak beton kalitesinin değişimi Şekil 1.7.’de görülmektedir. Görüldüğü gibi mevcut yapı stokunun büyük kısmını oluşturan, 2000 yılından önce yapılan binalarda beton hesap dayanımı 10-12 MPa dolaylarındadır. Bu betona, betonarme betonu demek imkânsızdır. Dolayısıyla deprem sonrası yapılan gözlemlerde betonun donatıları sarmadığı, toz gibi dağıldığı ve ufalandığı görülmektedir. Şekil 1.8.’de 1998 Adana -Ceyhan depreminde yapılarda beton kalitesinin yetersizliği nedeniyle oluşan hasarlar görülmektedir. Sağdaki şekilde kolon ucundaki toprak parçaları, iri çakıllar ve buna bağlı olarak her iki kolonda oluşan kesme çatlakları çok çarpıcıdır.

(36)

Şekil 1.8. 28.06.1998 Adana-Ceyhan depreminde düşük beton kalitesi nedeniyle kolonlarda oluşan kesme çatlakları (Bayülke, 2000)

1.1.8. Detaylandırma hataları

Depremlerde yapıların ayakta kalabilmesi, ancak yapıya etki eden deprem enerjisinin belirli bölgelerde tüketilebilmesi ile mümkündür. Deprem enerjisi de, büyük ölçüde oluşacak plastik mafsallarla tüketilir. Ancak, bu mafsalların sünek davranış gösterebilecek kirişlerde olması, mümkün olduğunca kolonlarda oluşmaması istenir. Bu nedenle, deprem yönetmeliğine göre kirişlerin mafsal oluşması muhtemel bölgelerinde ve her ihtimale karşı kolon uçlarında, etriye sıklaştırılması ve çekme donatısının belirli sınırları aşmaması gibi belirli donatı detaylandırmalarının yapılması zorunlu kılınmıştır. Deprem yönetmeliğindeki koşulların tamamı kesitlerde ve elemanlarda yeterli sünekliğin oluşması ve betonarme elemanların uç noktalarında yeterli dönme kapasitelerinin sağlanmasına yöneliktir. Özellikle hasar görmüş binalarda gözlenen bazı detaylandırma kusurları şu şekilde özetlenebilir;

• Kolon ve kiriş uçlarının yeterli sarılmaması,

• Minimum ve maksimum donatı oranlarına uyulmaması, • Bindirme boylarının yetersiz olması,

(37)

• Kenetlenme eksiklikleri.

Şekil 1.9.’da ABD-California depremi sonrasında donatı detaylandırma hatalarına ait 2 örnek görülmektedir. Soldaki kolonda sargı donatısının yetersiz ve ara mesafenin fazla olması nedeniyle, sağdaki kolonda da fret donatısının kolonun en çok zorlanan ve dönme kapasitesine en çok ihtiyaç duyulan bölgesi olan uç bölgesinde devam ettirilmemesi nedeniyle ağır hasar oluşmuştur.

Şekil 1.9. Detaylandırma hataları nedeniyle oluşan deprem hasarları (Faison, 2004) 1.1.9. Deprem etkisi altındaki zeminin davranışı

Depremlerde oluşan hasarlar, bir noktadan diğerine ve yerel zemine bağlı olarak farklılıklar gösterebilmektedir. Zemin tabakalarının tür, kalınlık ve yeraltı su seviyesi gibi özelliklerinin kısa mesafeler içinde değişebilmesi, farklı bölgelerde yapılmış aynı tip yapılarda farklı derecelerde hasar oluşmasına yol açmaktadır. Zemin koşullarının yapılarda hasar oluşturacak en önemli etkileri şunlardır ;

Zemin tabakalarının sıvılaşması: Deprem süresince sismik dalgalar,

özellikle kayma dalgalarının etkisi ile genellikle drenajsız suya doygun ve gevşek zeminler içinde yayılırken, birbirine göre kayma kuvvetleri yaratarak zemin partiküllerinin yer değiştirmesine neden olurlar. Bu koşullar altında doygun ve gevşek zemin partikülleri

(38)

birbirine yakınlaşma eğilimi gösterirler. Bu durumdaki partiküllerin temas noktalarındaki gerilim partikülleri çevreleyen suya iletilir. Deprem süresince sismik dalgalar ani ve çok kısa süreli hareketlere neden olduklarından dolayı, partiküller arası suyun drene olması için gereken yeterli süreye imkân tanımamaktadır. Dolayısıyla, ortamdan uzaklaşamayan gözenek suyunun basıncı aniden artmaktadır. Gözenek suyu basıncındaki bu ani artış, zemin partiküllerini bir arada tutan temas kuvvetlerini yok ederek partikülleri birbirinden uzaklaştırır. Böylece zemin dayanımını yitirir. Bu koşullar altında zemin, deprem öncesinde gösterdiği katı zemin davranışı yerine, bir sıvı gibi davranarak suyla birlikte yüzeye doğru hareket eder ve yüzeyden fışkırmaya başlar. Zeminin dinamik yükler sonucunda ortaya koyduğu bu davranış biçimi sıvılaşma olarak tanımlanır. Zemin sıvılaşması, yeraltı su seviyesi altındaki tabakaların geçici olarak mukavemetlerini kaybederek, katı yerine viskoz sıvı gibi davranmalarıdır. Özellikle, kil bulunmayan kum ve siltler ve bazen çakıllar sıvılaşma potansiyeline sahiptirler (Özçep, 2005). Şekil 1.10.’da 17.08.1999 Marmara depreminde üst yapıda hiçbir hasar olmamasına rağmen, zemin sıvılaşması nedeniyle devrilen binalar görülmektedir.

Şekil 1.10. 17.08.1999 Marmara depreminde zemin sıvılaşması nedeniyle devrilen binalar

(39)

Zemin koşullarının deprem özelliklerini büyütmesi; Yeryüzüne yakın ve sağlam bir kaya üzerinde yer alan zemin, deprem nedeniyle oluşan dalgaları filtreleyerek bazı periyottaki genlikleri arttırırken bazı periyottaki genlikleri de azaltabilmektedir. Bu olgu genellikle “zemin büyütmesi” olarak bilinmektedir (Eyidoğan, 2001).

1.3. Onarım ve Güçlendirme (Sismik Đyileştirme)

Yapıların hasar görmeden önce güçlendirilmesi için öne sürülebilecek bazı temel gerekçeler vardır. Bunların başlıcaları şunlardır:

Yapının kullanım amacının değişmesi nedeniyle daha büyük yüklemeler etkisinde kalması.

Binaların eski yönetmeliklere göre yapılmasından dolayı, yeni yönetmelik şartları bakımından yetersiz kalması.

Binaların gerek projelendirme, gerekse inşa süreçlerinde yönetmeliklere uygun olarak yapılmadığının ortaya çıkması.

Betonarme yapılarda ihtiyaca göre değişik güçlendirme sistemleri uygulanabilmektedir. Ancak, her sistemin uygulanmasında göz önüne alınması gereken bazı temel ilkeler vardır:

• Yapının dinamik özelliklerinin iyileştirilmesi: Yapıdaki hasar deprem yükü gibi yatay bir yük tesiri ile meydana geliyor ise, yapı doğal titreşim periyodu ve zemin hakim periyodu birbirine yakın demektir.

• Yapının sünekliğinin artırılması: Süneklik yapının enerji tüketme gücüdür. Betonarme yapılar kolon-kiriş birleşimleri yakınlarında hasar meydana gelip plastik mafsallar oluşmasıyla depremin enerjisini tüketme eğilimindedirler. Yapıyı rijitleştirici önlemler genellikle sünekliği artırmayan yöntemlerdir.

• Yapının ağırlığının azaltılması: Yapıdaki herhangi bir elemana ilave yük gelmemesine rağmen hasar meydana geliyorsa veya depremde yapıya

(40)

etkiyecek kuvvet azaltılmak isteniyorsa yapıyı hafifletmek yoluna gidilebilir.

• Yapının taşıma gücünün artırılması: Taşıma gücünün artırılması, yapıya yatay veya düşey yükleri karşılamada faydalı olacak yeni elemanlar eklenmesiyle veya mevcut elemanların en kesitlerinin genişletilmesi ile yapılabilir.

• Yapıdaki burulma etkilerinin azaltılması: Yapının katlarındaki ağırlık ve rijitlik merkezlerinin birbirinden uzak olması, burulma etkisi nedeniyle birçok yapıda deprem sırasında hasara neden olmaktadır. Burulma sonucu yapı elemanlarına gelen yatay kuvvet artmaktadır.

1.2.1. Onarım ve güçlendirme malzemeleri

Taşıyıcı elemanların onarım ve güçlendirilmesinde en çok tercih edilen malzemeler şunlardır;

a) Tamir harcı

Tamir harçları elemanlarda yerel olarak ortaya çıkan beton hasarlarının giderilmesinde yaygın biçimde kullanılır. Kiriş, kolon, perde ve döşemelerde korozyon ve yapım kusurları sebebiyle beton dökülmesi meydana gelmiş ve donatı ortaya çıkmış ise hazır tamir harcı uygulaması tavsiye edilir. Yüksek basınç dayanımına ve aderans özelliğine sahip bu harçların kullanımında, yükleme durumunda ve sıcaklık değişmelerinde ek gerilmelerin ortaya çıkmaması için, uygulandığı beton yüzeye iyi yapışmasına, alt tabaka ile aynı elastisite modülü ve genleşme katsayısına sahip olmasına dikkat edilmelidir.

b) Püskürtme beton

Püskürtme betonun, özellikle kalıp yapmanın zor olduğu veya ekonomik olmadığı, betonun yerleştirilmesi ve sıkıştırılmasının güç olduğu veya betonun ince bir tabaka olarak uygulanması gerektiği yerlerde kullanılması uygundur. Püskürtme

(41)

beton en çok eski yapıların onarım ve güçlendirilmesi işlerinde kullanılır. Donatıların etrafında, betonun boşluk bırakmadan püskürtülmesini sağlayacak kadar mesafe bulunmalıdır. Ayrıca püskürtme beton uygulamasında püskürtülen betonun bir kısmının yüzeye, donatıya veya daha önce yapılan betona çarparak geri sıçrayacağı ve bu sıçrama oranının döşeme gibi yatay yüzeyler için %5-%15, duvar gibi düşey yüzeyler için %15-%30 ve tavanlar için %25-%50 arasında değişebileceği unutulmamalıdır (Öztürk, 2005).

c) Epoksi reçinesi

Epoksi ve benzeri reçineler, perdeler, kolonlar, döşemeler ve kirişlerdeki beton çatlaklarını doldurmak ve ince çelik elemanları betona yapıştırmak amacıyla kullanılır. Epoksi ifadesi, bu türden olan sıvı reçineler için (epoksi, poliester, poliüretan, akrilik) genel anlamda kullanılır. Reçinenin betona, yığma duvara ve çeliğe yapışma özelliği çok iyidir ve bu bağ nemle azalmaz. Epoksi kullanımının yerel çatlak onarımı için yapıldığı unutulmamalıdır. Bir elemanı veya bir bölgeyi güçlendirmek için tek başına kullanılmaz. Yangına karşı dayanıksızlığı ve 80°C’nin üstünde dayanımını kaybetmesi epoksinin zayıf yönüdür. Ayrıca, derinlere inen kılcal çatlaklara epoksi enjeksiyonu düşük bir basınç altında uygulanmalıdır (Öztürk, 2005).

d) Çelik Şeritler ve Lif Takviyeli Plastik Levhalar

Betonarme elemanlar enine ve boyuna doğrultuda, çelik şeritler veya lif takviyeli elemanlarla sarılarak güçlendirilebilir. Dayanımı yüksek olan çelik şeritler, kirişin alt ve yan yüzlerine ve kolon-kiriş birleşim bölgelerine epoksi reçinesi ile yapıştırılır. Şeritlerin uygulanmasında beton yüzeyle bütünleşme sağlanması için beton dayanımının yeterli olması gerekir. Hazır çelik şeritler yerine çelik lamalar kullanılarak da uygulama yapılabilir. Şerit veya lama uygulamasında eleman kesitlerinin eğilme momenti ve kesme kuvveti kapasiteleri artırılırken, sarılan elemanlar bu bölgede enine basınç oluşturarak betonun, dolayısıyla elemanın sünekliğini artırır (Şekil 1.11.).

(42)

Şekil 1.11. Kolon kesme kapasitesini artırmaya yönelik olarak çelik şerit ve lif takviyeli elemanlarla yapılan güçlendirme (Arslan, 2007)

1.2.2. Mevcut elemanların güçlendirilmesi

Güçlendirilmesine karar verilen bir bina, kendi içinde değerlendirilerek binaya uygun güçlendirme metodu seçilir. Taşıyıcı sistem bir bütün olarak güçlendirilirken, bazı elemanlarda kapasite eksikliği görülürse bunların ayrıca güçlendirilmesi yoluna gidilir.

1.2.2.1. Kirişlerin güçlendirilmesi

Bir yapının depreme karşı güçlendirilmesi sırasında, kirişlerin güçlendirilmesi çoğunlukla gündeme gelmez. Ancak, yapıya yeni perdeler eklendiğinde, bu perdeler arasında kalan bazı kirişler perde bağ kirişine dönüşerek büyük zorlamalar altında kalırlar ve bu zorlamaların karşılanmasına genellikle imkân bulunamadığından, bu kirişlerin depremde hasar görmesi kabul edilir ve yalnızca sünek davranmalarının sağlanması amaçlanır. Bir kirişin güçlendirilmesinden söz edildiğinde, genellikle o kirişin ya eğilme momenti ya da kesme kuvveti taşıma kapasitesinin artırılmasına

(43)

yönelik bir önlem alınması amaçlanır. Bu amaçlarla kullanılmakta olan güçlendirme tekniklerinden başlıcaları aşağıda belirtilmektedir.

Betonarme Kesit Eklenmesi

Kirişin çekme yüzüne, içinde boyuna donatı bulunan yeni bir betonarme kesit eklenmesi ve bu kesitin, ya eski ve yeni boyuna donatı çubukları arasına yerleştirilen kaynaklanmış Z-demirleri, ya da eski etriyelere kaynaklı U-demirleri aracılığıyla var olan kirişle bütünleştirilmesi işlemidir.

Betonarme Manto

Yukarıda tanımlanan kesit ekleme işleminin kirişin yalnızca çekme yüzüne değil, mümkünse dört, değilse üç yüzüne uygulanmasıdır. Eğilme taşıma gücünün artırılması bakımından önceki tekniğe göre bir üstünlük sağlamamasına karşın daha karmaşık bir uygulama gerektiren bu teknik, sadece eğilme kapasitesinin artırılması gereken durumlarda tercih edilmemelidir. Ancak, hem eğilme hem kesme dayanımının artırılması gereken durumlarda tercih edilebilir.

Yeni Donatı Eklenmesi (Çelik Plaka)

Çelik plakalarla (levhalarla) güçlendirme işlemi son yıllarda genellikle, kesme donatısı yetersiz olan eğilme etkisindeki kirişlerde kesme dayanımını artırmak amacıyla kullanılmaktadır. Bu amaçla kiriş yan yüzlerine, epoksi reçinesi kullanılarak belirli aralıklarla çelik levhalar yapıştırılmaktadır.

Selçuk Üniversitesi’nde bu amaçla yapılan deneysel bir çalışmada, 8 adet hasarlı (ön yüklemeye tabi tutulmuş) kiriş, çekme yüzüne epoksi ile çelik levhalar yapıştırılarak onarıldıktan sonra yüklemeye tabi tutulmuş ve kirişin davranışındaki değişiklikler incelenmiştir. Sonuçta deneylerde kullanılan çelik levhalar akmadan, ancak hemen hemen tüm deneylerde akma yüküne çok yakın bir seviyede kiriş yüzeyinden ayrılmışlardır. Bu nedenle yöntemin etkin olarak kullanılmasını sağlamak için çelik levha ile kiriş arasında tam bir bağın sağlanmasının zorunlu

(44)

olduğu vurgulanmıştır. Bunu sağlamak için de, levhaların uçlarından sarılması veya kirişe bulon gibi birleştirme vasıtaları ile sabitlenmesi önerilmiştir. Ayrıca bu güçlendirme yönteminin, hasar görmemiş veya hasar seviyesi minimum olan kirişlerde daha iyi sonuç verebileceği belirtilmiştir (Ecemiş, 2000).

Yeni Donatı Eklenmesi (CFRP)

Kirişin çekme yüzüne, karbon lifle donatılmış plastik şeritlerin (CFRP) epoksi aracılığıyla yapıştırılması işlemidir. Önceki teknikte belirtilen sorunların benzer yollarla giderilmesi durumunda, eğilme taşıma gücü artışı sağlanabilir (Deprem Şurası, 2004).

Sifcon

Kesme dayanımı yetersiz olan kirişlerin güçlendirilmesinde, SIFCON (yüksek oranda kısa kesilmiş çelik tel içeren çimento bulamacı) kullanılabilmektedir.

Hacmen % 8 kancalı uçlu çelik tel (çap: 0.50 mm, boy: 0.30 mm) içeren ve 1 : 3 : 2,6 : 0,55 (çimento, kırma taş, kırma kum, su) karışımına sahip SIFCON ile kesme kapasitesinin güçlendirilmesine ait bir örnek Şekil 1.12.’de gösterilmektedir (Taşdemir, Özkul, 2002).