BETONARME ÇERÇEVELERİN BETONARME DOLGU DUVARLARLA
DEPREME KARŞI ONARIMI VE GÜÇLENDİRİLMESİ
SEISMIC REHABILITATION OF RC FRAMES WITH RC INFILL WALLS

GİRİŞ

Yapıların depreme karşı dayanımını iyileştirmek için rehabilite edilmesi tüm dünyada yaygın olarak yapılan bir uygulamadır. Depreme karşı rehabilitasyonun esas amacı, yapının dayanımını, sünekliğini ve rijitliğini artırmaktır. Yapıdaki taşıyıcı elemanların (kolon, kiriş) ayrı ayrı rehabilite edilmesi ancak bu tür elemanların toplamının az olması ve yapının yanal rijitliğinin yeterli olması halinde ekonomik olmaktadır. Çerçeve elemanlarının çoğunluğunun gereken sünekliğe sahip olamaması ve yapının yeterli yanal rijitliğinin olmaması halinde; yapıda çerçevelerin dolgu duvarlarla doldurularak depreme karşı onarımı veya güçlendirilmesi mantıklı ve ekonomik bir çözüm olmaktadır. Betonarme dolgu duvarlar, yerinde imal edilmekle birlikte önüretimli duvar elemanları ile de oluşturulabilmektedir. Kabul edilebilir deprem davranışı için dolgu duvarların içine
yerleştirildikleri çerçeve elemanlarına çok iyi bağlanmaları gerekmektedir. Bu tür bağlantılar için değişik teknikler kullanılmaktadır (Ersoy, 1996). Dolgulu çerçeve davranışını incelemeye yönelik deneysel çalışmalar Orta Doğu Teknik Üniversitesi’nde 1970’li yıllarda başlamıştır (Ersoy vd., 1971). Tek açıklıklı ve tek katlı dolgulu çerçeveler yanal yük altında test edilmişlerdir. Bu ilk testler 1968 yılında Bartın Depremi’nden sonra, betonarme çerçeveli taşıyıcı sisteme sahip bir yapının güçlendirilmesi amacıyla uygulanmış dolgulu çerçevelerin yanal dayanımının yeterli olup olmadığını araştırmak için yapılmıştır. Daha sonra yerinde dökme betonarme dolgu duvar uygulaması ODTÜ grubu tarafından depreme karşı rehabilitasyon amacı ile betonarme çerçeveli binalarda kullanılagelmiştir. Bu tür rehabilitasyon projelerinde betonarme dolgu duvarlar ile betonarme çerçeve arasında bağlantı için değişik teknikler kullanılmıştır. 1988 yılında ODTÜ’de yapılan deneysel bir çalışmada, değişik bağlantı tekniklerinin performansları da araştırılmıştır (Altın vd. 1990, 1992). Ondört adet tek açıklıklı ve iki katlı, 1/3 ölçeğinde betonarme çerçeve hazırlanmış ve bu deney elemanları depremi benzeştiren tersinirtekrarlanır yükler altında test edilmişlerdir. Bu deneysel çalışmada araştırılan değişkenler, çerçeve ile dolgu arasındaki bağlantı tipi, dolgu duvar donatı deseni, kolon boyuna donatı miktarı ve kolon eksenel yük düzeyidir. Bu parametrelerin çerçeve davranışı üzerine etkileri ayrı ayrı incelenmiştir. Bu araştırmada kullanılan çerçeve elemanları Türk Deprem Yönetmeliği’ne uygun olarak projelendirilmiş, detaylandırılmış ve imal edilmiştir. Deneylerde betonarme dolgu duvarlar, hasarsız boş çerçevelere uygulanmıştır. Deneyler sonucunda betonarme dolgu duvarlar ile çerçeve arasında epoksi yardımı ile çerçeveye ekilen donatı filizleri ile oluşturulan bağlantıların başarılı olarak davrandığı tesbit edilmiştir. Deneyler sonucunda, betonarme dolgu duvar uygulamasının yanal dayanım ile birlikte yanal rijitlikte de büyük artış sağladığı gözlemlenmiştir. Bununla beraber çerçeve kolonlarında kolon boyuna donatı miktarının artırılmasının ve kolonların eksenel yük seviyesinin artmasının davranış üzerinde olumlu katkısı olduğu görülmüştür. Daha sonra bu deneylerden elde edilen sonuçlar, ODTÜ tarafından depremde hasar gören binalar üzerinde uygulanmaya başlanmıştır.

 

ÇALIŞMANIN AMACI

Ülkemizde son yıllarda meydana gelen depremler sonrasında hasar gören binalarda bazı ortak tasarım ve yapım hataları göze çarpmaktadır. Bunlar betonarme çerçevelerin yeterli yanal dayanıma ve rijitliğe sahip olmamaları, kullanılan beton kalitesinin zayıf olması, çerçeve elemanlarının iyi detaylandırılmamış olmaları ve gerekli sargılama donatısına sahip olmamalarıdır. Çoğu kez kolon-kiriş uç bölgeleri ve kolon-kiriş birleşim bölgeleri yeterli sargılamaya sahip değildir. Kolonlarda boyuna donatılarda bindirmeli ekler kat seviyesinde yapılmakta ve bu eklerde genellikle yetersiz bindirme boyu kullanılmaktadır. Bütün bunlar gözönüne alındığında, Yazarlar’ın daha önce ODTÜ’de yapılan test sonuçlarını bu tür yetersizliklere sahip binalara uygulamak konusunda kuşkuları oluşmuştur. Ayrıca dolgu duvarların hasarlı çerçevelere uygulanması konusunda da önceki ODTÜ deneyleri fikir vermemektedir. Bu çalışmada, pratikte sıkça rastlanan yetersizliklere sahip hasarlı betonarme çerçevelerin dolgu duvar uygulamasından sonraki performansları deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada ayrıca deprem şartnamesine uygun üretilen çerçevelerdeki hasar düzeyinin betonarme dolgu ile onarım/güçlendirme uygulamasının etkinliği üzerindeki etkileri de incelenmiştir. A1 ve A3 kodlu deney elemanlarında kolonlarda bindirmeli ek kullanılmamış, tüm kolon ve kiriş elemanlarında uç bölgelerinde ve birleşim bölgelerinde sargılamaya özen gösterilmiş, beton dayanımının yeterli olması sağlanmıştır. Diğer çerçeve elemanlarında ise (A5, A7 ve A9 boş çerçeve elemanları) uzunlukları 15 ile 40 donatı çapı arasında değişen kolon bindirmeli ek bölgeleri oluşturulmuş, beton kalitesi düşük tutulmuş, donatı detayları ihmal edilmiştir. Bahsedilen deneyler Boğaziçi Üniversitesi Yapı Laboratuvarında tersinen tekrarlanan yükler altında yapılmıştır

(Türk, 1998).

 

DENEYSEL ÇALIŞMA

Deneysel çalışma için ODTÜ’de daha önce yapılan testlerde kullanılan boyutlara sahip tek açıklıklı, iki katlı, 1/3 ölçeğinde betonarme çerçeve elemanları seçilmiştir (Altın vd., 1990). Dolgulu çerçeve oluşturabilmek için kullanılan betonarme dolgu duvarların kalınlığı 50 mm olarak seçilmiştir. Her bir deney elemanı için kullanılan malzeme özellikleri, betonarme çerçeve ve dolgu duvar donatı detayları Tablo 1’de özetlenmiştir. Tablodan görülebileceği gibi, tek numaralı elemanlar (A1, A3, A5, A7 ve A9) boş betonarme çerçeveleri temsil ederlerken, çift sayılı elemanlar (A2, A4, A6, A8 ve A10) dolgu duvarlar ile rehabilite edilen dolgulu çerçeve elemanlarını temsil etmektedir. Şekil 1a’da ODTÜ deney elemanları gibi sünek ve şartnamelere uygun imal edilmiş betonarme çerçevelerin genel boyutları ve donatı detayları verilmiştir (A1 and A3). A5, A7 ve A9 betonarme çerçeveleri ise ülkemizdeki betonarme yapıların çoğunda rastlanılan yetersizliklere sahip zayıf çerçevelerdir. Çerçeve elemanlarının beton dayanımı düşük tutulmuş, kolon-kiriş birleşim bölgelerinde etriye kullanılmamış, çerçeve elemanlarının uç bölgeleri yeterince sargılanmamış (etriye aralığı fazla ve etriye uçları 900 bükülmüş), kolon boyuna donatılarındaki bindirmeli ekler kat seviyesinde ve yetersiz boy ile yapılmıştır. Bu tip çerçeve elemanlarının detayları Şekil 1b’de gösterilmiştir. Betonarme dolgulu çerçeveler için kullanılan dolgu duvar donatı detayları ve donatı filiz detayları ise Şekil 2’de gösterilmiştir. Deney programında önce boş çerçeve elemanları depremi benzeştiren tersinir-tekrarlanır yanal yükler altında test edilmiş ve hasara uğratılmıştır. Daha sonra dolgulu çerçeve oluşturabilmek için donatı filizleri nervürlü donatılardan imal edilmiş ve betonarme çerçeve kolon ve kiriş elemanlarının iç yüzeylerinde açılan deliklere özel epoksi yardımıyla yerleştirilmiştir. Dolgu duvar betonu, filizlerin hazırlanması ve duvar donatısının kalıba yerleştirilmesinden iki gün sonra dökülmüştür. Çerçeve elmanları üzerinde herhangi bir iyileştirme işlemi yapılmamıştır. Dolgu duvar donatısı, çift sıra hasır şeklinde, 6 mm çapında çelik çubukların 150 mm aralıklarla yerleştirilmesi ile hazırlanmıştır. Donatı detaylar Şekil 2’de gösterilmektedir. İlk iki dolgulu deney elemanı(A2 ve A4) daha önce yapılan ODTÜ deney elemanlarına benzer olarak hazırlanmıştır. ODTÜ deneylerinde dolgu duvarın hasarsız çerçeveler uygulanmasına karşın, bu çalışmada çerçevelerde ön yüklemeyle bir hasar oluşturulmuş ve dolgu duvar uygulaması hasarlı çerçeveler üzerinde yapılmıştır (A10 elemanı hariç).

Deney elemanları ortak bir temel kirişine sahip, ikiz betonarme çerçevelerden oluşmaktadır. Bunda amaç, Şekil 3’te de görülebileceği üzere, yükleme düzeneğindeki simetrinin avantajlarından faydalanmaktır. Deney elemanları, iki reaksiyon kirişinin birbirine çelik putreller ile bağlanması ile oluşturulan kapalı bir yükleme çerçevesi içinde test edilmiştir. Deney elemanları ikiz çerçevelerin ikinci kat seviyelerinden mesnetlenmiş ve yanal yük elemana temel kirişi seviyesinden uygulanmıştır. Eksenel yükler ise öngerme kablosu, çelik reaksiyon kirişleri ve hidrolik pompa yardımıyla kolonlar üzerine etkitilmiştir. Şekil 3’te deney düzeneği ile deney elemanı üzerine etkiyen yükler gösterilmektedir. Deney elemanı kapalı yükleme çerçevesi içine yerleştirildikten sonra ölçüm cihazları deney elemanı üzerine monte edilmiş ve kalibre edilmişlerdir. Her deneyde, deplasmanları, dönmeleri ve kayma deformasyonlarını ölçmek üzere, Şekil 4’te gösterilen ölçüm düzeneği kullanılmıştır. Kolon eksenel yükleri deney süresince sabit tutulmuştur. Yanal yük artan yük adımlarıyla uygulanmıştır. Yük miktarı ve deplasmanlar elektronik olarak kayıt edilmiştir. Her test öncesinde verilecek yük adımları tesbit edilmiş ve her yük adımına ulaştıktan sonra yük boşaltılmış ve ters yöndeki yük adımı uygulanmıştır. Birinci ve ikinci yük çevrimlerinde yük, deney elemanlarının deformasyonlarının elastik bölgede kalmasını sağlamak amacıyla düşük tutulmuştur. Daha sonra göçme oluşuncaya kadar yük adımları artarak ve tersinirtekrarlanır şekilde uygulanmıştır. Bu yük çevrimleri herhangi bir depremi simüle etmemektedir. Tipik bir yük çevrim diyagramı Şekil 5’te görülebilir.

Deney sonuçları Tablo 2’de özetlenmiştir. A2 ve A4 dolgulu çerçeve elemanları sünek ve şartnamelere uygun hazırlanmıştır. Bu elemanların kolonlarında herhangi bir bindirmeli ek yapılmamış, beton kalitesi iyi tutulmuş ve süneklik için gereken detaylar sağlanmıştır. A6, A8 ve A10 dolgulu deney elemanlarının çerçeveleri ülkemizde (özellikle konut/ofis türü binalarda) sıkça rastalanan yetersizliklere sahiptir. Bu amaçla, çerçeve elemanlarının uç bölgelerinde etriye sıklaştırması yapılmamış ve etriye uçları 90o bükülerek kabuk betonu içinde bırakılmış, beton dayanımı düşük tutulmuş, kolon-kirişlerin birleşimlerde sargı donatısı kullanılmamış, kolon bindirmeli ekleri kat seviyesinde ve yetersiz boy ile imal edilmiştir. Bindirmeli ek boyları 15 ila 40 çubuk çapı boyunda yapılmıştır (Bkz. Tablo 1). Bu elemanların kolonlarında kullanılan boyuna donatı miktarı, A2 ve A4 dolgulu çerçeve elemanlarının üçte biri kadardır.

Şekil 6’da, A8 dolgulu çerçeve elemanı ve A7 boş çerçeve elemanı için elde edilen yanal yük-deplasman eğrileri karşılaştırılmıştır. Şekilden görülebileceği gibi, sünek olmayan çerçeve ağır hasarlı olduğu halde, dolgu duvar uygulamasıyla oluşturulan dolgulu çerçeve davranışı boş çerçeveye oranla oldukça iyileşmiş, yanal dayanım ve rijitlikte büyük artışlar gözlemlenmiştir. Kolonlar üzerindeki eksenel yük düşük olduğu için çerçevenin beton dayanımın dolgulu çerçeve davranışı üzerinde büyük etkisi olmamıştır. Daha önceki ODTÜ deneylerinde boyuna donatının artırılması ile artan kolon kapasitesinin, dolgulu çerçeve davranışına olumlu katı yaptığı gözlemlenmiştir(Altın vd., 1990). Benzer bir genellemenin hasarlı çerçevelerin dolgu duvarlar ile rehabilite edilmesinden sonrada geçerli olduğu söylenebilir. Kolonların duvar uç elemanı gibi çalıştığı düşünülecek olursa, bir kolon çekmede iken diğer kolonun basınç altında kalması, kolon eksenel kuvvetlerinin bir kuvvet çifti oluşturmasına neden olmaktadır. Kolon donatı oranının artmasının kolon eksenel yük kapasitesini artıracağı açıktır. Kolon kapasitesinin artması kuvvet çiftinin büyüklüğünün artması ile eş anlamlıdır. Bu durumda, kolon boyuna donatı miktarının dolgulu çerçevenin eğilme kapasitesi üzerinde çok etkili olamasını beklemek doğaldır.

Test sonuçlarına göre, kat seviyesinde oluşturulan ve yetersiz bindirme boyuna sahip bindirmeli ekler kapasiteyi
düşürmektedir (A6 ile A8 karşılaştırılabilir).

Bunun yanısıra, hasarlı veya hasarsız çerçevelere betonarme dolgu duvar uygulanarak oluşturulan dolgulu çerçeveler arasındaki performans farkı A6 ile A10 deney elemanlarını karşılaştırmak yoluyla incelenebilir. Bu iki dolgulu çerçeve arasındaki tek fark, A10 dolgulu deney elemanının boş çerçevesinin (A9) hasarsız, A6 dolgulu deney elemanının çerçevesinin (A5) ise hasarlı olmasıdır. Her iki çerçeveye de betonarme dolgu duvar uygulanmış ve bu şekilde oluşturulan dolgulu çerçeveler benzer yük çevrimleri altında denenmiştir. Her iki deney elemanına ait yanal yük– deplasman zarf eğrileri Şekil 7’de karşılaştırılmıştır. Şekilden kolayca görülebileceği gibi yük çevrimleri ilerledikçe A6 deney elemanın rijitlik azalması, A10’a göre daha hızlı olmaktadır. Ayrıca hasarlı boş çerçeveye sahip deney elemanı, A6, diğerine oranla % 30 daha az dayanım ve rijitlik sergilemiştir. Çizelge 2’den görüleceği üzere dolgulu çerçevelerin göçme mekanizması eğilme ağırlıklıdır. Bu nedenle çerçeve kolonlarının beton dayanımının dolgulu çerçevenin eğilme kapasitesi üzerinde önemli bir değişikliğe neden olması beklenmemelidir. Bunun yanı sıra çerçeve elemanlarının beton kalitesinin, çerçeve-dolgu duvar bağlantısını sağlamak için ekilen donatı filizlerinin aderansı üzerinde çok etkili olmaktadırlar. Donatı ankrajlarının başarılı olabilmesi için çerçeve beton kalitesinin önemli olduğu gözlemlenmiştir. Deney elemanlarının yanal dayanımları Tablo 3’de özetlenmiştir. Dayanım değerleri dolgu duvar eklenmesi ile oluşan dayanım artışını açıkça göstermektedir. Dolgulu çerçeve yanal dayanımının, boş çerçeve yanal dayanımına oranla 9 ile 14 kat daha fazla olduğu gözlemlenmektedir. Bu araştırmada denenen hasarsız çerçeveye sahip tek dolgulu çerçeve A10 dolgulu çerçevesidir. Bu çerçevenin yanal dayanımı, benzer ama hasarlı çerçeveye sahip deney elemanından (A6) yaklaşık % 30 daha fazladır.

 

SONUÇLAR

Deney sonuçlarının değerlendirilmesiyle aşağıda sıralanan bulgulara ulaşılmıştır:
• Hasarlı boş çerçevelere betonarme dolgu duvarlar eklenmesiyle oluşturulan dolgulu çerçevelerin yanal dayanımı,boş çerçeveye göre önemli oranda artırmıştır. Bu artışın 9 ile 14 kat arasında olduğu gözlemlenmiştir. Bu artışoranı ağır hasar görmüş çerçevelere sahip dolgu duvarlı elemanlarda oluşmuştur.
• Dolgu duvar eklenmesi, dolgulu çerçeve yanal rijitliğinde, boş çerçeveye oranla 13 ile 24 kat arasında artış sağlamıştır.
• Kolon boyuna donatı oranının, dolgulu çerçevenin eğilme kapasitesi üzerinde önemli katkısı vardır.
• Çerçevenin beton dayanımının, dolgulu çerçeve dayanımı üzerinde önemli bir etkisi olmamakla birlikte, beton kalitesi çerçeveye ekilen donatı filizlerinin performasını önemli ölçüde etkilemektedir.
• Özellikle kat seviyesinde oluşturulan ve yetersiz bindirme boyuna sahip kolon boyuna donatıları, artan moment ve tersinir-tekrarlanır yük etkisi ile fonksiyonlarını gereği gibi yerine getirememekte ve bunun sonucu çerçeveyi dolgu duvarına bağlayan ankraj donatıları akma kapasitesine erişemeden betondan sıyrılmaktadır. ODTÜ’de yapılan bir deneysel çalışmada bu tür bir erken göçmeyi engellemek için, kolon bindirme bölgesinde uygulanan çelik kolon mantolamasının dayanım ve davranışı oldukça iyileştirdiği gözlemlenmiştir (Sonuvar, 2001).
• Çerçeve elemanlarına ekilen donatı filizlerinin performansı, işçilik ve malzeme kalitesi ile doğrudan ilgilidir ve bu konularda yapım sırasında gereken özen gösterilmelidir.

 

KAYNAKLAR

Ersoy, U. (1996). Seismic Rehabilitation–Application Research and Current Needs, 11th World Conference on Earthquake Engineering, Acapulco, Mexico (invited paper).

Ersoy, U., Uzsoy, Ş. (1971). Dolgulu Çerçevelerin Davranışı ve Dayanımı, Rapor No. MAG-205 TÜBİTAK, Ankara.

Altın, S. (1990). Strengthening of reinforced concrete frames with reinforced concrete infills, PhD. Thesis, Middle East
Technical University, Ankara.

Altın, S., Ersoy, U., and Tankut, T. (1992). Hysteretic response of reinforced concrete infilled frames, J. Struc. Div., ASCE, Vol. 118 (8), 2133 2150.

Turk, A. M. (1998). Rehabilitation of reinforced concrete frames by reinforced concrete infill walls, PhD. Thesis, Bogazici University, Istanbul.

Sonuvar, M.O. (2001). Hysteretic Response of Reinforced Concrete Frames Repaired by means of Reinforced Concrete Infills, PhD. Thesis, Middle East Technical University, Ankara.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here