DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI, YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞI ve GÜÇLENDİRME

1. DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI,YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞIve GÜÇLENDİRME NEJAT BAYÜLKE nbayulke@artiproje.eu İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ 27 Mayıs 2008

2. DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI 27 MAYIS 2008 ANKARA

3. Depreme Dayanıklı Taşıyıcı Sistem Tasarımı • XX yüzyıl başında Japonya’da ilk kez yanal deprem yükü C = 0.10 W, alınır. • Japonya’da 1923’de Kanto (Tokyo Ovası) Depremi. • C=0.10 W ile tasarlanmış yapılarda deprem hasarı çok az. • C=0.10 W yaklaşımı kabul edilir. • Deprem yükü, deprem kuvvetli yer hareketi ilk kez 1933’de ABD’de ölçülür…

4. DEPREM KUVVETLİ YER HAREKETİ İVMESİ VE TASARIM YATAY YÜKÜ • Depremde ölçülen ivmeler hep tasarım yatay yükünden kat kat büyüktür… • 400 cm/sn2 gibi bir ivme • yapıya gelen yatay yük • F=m a = (W/g) (a) =400 /981 W =0.408 W demektir.

5. Depremde yapılara gelen yükler • Şiddetli Deprem yer hareketi ivmesi (a) uç değeri tasarımda kullanılan C= 0.10 a/g ‘den kat kat büyük ölçülür... • Yanıt Spektrumu : • Periyodu T ve sönüm oranı (kritik sönümün %’si) ξ olan yapıda • deprem yer hareketi ivmesinin yaptığı en büyük ötelenme, hız ve ivmesi.

6. DEPREM YER HAREKETİ İVME SPEKTRUMU

7. DEPREM YER HAREKETİ İVME SPEKTRUMU

8. ELASTOPLASTİK DAVRANIŞ • DEPREM DE TASARIM YÜKÜNÜ AŞAN BOYUTTA YER İVMESİ OLURSA • YAPI YA DA YAPI ELEMANI NASIL DAVRANIR?

9. ELASTOPLASTİK DAVRANIŞ

10. TASARIM YÜKÜ-DEPREM DAVRANIŞI

11. TASARIM YÜKÜ-DEPREM DAVRANIŞI • Fd = tasarım yükü (C=0.10 - 0.15 gibi) • Fy=Akma yükü 1.5 -2.0 x Fd • Fu= Yapıda “tam” elastik davranış (hiç hasarsız) için gereken dayanım • Spektrumdan bulunan elastik yük • Fu/Fd = R katsayısı

12. TASARIM YÜKÜ-DEPREM DAVRANIŞI • Fd = tasarım yükü (C=0.10 - 0.15 gibi) • Fy=Akma yükü 1.5 -2.0 x Fd • Fu= Yapının elastik davranması (hiç hasarsız) için gereken olması gereken dayanım ya da • Spektrumdan bulunan elastik yük ya da yük katsayısı • Süneklik m= um / uy

13. TASARIMA GEÇİŞ • Yapı elastoplastik davranır • Çatlar, k-yay katsayısı küçülür, • Daha esnek yapı • Daha uzun periyotlu T=2π√m/k • Yapının sünekliği vardır

14. TASARIMA GEÇİŞ • Yapının sünekliği (R) vardır • Bu “R” katsayısı ile elastik spektrum küçültülür • Yapıdaki “hafif” hasar da Sönümü büyütür • Sönüm de deprem yükünü azaltır

15. TASARIM SPEKTRUMU

16. MAFSALLAŞMA İLE DEPREM ENERJİSİ TÜKETME • Şiddetli depremde plastik mafsallaşma • İle enerji tüketimi

17. MAFSALLAŞMA İLE DEPREM ENERJİSİ TÜKETİMİ

18. MAFSALLAŞMA İLE ENERJİ TÜKETİMİ

19. MAFSALLAŞMA İLE ENERJİ TÜKETİMİ

20. Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımının özeti • YAPI AĞIRLIĞININ % 10-15’i KADAR YATAY YÜKÜ (SIK OLAN HAFİF VE ORTA ŞİDDETLİ DEPREMLERE KARŞI) ELASTİK OLARAK TAŞIYAN EN KESİT VE DONATI • Yapıda “hafif ve orta şiddetli” depremlerde “mimari hasar”ı ÖNLEYECEK “TASARIM YATAY YÜKÜ”.

21. Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımının özeti • Şiddetli depremde elastoplastik deformasyon (kalıcı hasar, çatlak) ile enerji tüketimi = sünek davranış • “Sünek davranış” için gereken ayrıntıların sağlanması • “Sünek davranış” ayrıntıları deprem tehlike bölge derecesinden bağımsızdır. • Deprem bölgeleri arasındaki tasarım farkı?

22. SÜNEK DAVRANIŞ İÇİN GEREKEN AYRINTILAR • Etriye sıklaştırması • Moment kırılmasından önce kesme kırılması olmasının önlenmesi: • V= (Mik +Mjk) / l • Minimum boyuna donatı miktarı • Boyuna donatıların ankraj ve bindirme boylarının yeterli olması • Kolon eksenel yükü < 0.5 AcX fck • En küçük eleman en kesit boyut kısıtlamaları

23. Süneklik için gereken koşullar • Düğüm noktasında • Σkolonların moment taşıma gücü > Σkirişlerin moment taşıma gücü • Kırılmanın daha sünek olan kirişlerde olması için

24. Süneklik için gereken koşullar • Yönetmelik güçlendirme bölümündeki küçük “r” katsayıları • Kirişlerde “kayma dayanımına” • Kolonlarda “eksenel yük düzeyine” bağlıdır.

25. “AŞIRI SÜNEK KOLON” • 1971 SAN FERNANDO KALİFORNİYA DEPREMİ • SPİRALLİ KOLON • 1.00 METRE KADAR ÖTELENMİŞ • YAPI YIKILMAMIŞ • CAN KAYBI YOK • ANCAK ONARILAMAZ DÜZEYDE HASARLI • YIKTIRILMIŞ

26. Sünek davranışın kısıtlanması gerek • Yapının deprem hesap yükleri altındaki yatay ötelenmesinin kısıtlanması • Bu dolaylı olarak “perde duvarlı” yapı tasarımını gerektirir.

27. YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞI 27 MAYIS 2008 İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ

28. DAVRANIŞ BELİRLEMEK • İnşaat mühendisliğinin en güncel konularından biri • DEPREM yükleri altında yapı davranışını belirlemek, güçlendirme gereği açısından, • Depremde hasarının nedenlerini açıklamak • Yapı deprem davranışı kestirmek için gereken bilgiler?

29. Davranış belirlemek için gereken veriler • Malzemenin öz ağırlığı • Beton ve çelik gerilme –birim deformasyon ilişkileri • Eleman boyutları,beton basınç dayanımı, enine ve boyuna donatı miktarı ve dayanımı • Betonda çatlak, donatıda paslanma düzeyi • Düşey taşıyıcıların düşey yük düzeyi

30. Yapı deprem davranışı • BETONARME Yapı Deprem Davranışını belirlemek için gerekenler: • YAPININ BETON DAYANIMI • DONATILARI • Beton ve donatı durumunun dayanıma katkısı • DİNAMİK ÖZELLİKLERİ • YATAY YÜK DAYANIMI

31. Türkiye’de betonun özellikleri • Betonarme yapının dayanımı betonun dayanımı demektir. • Beton dayanımı gerçeğe en yakın olarak belirlenmelidir.

32. Beton dayanımının özellikleri • En iyi yöntem karot alınıp preste kırmak • Hiçbir zaman yeterli sayıda karot alınamıyor. • Yapının tümü için geçerli tek bir dayanım bulmak zor • İri agregalar, taşlar, betonun homojen ve izotropik (her yönde aynı mekanik özellikte) olmasını engelliyor

33. Beton dayanımının özellikleri • Hiçbir elemanda beton homojen ve izotropik değil • Kolonda alt uçtaki beton üst uca göre %10 kadar daha yüksek dayanımda • İyi sıkıştırılmadığı ve çok sulu olduğu için boşluk oranı yüksek betonun dayanımı düşük • Dayanımı düşük boşluklu betonun birim ağırlığı 2.4-2.5 ton/m3 değil

34. Beton dayanımının özellikleri • 10-11 MPa betonun birim ağırlığı 1.9-2.0 ton/m3 gibi • İri taşlı betonların standart sapması yüksek: • B160 sınıfı beton karot basınç dayanımı 90±30-45 kg/cm2 (1992 Erzincan ve 2003 Bingöl depremleri) • Büyük standart sapma: • betonda çok iri agrega, koca taşlar, var. • Taşların yönüne bağlı olarak basınç dayanımında büyük standart sapma.

35. BETON BASINÇ DAYANIMI-BİRİM AĞIRLIK ARASINDAKİ İLİŞKİYE BİR ÖRNEK

36. ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI-BETON KAROT DAYANIMI İLİŞKİSİ

37. ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI-BETON KAROT DAYANIMI İLİŞKİSİ-2

38. Beton dayanımının özellikleri • Karakteristik basınç dayanımı= ortalama dayanım - 1.64 x dayanımda standart sapma yaklaşımı (TS-10465) ile = karakteristik beton dayanımı 40-50 kg /cm2 alınmaktadır. • katsayı az sayıda örnek alınmışsa 1.64’den de büyük: 1.88 gibi. • Emniyet gerilmesi yöntemi ile tasarlanmış yapılarda beton gerilmesi bu değere çok yakın. Kırılma gerilmesine çok yakın gerilme altındaki beton sünme nedeni ile kısa bir süre sonra kırılır

39. Beton dayanımının özellikleri

40. Beton dayanımının özellikleri • Kendi ağırlığı ile yıkılmış yapı çok azdır: 1983 Diyarbakır Hicret,1985 Eskişehir Çavdar Apartmanı ve 2004 Konya Zümrüt Apartmanı • Eğer yapı, düşey yükünü taşıyamıyorsa, yada düşey yüke karşı emniyet katsayısı 1.25’den az ise, • İnşaat sırasında yada bittikten çok kısa bir süre sonra yıkılmaktadır.

41. Beton dayanımının Özellikleri • Düşey yüklerden dolayı çatlak: • kirişte mesnete yakın yerlerde kesme çatlağı, • açıklıkta eğilme çatlağı • kolonda boyuna donatıda burkulma • Kolonda düşey çatlak pek gözlenmiyor • ya da çatlak görüldükten sonra yapı hızla yıkılıyor. • TS-10465 göre belirlenmiş çok düşük basınç dayanımı gerçekten var olsa yapı çoktan yıkılmış olurdu • Bu durum son “deprem yönetmeliğinde” değiştirildi. Dayanım= ortalama dayanım - standart sapma olarak alınıyor.

42. Beton dayanımının özellikleri • Düşük dayanımlı “iri taşlı” betonun özellikleri bilinmemektedir: • İri taşlı betonda aderans var mıdır ? • Kesme dayanımı nasıldır ? • Mevcut yapıların değerlendirilmesinde ya da deprem hasar nedeninin belirlenmesinde yalnızca basınç dayanımını bilmek yeterli olmayabilir

43. Beton dayanımının özellikleri • Yapıdaki betonun elastisite modülü (E) ve çatlak düzeyini göstergesi olan (I) değerini gerçeğe yakın belirlemek için daha doğru bir yöntem: • Yapının titreşimleri ölçülür. • Titreşim kaydından Yapı periyodu (ölçülmüş) hesaplanır. • Periyot analitik olarak hesaplanır. • Analitik hesapta kullanılan EI gerçeğe yakın ise • ölçüm ve hesap periyodu arasında fark önemsizdir. • Gerçeğe yakın bulunmuş E değerinden bütün yapı için geçerli olan bir beton basınç dayanımına geçilebilir.

44. Beton dayanımının davranışa etkisi • Beton dayanımı yapının yatay yük taşıma düzeyine, C-katsayısına, ve R katsayısına etkili: • Yatay yük taşıma düzeyi azalır; R katsayısı küçülür. • Betonu çatlaklı yapıda yatay ötelenme daha büyüktür. • E ve I daha küçük olduğu için Titreşim periyodu daha uzun. • Ancak yapının sönümü de artar. • Hafif ve Orta Şiddetli depremde MİMARİ HASAR

45. YAPIDAKİ DONATILAR • Eleman dayanımını belirlemek için donatı miktar, çap ve yerinin belirlenmesi gerekiyor. • Cihazlar yer ve donatı sayısını veriyor ama çapı veremiyor • Kolon donatıları daha iyi belirlenirken kiriş mesnetindeki üst boyuna donatıların • Miktarı • Bindirme ve kenetlenme boyları • Kalın beton örtüsü varsa yer ve çapı • belirlenemiyor

46. YAPIDAKİ DONATILAR • Kapsamlı inceleme (DBYBHY-2007) uyarınca en az 1 adet donatı çekilerek akma ve kopma dayanım ve birim uzamaları belirlenmeli, • Donatı dayanımı, sınıf dayanımından büyük ise Sınıf Dayanımı • Küçük ise toplam 3 örnek alınır ve en küçük olan dayanım kullanılır.

47. YAPIDAKİ DONATILAR • Sünek davranış, R-katsayısı, donatı- beton kenetlenme boyuna, etriye aralığı doğrudan bağlıdır: • Sık etriye ve yeterli uzunlukta kenetlenme boyu • Etriye sıklaştırması kuralı 1968 deprem yönetmeliği ile başlar • Etriye çapı 1975 yönetmeliğinden önce Φ6 mm çapında etriye kullanılıyordu

48. Donatı ve Beton durumuna göre olası yapı davranışı • Kolon boyuna donatı bindirme boyları çok az ve etriye sıklaştırması yok: • Kolon uçlarında düşük moment taşıma gücü • Donatılar daha kolay sıyrılabilir: R katsayısı daha küçük olur. • Düşük moment kapasitesi ve dönme • Kolon uçlarının mafsallaşması ile yıkılma mekanizması • Sonuç Düşük yatay yük kapasitesi; C katsayısı küçük

49. Donatı ve beton durumuna göre olası yapı davranışı • Kiriş boyuna donatılarının düğüm noktasında ankraj boyu kısa • Dış aks kolonlarında kiriş donatılarının ankraj boyunu sağlamak daha zor. • Daha düşük moment taşıma gücü • Kırılma kirişlerde. Elastik Yatay yük düzeyi C katsayısı düşük yapı. • Ankraj boyu kısalığı R katsayısını azaltır.

50. Donatı ve beton durumuna göre olası yapı davranışına etkisi • Deprem hesabı olmayan yalnız düşey yüklere göre tasarlanmış yapılarda • düşey yükler “derin” kirişlerle taşınıyorsa “kuvvetli kiriş-zayıf kolon “ durumu oluşur. • Kırılma kolonlarda. Yatay yük düzeyi C katsayısı düşük yapı.