depreme dayanikli yapi tasarimi, yapilarin deprem davraniŞi ve gÜÇlendİrme

DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI,YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞI

ve GÜÇLENDİRME

NEJAT BAYÜLKE

[email protected]

İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ

27 Mayıs 2008

mailto:[email protected]

DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI

27 MAYIS 2008

ANKARA

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…

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.

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.

DEPREM YER HAREKETİ İVME SPEKTRUMU

ELASTOPLASTİK DAVRANIŞ

• DEPREM DE TASARIM YÜKÜNÜ AŞAN BOYUTTA YER İVMESİ OLURSA

• YAPI YA DA YAPI ELEMANI NASIL DAVRANIR?

ELASTOPLASTİK DAVRANIŞ

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


• 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

TASARIMA GEÇİŞ

• Yapı elastoplastik davranır

• Çatlar, k-yay katsayısı küçülür,

• Daha esnek yapı

• Daha uzun periyotlu T=2π√m/k• Yapının sünekliği vardır

TASARIMA GEÇİŞ

• Yapının sünekliği (R) vardır

• Bu “R” katsayısı ile elastik spektrum küçültülür

• Yapıdaki “hafif” hasar da Sönümü büyütür

• Sönüm de deprem yükünü azaltır

TASARIM SPEKTRUMU

MAFSALLAŞMA İLE DEPREM ENERJİSİ TÜKETME

• Şiddetli depremde plastik mafsallaşma

• İle enerji tüketimi

MAFSALLAŞMA İLE DEPREM ENERJİSİ TÜKETİMİ

MAFSALLAŞMA İLE ENERJİ TÜKETİMİ

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”.

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?

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 Ac X fck

• En küçük eleman en kesit boyut kısıtlamaları

Süneklik için gereken koşullar

• Düğüm noktasında

• Σkolonların moment taşıma gücü > Σkirişlerin moment taşıma gücü

• Kırılmanın daha sünek olan kirişlerde olması için

Süneklik için gereken koşullar

• Yönetmelik güçlendirme bölümündeki küçük “r” katsayıları

• Kirişlerde “kayma dayanımına”

• Kolonlarda “eksenel yük düzeyine” bağlıdır.

“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

Sünek davranışın kısıtlanması gerek

• Yapının deprem hesap yükleri altındaki yatay ötelenmesinin kısıtlanması

• Bu dolaylı olarak “perde duvarlı” yapı tasarımını gerektirir.

YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞI

27 MAYIS 2008

İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ

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?

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

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

Türkiye’de betonun özellikleri

• Betonarme yapının dayanımı betonun dayanımı demektir.

• Beton dayanımı gerçeğe en yakın olarak belirlenmelidir.

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


• 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


• 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.

BETON BASINÇ DAYANIMI-BİRİM AĞIRLIK ARASINDAKİ İLİŞKİYE BİR ÖRNEK

BETON BASINÇ DAYANIMI-BETON BİRİM AĞIRLIĞI İLİŞKİSİ

BBA = 0.1641Ln(BBD) + 1.8562

1.5

1.75

2

2.25

2.5

2.75

3

0 5 10 15 20 25 30 35

BETON BASINÇ DAYANIMI (BBD) MPa)

BE

TO

N B

İRİM

AĞ

IRL

IĞI (B

BA

)(T

ON

/M3

)

ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI-BETON KAROT DAYANIMI İLİŞKİSİ

KAROT BASINÇ DAYANIMI VE ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMALARI

R2 = 0.7539

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI (R)

KA

RO

T B

AS

INÇ

DA

YA

NIM

I (K

G/C

M2)

Seri 1

Doğrusal (Seri 1)

ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI-BETON KAROT DAYANIMI İLİŞKİSİ-2

BETON KAROT BASINÇ DAYANIMI KARŞISINDA ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMALARI

y = 5.7704x - 4.2846

R2 = 0.5871

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0

ŞİMİT ÇEKİÇİ OKUMASI (R)

BE

TO

N K

AR

OT

BA

SIN

Ç D

AY

AN

IMI

(KG

/CM

2)

Seri 1

Doğrusal (Seri 1)

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

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.

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.


• 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


• 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.

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

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

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.

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

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

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.

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.


• Etriye sıklaştırması yok, beton dayanımı düşük :

• Düşey yükler altında mesnetlere yakın yerlerde kesme çatakları

• Deprem açısından düşük kolon ve kiriş uç momenti taşıma gücü

• Yatay yük taşıma gücü, C-katsayısı daha küçük olur

• R katsayısı da düşer


• Açıklık ortasında düşey çatlaklar:

• Kiriş boyuna donatıları gerekenden “eksik” konulmuş ve beton basınç dayanımı düşük

• Yatay yük taşıma gücü,C-katsayısı küçük

DOLGU DUVARIN DAVRANIŞA KATKISI

• Dolgu duvarın dayanım düzeyi yapı yatay yük taşıma gücünü büyütebilir.

• Harç ve duvar blok dayanımı, duvarla dolu çerçeve açıklıklarının az ya da çok oluşu yatay yük dayanımını, C-katsayısını yükseltebilir.

DOLGU DUVARIN DAVRANIŞA KATKISI

• Hesaplarda dikkate alınmasa da Dolgu duvarların betonarme yapının rijitliğine ve yatay ve düşey yük taşıma gücüne katkısı vardır.

DEPREM YÖNETMELİKLERİNE GÖRE R-KATSAYILARI

• 1968 öncesi Yönetmeliklere uyan ya da hiçbir deprem hesabı olmayan yapıların R katsayısı çok düşüktür en çok 2-.0-2.5 olabilir

• 1968 Yönetmeliğine göre yapıların R katsayısı < 4.0 ’den azdır

• 1975 Yönetmeliğine uyan yapılarda R ≥ 4.0 olabilir.• 1998 Yönetmeliğine uyan yüksek sünek yapılarda ük

R > 6-7 olabilir.

YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ

• Sönüm oranı ve Titreşim periyodu • çatlaklar • ve yatay yük düzeylerine bağlıdır• 2003 Bingöl depreminden sonra Bayındırlık ve

İskan İl müdürlüğü Binasında artçı depremlerin ivmeleri altında yapının salınımları kaydedildi ve kayıtlardan yapının titreşim periyodu ve sönüm oranı hesaplandı.

YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ • Yapının periyodu gelen depremin ivmesine göre 0.45 sn ile 0.55 saniye

arasında değişmektedir.

1 MAYIS 2003 DEPREMİ ARTÇILARININ ETKİSİNDE İL BAYINDIRLIK BİNASI DEPREM

İVMESİ-YAPI PERİYODU

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0 5 10 15 20 25 30

İVME (CM/SN2)

PE

RİY

OT

(S

N)

YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ • Yapının sönüm oranı % 8 ile % 17 arasında değişmektedir.

1 MAYIS 2003 DEPREMİ ARTÇILARI SIRASINDA İL BAYINDIRLIK BİNASINDA

DEPREM İVMESİ - SÖNÜM ORANI

8

12

16

20

0 5 10 15 20 25 30

İVME CM/SN2

SÖ

NÜ

M O

RA

NI

%

YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ

• Ölçülen artçı deprem uç ivmeleri

• 5 cm/sn2 - 30 cm/ sn2 arasında:

• Yatay yük C = 0.005 - 0.0 3 arasında

• Düşük yatay yük düzeylerinde

• yapıların dinamik özelliklerinde çok büyük değişiklik olmakta.

YAPILARIN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ • Yapı dinamik özellikleri yük düzeyine bağlı olarak

çok değişkendir.

• Sönüm ve periyottaki artış yapıya gelen deprem yüklerini önemli boyutta azaltır.

• Yatay yük artışı ile yapı zemin periyodu çakışması “rezonans” denilen olayı ortadan kaldırır.

FARKLI SÖNÜMLER İÇİN SPEKTRUM

KATSAYISI 1NCİ SINIF ZEMİN


KATSAYISI 2NCİ SINIF ZEMİN

FARKLI SÖNÜMLER İÇİN SPEKTRUM KATSAYISI 3NCÜ SINIF ZEMİN


KATSAYISI 4NCÜ SINIF ZEMİN

ZEMİNLERLE İLGİLİ YANLIŞ İNANIŞLAR

Deprem hasarı üzerinde zeminin etkisi ?

ZEMİNLERİN ŞİDDETLİ DEPREMLERDE DAVRANIŞI

• ZEMİN VE YAPI DEPREM HASARI ÜZERİNE “DOĞRU OLMAYAN İNANIŞLAR”

• “Zemin, Deprem ivmesini büyüttü, yapıya çok büyük deprem yükü geldi”

• “Zeminde Rezonans oldu: Zemin Hakim Periyodu ile Yapının Titreşim Periyodu Çakıştı = Yapıya Çok Büyük Yük Geldi”

ZEMİN BÜYÜTMESİ

- TANELİ ZEMİNLERDE - BÜYÜK GENLİKLİ YER HAREKETİ ZEMİNİN TAŞIMA

GÜCÜNÜ AŞAMAZ: BÜYÜTME ORANI KÜÇÜLÜR- DÜŞÜK GENLİKLİ DEPREMLERDE GÖZLENEN ZEMİN

BÜYÜTME ORANI ÇOK ŞİDDETLİ DEPREMDE OLUŞAMAZ

- YAPININ SINIRLI YATAY YÜK TAŞIMA GÜCÜ NEDENİ İLE ZEMİN DEPREM HAREKETİNİ BÜYÜTSE DE YAPIYA GELEN LİMİT YATAY YÜK DEĞİŞMEZ

- YAPIDA YETERLİ YATAY YÜK TAŞIMA GÜCÜ VE SÜNEKLİK VARSA DEPREME KARŞI KOYAR

KAYMA MODÜLÜNÜN KESME BİRİM DEFORMASYONU İLE DEĞİŞİMİ

1994 Northridge Depreminde Yumuşak ve Sert Zeminde Deprem Uç İvmesinin Uzaklık ile Değişimi

ZEMİN BÜYÜTMESİ VE YAPI DAYANIMI

“REZONANS OLAYI”- HASARLI YAPI = PERİYOT DAHA UZUN, SÖNÜM DAHA

BÜYÜK- DEPREMİN BAŞINDA - EĞER BİR ZEMİN PERİYODU-YAPI PERİYODU

ÇAKIŞMASI VARSA BİLE ORTADAN KALKABİLİR

- ZEMİNLER- DE DOĞRUSAL ELASTİK DEĞİL DEPREM SIRASINDA ZEMİN PERİYODU DA DEĞİŞİR

- YAPININ VE ZEMİNİN DİNAMİK DAVRANIŞI - DEPREM BOYUNCA ADIM ADIM İNCELENEREK

REZONANS OLUP OLMADIĞINA KARAR VERİLEBİLİR

KISA PERİYOTLU (SERT) ZEMİN - KISA PERİYOTLU (ALÇAK) YAPIUZUN PERİYOTLU (YUMUŞAK) ZEMİN - UZUN PERİYOTLU

(YÜKSEK)YAPI

REZONANS EĞRİSİ

YAPININ TABANDA DÖNME PERİYODUNUN DEPREMLERDE DEĞİŞİMİ

“REZONANS OLAYI”

- ZEMİN VE YAPI PERİYOT VE SÖNÜMÜNÜN DEPREMİN HER ANINDA DEĞİŞKEN OLMASI REZONANS OLAYINA İZİN VERMEZ.

- YAPI VE ZEMİN DOĞRUSAL ELASTİK DEĞİL.

- ”ZEMİN BÜYÜTMESİ” YAPININ TAŞIYACAĞI YATAY YÜKÜN SINIRLI OLMASI NEDENİ İLE YAPI DAVRANIŞINDA ÖNEMLİ DEĞİLDİR.

- ÖNEMLİ OLAN YAPININ SÜNEKLİĞİ, DEPREMİN SÜRESİ VE HİSTERESİS EĞRİSİNİN ÖZELLİKLERİDİR.

ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI

• ZEMİNDE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRME ε• ε= (YER HAREKETİNİN HIZI) / (ORTAM KESME DALGASI HIZI)

• ε ≥ 0.001 ZEMİNDE DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞ BAŞLAR

• ZEMİNLER GRUPLARI VE KESME DALGASI HIZLARI(ABYBHY-2007)ve doğrusal olmayan davranış için gereken deprem yer hızları:

• A 700-1000 M/SN ε=0.0056 için Vdep=550cm/sn• B 300-1000 M/SN ε=0.0056 Vdep=360cm/sn• C 200 - 700 M/SN ε= 0.0056 Vdep=250cm/sn• D < 200 M/SN ε= 0.0056 Vdep=115cm/sn


• Bazı Türkiye depremlerinde ivme kaydından hesaplanmış yer hızları

• 1992 Erzincan (M=6.8) 74.3 ve 102 cm/sn

• 1995 Dinar (M=6.1)

• 17 Ağustos 1999 (M=7.4) Adapazarı

DEPREM İVME KAYITLARINDAN HESAPLANMIŞ YER HIZI UÇ DEĞERLERİ

• Sinan Akkar ve Polat Gülkan (2002)“Marmara Denizi Depremlerinde Merkeze Yakın İvme Kayıtlarının Eleştirisel İncelenmesi” BSSA 92, 1 sayfa 428-447,Şubat 2002 (İngilizce)

• En Büyük Yer Hızları (CM/SN)

• 17 Ağustos 1999

• Adapazarı (3.2 km) 79.8 D-B 42.6 DÜŞEY

• Yarımca (3.28 km) 84.7 D-B, 79.6 K-G 33.1 DÜŞEY

• İzmit 54.3 D-B, 32.0 K-G, 14 DÜŞEY

• Gebze 34.7 D-B, 45.6 K-G, 12.7 DÜŞEY

• Düzce 49.6 D-B, 60.6 K-G, 17 DÜŞEY

• 12 Kasım 1999

• Düzce 86.1 D-B, 65.8 K-G, 28 DÜŞEY

• Bolu 66.9 D-B, 58.3 K-G, 24.5 DÜŞEY

• Bu yer hızları büyük doğrusal olmayan zemin davranışı için küçük

”


• DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞ DEPREMİN MERKEZİNE ÇOK YAKIN YUMUŞAK, KESME HIZI DÜŞÜK ZEMİNLERDE OLUR.

• BELİRTİSİ• YAMAÇ KAYMASI• ZEMİNDE ÇEKME ÇATLAKLARI VE BASINÇ

SIKIŞMALARI• TEMEL HASARI• SIVILAŞMA BU BELİRTİLER “ÇOK BÜYÜK”

BOYUTTA DOĞRUSAL OLMAYAN ZEMİN DAVRANIŞI


• Orta ve düşük boyutta doğrusal olmayan zemin davranışı

• Ve zeminin derinliklerindeki doğrusal olmayan davranışın saptanması zordur:

• Yapıda etkisi de olmayabilir.


• 1994 Northridge Depreminden gözlemler (Trifunac ve Todorovska “Doğrusal Olmayan Zemin Davranışı 1994 Northridge Kaliforniya Depremi” ASCE jour. Geotech. Engr. Vol122 No.9 Eylül 1996 sayfa 725-735 (İngilizce))

• Yer altı boru kırılmalarının olduğu yerlerde(uzun periyotlu zemin hareketi) yapı (1-2 katlı 0.2-0.3 sn periyotlu ahşap) hasarı az

• Deprem Yer hızı 20-150 cm/sn olduğu yerlerde yapı hasarı az boru patlaması çok

• Deprem Yer hareketi hızı 150 cm/sn’den yüksek çok sayıda boru patlaması ve yapılarda zemindeki doğrusal olmayan şekil değiştirmeler nedeni ile temellerdeki harekete bağlı üst yapı hasarı


• 1994 Northridge Depreminden gözlemler• ZEMİN BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRMESİ ε<0.003 olan yerlerde

yapı hasarı sınırlı: deprem enerjisi zeminde tüketildiği için yapıya gelen deprem yükü az. Hasar az

• ZEMİNDE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRME ε>0.0056 zeminde çok büyük doğrusal olmayan hareket temellerden kaynaklanan üst yapı hasarı

ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI SIVILAŞMIŞ ZEMİNDE DEPREM İVME KAYDI

ZEMİNLERİN DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞI SIVILAŞMIŞ

ZEMİNDE DEPREM İVME KAYDI


• YUMUŞAK ZEMİN• BİR TÜR TİTREŞİM YALITICISI• ANCAK AŞIRI ŞEKİL DEĞİŞTİRME OLABİLİR• 1923 KANTO DEPREMİNDE TOKYO İMPERYAL OTELİ

ÖRNEĞİ:• YAPI KAZIK TEMELLİ VE ÇOK YUMUŞAK ZEMİN

ÜZERİNDE:• YAPI HASARI ÇOK AZ ANCAK 60 CM OTURMA• ZAMANLA 112 CM’YE YÜKSELEN OTURMA VE MİMARİ

AÇIDAN “ESKİME” NEDENİ İLE 1968’DE YIKTIRILMIŞ.

17 AĞUSTOS 1999’DEPREMİNDE İSTANBUL AVCILAR’DA HASAR DAĞILIMI


• Hasar dağılımı jeolojik formasyonlara göre bir değişim göstermiyor:

• Her zemin üzerinde her düzeyde hasarlı yapı var.

• Belli bir zeminde hasar yoğunlaşması yok:

• HASAR ZEMİNDEN BAĞIMSIZ


• Hasar zeminden bağımsız ise

• Her Yapının kendi özelliklerine bağlıdır.

• Hasar yapının deprem dayanım düzeyine bağlı

• SONUÇ:

• “ZEMİN” YER BİLİMCİLERİN İDDİALARININ AKSİNE YAPI HASARINDA ÇOK ÖNEMLİ

DEĞİL

GÜÇLENDİRME

Bu bölüm Türkiye Mühendislik Haberleri sayı 444’de yayınlanmış “Betonarme

Yapılarda Güçlendirme Sorunları” adlı makaleden alınmıştır.

Sakarya Hükümet Konağı

• 22 Temmuz 1967 Mudurnu Vadisi depreminde (M>7.0) ağır hasar görür.

• Depremin merkezinden 36 km uzaktadır.

• Güçlendirilir

• 17 Ağustos 1999 depreminde

• Hasar olmaz !

Erzincan Yatılı Bölge Okulu yatakhane Binası

• 18 Kasım 1983 depreminde (M= 5.0) hasar görür

• Bütün kolonları mantolanarak güçlendirilir

• 13 Mart 1992 Depreminde (M= 6.8)

• Hiçbir hasar yoktur

Güçlendirmenin bazı sorunları

• Betonarme perde duvarla güçlendirme

• Betonarme Perde duvarın kolon ve kirişlere bağlanması

• Sünek davranış ?

• Kolonların mantolanması

• Perde duvarın davranışa etkisi

• Güçlendirme Perdelerinin temelleri

Perde duvarla Güçlendirme

• Betonarme perde duvarla güçlendirme

• Yapının yatay yük dayanımını artırır

• Rijitliğini artırır yatay ötelenmeleri kısıtlar

• Yapı içindeki eşyaların hasarını önler

• Sünek davranış sağlamaz

SÜNEK DAVRANIŞ

• Sünek davranış için gerekenler zaten yapıda yoktur

• Ya da bitmiş bir yapıya süneklik eklenmesi olanak dışıdır.

• Dayanım artırılırsa sünekliğin artırılması güçtür

• Erzincan’dan 1983’de güçlendirilmiş kiriş örneği

SÜNEK DAVRANIŞ

• 1983 Depreminde (M=5.0) kirişlerinde “hasar” olmuş SÜMERBANK Erzincan İplik Fabrikasının (1954 yapımı) kirişleri çelik çerçeve içine alınarak rijitleştirilmiş 1992 Depreminde ise kolonlarda kiriş altında kesme kırılması olmuş.

SÜNEK DAVRANIŞ

• Kiriş, dayanımının artırılması için çelik kafes içine alınınca rijitlik büyümüş ve 1992 Depreminde (M=6.8) kolon uçlarında kesme kırılması. Kirişleri Çelik kafese almakla dayanım yanında rijitlik de artmıştır.


• Betonarme Perde duvarın kolon ve kirişlere bağlanması

Perde-çerçeve bağlantısı

Perde-çerçeve bağlantısı

• Ankrajların taşıma gücü ne kadardır?• Çekme dayanımı ve kesme dayanımı?• Betonun basınç dayanımına• Ankrajın çapına• Ankrajın derinliğine bağlı• Kesme dayanımı ankraj ile betonun serbest yüzeyi

arasındaki uzaklığa bağlı• Ankraj çevresindeki yatay ve düşey donatının

dayanıma olumlu katkısı vardır• Betonun bir blok olarak kopmasını güçleştirir

PERDE-ÇERÇEVE BAĞLANTISI


• Sünek davranış ?

• Perde duvarla güçlendirilmiş yapı yatay yük taşıma gücü düzeyi yükseltilmiş bir yapıdır.

• Sünek davranış beklenmez

• Sünek davranış sağlayacak eklemeler yapılmıyor!

KOLONLARIN MANTOLANMASI

• Kolonların mantolanması

• N/Ac fck < 0.5 kuralı beton dayanımı düşük olan yapılarda sağlanmadığı zaman ne olur?

• Kolon düşey yükünü yeterli emniyet payı ile taşımamaktadır.

• Ancak ayakta durmaktadır.

• Düşük güvenlik payı olan kolona ne olur?


• Ndm ≤ 0.5 x Ac x fck kuralına uymayan betonarme kolon “düşey yükünü taşımıyor” demek yanlış

• Doğrusu “kolon düşey yüklerini yeterli güvenlikte taşımıyor” ya da

• “depremde sünek davranmayacak” anlamındadır.

• Çünkü düşey yükünü taşımayan kolon çoktan kırılmış olmalıydı.


• Mevcut ve henüz deprem hasarı görmemiş bir yapıda bu koşula uyulmadan da yapı düşey yüklerini taşımaktadır.

• Eğer Ndm ≤ 0.5 x Ac x fck koşuluna uymuyorsa kolon depremde düşey yükler altında basınçtan kırılacak mıdır?


• Yapıya konulan perde duvar deprem yüklerinin büyük bir bölümünü alır

• mevcut kolona gelecek deprem yükü çok büyük boyutta azalır

• kolon mevcut durumu ile depremde gelen daha düşük yükleri hasar olmadan taşıyabilir.

• Kolon daha az zorlanacaktır


• Düşey yükten dolayı kendi ağırlığı ile yıkılmış kolon ya da yapı çok azdır:

• 1983 Diyarbakır Hicret Apartmanı

• 1985 Eskişehir Çavdar Apartmanı

• ve 2004 Konya Zümrüt Apartmanı

• düşey yüke karşı emniyet katsayısı 1.25’den az ise, inşaat sırasında yada bittikten çok kısa bir süre sonra yıkılma.

N/Ac fck < 0.5 kuralı ve Kolonların mantolanması


• Kolonun düşey yük taşıma gücü• No= 0.85 fc’ Ac + fy x As

• Tasarım Yükü No/3• 30 x 30 cm kolon, fc’= 150 kg/cm2• 4 f16, As= 8 cm2, fy= 2.4 t/cm2• No= 0.85 x 0.15 t/cm2 x 900 cm2 + 8 cm2 x 2.4

ton/cm2• No= 115 +19 =134 ton• Taşıtılan yük 134 / 3 = 45 ton

DÜŞÜK BETON DAYANIMLI KOLON

• Beton kötü fc’= 70 kg/cm2

• No = 0.85 x 0.07 t/cm2 x 900 +19 ton

• No= 54 ton + 19 ton= 73 ton

• Emniyet katsayısı 73 ton / 45 ton =1.62 > 1.25

• Sünme ile kırılma için gereken emniyet katsayısından büyük

• Yıkılmak için bir depremi bekler!

DÜŞÜK BETON DAYANIMI VE DONATI MİKTARININ DAVRANIŞA ETKİSİ

DÜŞÜK BETON DAYANIMI VE DONATI MİKTARININ DAVRANIŞA ETKİSİ

KOLON 30X30

No

Eksenel yük taşıma gücü

Taşınan Eksenel yük

Eksenel yük emniyet katsayısı

Moment taşıma gücü

Dengeli kırılma yükü

Kırılma biçimi

4ф16

B160

125 ton 50 ton 125/50

= 2.5

650

ton-cm

53 ton Çekme donatı

4ф14

B160

120 ton 50 ton 120/50

= 2.4

550

ton-cm

50 ton Çekme donatı

4ф16

B70

80 ton 50 ton 80/50

= 1.6

360

ton-cm

37 ton Basınç beton

• Hasarlı kolonlar dışındaki kolonlarda mantolamaya gerek yoktur:

• Güçlendirme perdeleri gelen deprem yükünün en az % 50’sini taşıyacağı için mevcut kolonlar daha az zorlanacaktır.

Perde duvarın davranışa etkisi

• Birlikte dökülmüş perdeli-çerçeveli yapıda Perde duvarlar rijitlik nedeni ile yapıya gelen deprem yükünün hemen tümünü taşır (% 80-90 kadarını).

• Güçlendirme perdesi sonradan kiriş ve kolonlara ankrajla bağlanmış ise depremde perdeye gelen kuvvetin payı farklıdır. Daha azdır (%50-60 düzeyinde)

Deneysel perde ile güçlendirme çalışmaları

Deneysel perde ile güçlendirme çalışmaları

• Kırılma ankrajın perde içinde bittiği noktada

• Deney Kolonunun düşey yükü çok az

• Kolonda Çekmeden kırılma

• Kolon donatısında tabanda bindirme yoksa daha yüksek dayanım

• Perde-kolon ve perde-kiriş ankrajlarında hasar yok

GÜÇLENDİRME VE TEMELLER • Betonarme perde duvar ile rijitlik büyür

• titreşim periyodu küçülür.

• yapıya gelen deprem kuvvetleri artar.

• Güçlendirme perde duvarı gelen deprem yükünün çok büyük bir bölümünü üstlenir.

• Yatay deprem yükü perde de büyük moment ve perde uç elemanında büyük eksenel kuvvet oluşturur.

GÜÇLENDİRME VE TEMELLER

• Bu kuvvetler

• Basınç ise temel betonu zımbalama ya da ezilme ile hasar görebilir.

• Çekme ise temelin bir ucu yukarı kalkabilir.


• güçlendirme perdesinin temel boyutu zemin ve yapı tabanı özelliği nedeni ile çoğu zaman istenen taşıma gücünden küçüktür.

• Mevcut temel ayrıntıları sonucu eklenen perde duvarın temeli yeterli boyutta olmayabilir:

• Perde duvarın temeli, perde duvarın kesme ve moment taşıma gücünden daha düşük taşıma gücünde olabilir.


• Bu durumda biri aşırı tarafta iki seçenek söz konusu olabilir:

• 1- Eklenen perdenin temeli hiç yoktur.

• Perde Temeli eğilme momenti taşımamaktadır.

• Temel yatay yükler altında yatay olarak ötelenmektedir. “Kayıcı temel”


• 2-Daha gerçekçi ikinci yaklaşım perde duvar temelinin “yay” mesnetli olarak modellemektir.

• Zeminin yatak katsayısı ve perde temel boyutuna bağlı olarak bir yay katsayısı hesaplanır.

• Şekil-10’da böyle bir yapının modeli verilmektedir. Bu yapı perde temeli dışında yukarıda Şekil-7, Şekil-8 ve Şekil-9’daki yapı ile aynı özelliklerdedir.

Kayıcı mesnetli perde duvarın yanındaki kolonlara gelen eğilme momentleri (ton-cm)

Kayıcı mesnetli perde duvarın yanındaki kolonlara gelen kesme kuvvetleri(ton)

“Yay” mesnetli perde duvarda kolonlara gelen kesme kuvvetleri (ton)

“Yay” mesnetli perde duvarda kolonlara gelen eğilme momentleri (ton-m)


Kolon Kolon Kesme

Momenti Kuvveti

Kayıcı perde 30.89 t-m 19.4 ton

Yay mesnetli 14.69 ton-m 9.6 ton

perde


• 3-4 katlı ve yüksekliğine göre büyük taban alanı olan yapılarda perde tabanında dönme yerine perdenin kesme kuvvetine karşı dayanımı daha önemlidir.

• Depremde perde tabanındaki dönmeye karşı koyan olumlu etmenler var:

• 1-Temelin üzerindeki toprak tabakası temele düşey yük uygular.

• 2-Temel bloğu ile çevresindeki toprak arasında yatay ve düşeyde sürtünme var.

• Temelin yukarı kalkması bir ölçüye kadar engellenir.


• 3-Zemin malzemelerinin özellikleri ve davranışı diğer başka yapı malzemeleri kadar iyi bilinmediği için zeminlerde üst yapıya göre daha büyük emniyet katsayıları kullanılmaktadır (Roeder-1996).

• Bu nedenle emniyet gerilmesinin aşılması hemen yıkıma yol açmaz

• Deprem yüklemesi 15-30 saniye süren

• Bu kısa süre içinde düşey gerilme > σz

(emniyet gerilmesi) büyük ve Emniyet Katsayısı < 3.0 az olabilir.

• Zemin bu çok kısa süre etkiyen geçici yükü deformasyon olmadan taşıyabilir


• 4-Betonarme temel çevresinde büyük miktarda ve zaman içinde oldukça sıkışmış bir zemin kütlesi var

• Bu kütle temele bir sargı görevi yapar

• temelde çatlak ya da kırılma olursa çevresindeki zemin temeli bir “bütün” olarak tutabilir (Roeder-1996)


• 5-Zemin az miktardaki elastik ötesi davranış

üst yapının elemanlarındaki elastik ötesi davranış (kiriş uçlarında plastik mafsallaşma başlangıcı gibi) gibi,

yapıya gelen deprem kuvvetlerinde azalmaya neden olabilir.


• 6-Geçmiş depremlerde genellikle çok az temel hasarı sonucu can kaybı gözlenmiştir.

• 7-17 Ağustos 1999 depreminde

• Temellerinde büyük dönme ve oturma olan yapılarda çok az üst yapı hasarı ve can kaybı olmuştur.

• Üst yapının yıkılması ile can kaybının olduğu yapıların çoğunda temel hasarı gözlenmemiştir (Bakır-2005).


• 8- zeminin, deprem süresi içinde, çok kısa süreli ve birkaç kez, elastik limit yükünün üzerinde yüklenmesinin yapı için zararlı olmayacağını gösteren çalışmalar (Roeder 1996) vardır.

• 9- Temelin bir bölümün kısa süreli olarak havaya kalkması bir tür “taban yalıtımı” etkisi yapmaktadır. Bunun sonucu yapıda bir miktar oturma olmaktadır. Zeminin doğrusal olmayan hareketi önemli miktarda deprem enerjisi tüketebilir.


• 10-Üst yapıda hasar yapan Zemin deprem birim ötelenmesi oldukça yüksektir: 0.005 (Trifunac ve Todorovska-1996) ).

• 11-Kayma dalgası (deprem dalgası) geçiş hızı 200 m/sn olan bir zeminde ( ABYBHY-2007’e göre III ncü sınıf zemin) 0.005 birim ötelenme olması için gereken deprem yer hızı

• 20000 cm/sn x 0.005 = 100 cm/sn


17 Ağustos ve 12 Kasım 1999 depremlerinde hesaplanmış yer hızı 100 cm/sn altındadır (Sinan Akkar ve Polat Gülkan-2002).

• Temellerde ciddi boyutta hasara yol açabilecek şiddette yer hareketi oluşması oldukça ender bir olaydır.


• Zeminlerin sönüm oranı, yapılar için varsayılan sönüm oranlarından çok daha büyüktür (Roeder-1996).

• Zeminlerde yük altında şekil değiştirme (oturma) çok uzun bir süre içinde oluşur.

• Deprem yükünü etki süresi ise çok kısadır 30-40 saniye gibi

•


• Sonuç yapıya eklenen perde duvar temeli zemini temsil eden“yay” modeli ile incelenmesi daha doğru.

• Temel taşıma gücünün eklenen perdede oluşacak en büyük momentten daha az olması önemli ve kritik bir sonuç yaratmayacaktır.

Yapı güçlendirmede “temellerin açılması”

• Yapıların yıkılmasını “temellere bağlama” yaklaşımı” doğru değil

• Zemin etüdü sıvılaşma olup olmayacağını belirler.

• Bunun için yapının temellerinin açılmasına gerek yoktur

• Mevcut yapı ağırlığı ile altındaki taneli zemini zaman içinde sıkıştırmıştır.

• Açık alanın zemin özelliklerinden hesaplanmış emniyet gerilmesi farklı olabilir.

Yapı değerlendirme aşamasında “temellerin açılması”

• Binada oturma varsa bunun üst yapıda belirtileri vardır.

• Üst yapıda hasar yapmayan oturma da olabilir.

• Oturma devam ediyorsa

• Oturma durmuş ise

• GÜÇLENDİRME PERDESİNİN altı temel yapmak için açılıp genişletilecektir.


• Üst yapı analizlerinde yapı zemine “ankastre” olarak modellenir.

• Temel “Yay” olarak modellenirse,temel ve zemin yapıya gelen deprem kuvvetleri küçülür


• Böyle bir durum ya da bu durumun yaygınlığı ancak bütün temellerin açılması ile tespit edilebilir.

• Bu tespitin yapılması çok zaman alır, yapının boşaltılması gerekir ve büyük bir bedeli vardır.

• Temeli kazıp tekrar doldurma ve uygulama aşamasında tekrar kazma yapının temellerine zarar verebilir.

• Ancak böyle bir durum güçlendirmenin uygulanması aşamasında ortaya çıkarsa projede değişiklik yapma olanağı vardır.


• Temellerin yanındaki zemin zaman içinde sıkışmıştır.

• Yaygın bir biçimde bütün temelin çevresinin açılması temellere zarar verebilir.

• Bodrumlu yapılarda temellere inen kazılar yapmak oldukça zor bir işlemdir.

Temeller için Nasıl bir sonuç?

• DBYBHY-2007

• Yapı değerlendirmede temeller dikkate alınmıyor?

• Eklenen perdenin taşıma gücü için gerekli temel boyutu ve perdedeki yük ve momentin zemine aktarıldığının gösterilmesi de istenmiyor?

Güçlendirme ve temeller

• Akkar, S., ve Gülkan, P. (2002) “A Critical Examination of Near-Field Accelerograms from Sea Of Marmara Region Earthquakes” BSSA, Vol. 92, No.1, February 2002, sayfa 428-447

• Bakır, S. (2005) “Yerel Zeminlerin Sismik Yapı Hasarına Etkileri Üzerine bir Değerlendirme: Adapazarı Örneği” İnşaat Mühendisleri Odası, Ankara Şubesi, Bülten, Kasım 2005, sayfa 8 – 13

• Roeder, Charles W. (1996) “The Role of Foundations in Seismic Retrofit” Earthquake Spectra, Volume 12, No., November 1996 sayfa 925-942

TEŞEKKÜR

• Bu seminer notlarının hazırlanması ve seminere destekleri nedeni ile ARTI Mimarlık, Mühendislik ve Müşavirlik Ltd. Şti. yöneticileri HALİME ŞENOL, MEHMET ŞENOL ve ABDULLAH İLLEEZ’e teşekkür edilir.

Malatya ve çevresinin deprem tehlikesi

Malatya deprem tehlikesi

depreme dayanikli yapi tasarimi, yapilarin deprem davraniŞi ve gÜÇlendİrme

Documents