Çok katli betonarme panel yapilarin yatay yÜk …

S.Ü. Müh.-Mim. Fak. Derg., c.22, s.4, 2007J. Fac.Eng.Arch. Selcuk Univ., v.22, n.4, 2007

ÇOK KATLI BETONARME PANEL YAPILARIN YATAY YÜK ALTINDA DAVRANI I: TEOR K VE DENEYSEL ARA TIRMA

Abdulkerim LGÜN1, Ergin ATIMTAY2

1Selçuk Üniversitesi, Mühendislik Mimarl k Fakültesi, aat Mühendisli i Bölümü, Konya2ODTÜ, Mühendislik Mimarl k Fakültesi, aat Mühendisli i Bölümü, Ankara

Makalenin Geli Tarihi:

ÖZET: Bu çal man n konusu, tünel kal p tekni i ile in aa edilen çok katl yap lar n deprem yüklerialt ndaki dayan m ve davran n ara lmas r. Bu amaçla, tünel kal p teknolojisi uygulanmyap lar n yatay elemanlar olan dö emeler ile dü ey elemanlar olan perdelerin birle imbölgelerinden olu an bir kesit modellenmi tir

Modellenen yap sistemi, Selçuk Üniversitesi, Mühendislik-Mimarl k Fakültesi, aatMühendisli i Bölümü Yap Laboratuar nda çelik profillerden imal edilmi yatay yük çerçevesindetersinir-tekrarlan r yük alt nda denenmi tir. Modeller üzerindeki tersinir-tekrarlan r yatay yükuygulamas ; perde ve dö eme boyutlar sabit olmak üzere, perdelerdeki donat miktarlar na aitparametreler de tirilerek 4. kat, 3. kat ve 2. katlardan uygulanm r.

Betonarme perdelerde yatay ve dü ey donat aral klar n etkisinin belirlenmesi için T PA; T PBve T PC olmak üzere üç çe it model üzerinde deneyler yap lm r. Numunelerde kullan lan donatdüzenine göre moment-e rilik, yük- ekil de tirme ve perde taban nda meydana gelen yük-deplasman grafikleri haz rlanm r. Bu de erler kendi içlerinde ve teorik ara rmadan elde edilensonuçlarla kar la lm r.

Ayr ca perde kesitinin, yerle tirilen donat lar n kopma an ndaki moment kapasiteleri deneyselve teorik olarak irdelenmi tir. Model perdelere yatay yük uygulamas s ras nda meydana gelençatlaklar incelenerek göçme türleri hakk nda görü ler ortaya ç kar lm r.

Anahtar kelimeler: Betonarme panel yap lar, perdeli yap lar, yatay yükleme davran .

ABSTRACT: The subject of this research is the study of the strength and behavior of multi-storybuildings constructed by the tunnel-framework technique subjected to earthquake excitations. Forthis purpose, a section composed of the connection regions of the structural walls which are thevertical members and the floors which are the lateral members of the buildings constructed by thetunnel-framework technology is modeled.

The modeled structural system has been tested under reverse-cyclic loading within a lateral loadtesting frame assembled from steel profiles at Selcuk University, Engineering-Architecture Faculty,Civil Engineering Department Structures Laboratory. The reversed-cyclic loading are applied on themodels at the 4th, 3rd and 2nd floor levels by varying the parameters belonging to the amount ofreinforcement and keeping the thickness of shear wall and slab constant.

In order to determine the effect of the spacing of vertical reinforcement in reinforced concreteshear walls, experiments have been carried out on three different models namely Type-A; Type-B andType-C. The diagrams of moment-curvature, load-deformation and load-displacement of the bottomof shear wall are plotted with respect to the reinforcement patterns used in the specimens. Thesevalues are compared with each other and with the results obtained from the theoretical study.

A. LGÜN, E. ATIMTAY12

Moreover, for the shear wall sections, the moment capacities of the embedded reinforcing bars atthe time of failure are discussed experimentally and theoretically. By inspecting the cracks of themodel shear walls occurred during the application of lateral force, some conclusions have been madeabout the failure modes.

Key words: Reinforcement panel structures, shear-walled structures, lateral loading behavior.

Son y llarda, Ülkemizde h zl nüfus artyan nda kentsel bölgelere göç sebebi ile konutaç giderek artm ve bu aç n kapat lmasbir mecburiyet haline gelmi tir. Ayn problembütün dünya ülkelerinde de ortaya ç km vebuna ba olarak yo un ekilde yüksekyap lara ihtiyaç duyulmaya ba lanm r.

Günümüzde yüksek yap lar, perdeli,perdeli-çerçeveli olarak projelendirilipuygulanmaktad r. Son y llarda Ülkemizdeyüksek yap uygulamalar n artmas , özelliklebu yap lar n projelendirilmesi ile ilgili çe itlisorunlar n ortaya ç kmas na yol açm r. Bunedenle ülkemizdeki uygulamalar h zla artanyüksek yap lar n yatay yüklere göreprojelendirilmesi de giderek daha çok önemkazanmaktad r. Bu toplu konutlar n birço u dayüksek yap olarak projelendirilip in aaedilmektedir. Bu konutlar n birço unda tünelkal p sistemi uygulanmakla birlikte, henüzDünyada da panel sistemle yap lan yüksekyap larla ilgili çal malar yeterli de ildir.

Tünel kal p sistemi ve perde çerçevekar ta sistemler, yüksek yap lardaçok yayg n olarak kullan lmaktad r. Ancak, buta sistemlerin deprem dayan kl henüztam olarak anla lm ve kesin çözümlerekavu turulmu de ildir.

Çal mam zda panel yüksek yap lar nyatay yüklere göre hesaplanmas , analitikmetotlarla da yap lm r. Ayr ca bir deneydüzene i olu turularak, panel yüksek yap lar nmodeli üzerinde test çal malar yap larak eldeedilen test sonuçlar ile analitik hesapmetotlar n sonuçlar kar la rmal olarakirdelenmi tir.

Günümüze kadar yap lan ara rmalar nsonucu olu an ”bilgi birikimi” ile deprembölgelerinde de çok yüksek betonarme yap largerçekle tirilmi tir. Bu yap lar

gerçekle tirilirken belirli kabuller,yakla kl klar ve tecrübe birikimi kullan lmve henüz tam aç kl a kavu mayanproblemlere “emniyetli” çözümler getirilmi tir.

Zaman içinde “emniyetli“ olarak yap lanbaz kabullerin hiç de emniyetli olmadanla lmakta, deprem geçirmi yüksekyap larda ise, hiç bilinmeyen yeni problemlerortaya ç kmaktad r. Yüksek yap lar n yo unolarak uygulanmaya ba land günümüzde,yüksek yap lar n bilimsel olarak ara lmasve henüz tam aç kl a kavu mayan noktalarabilimsel cevaplar n bulunmas son dereceönemlidir.

Amaç ve Kapsam

Bu çal man n konusu, tünel kal p tekni iile in aa edilen çok katl yap lar n depremyükleri alt ndaki dayan m ve davran nara lmas r. Tünel kal p teknolojisikullan larak in aa edilmi çok katl yap lar,Türkiye’de toplu konut alan nda standartuygulama haline gelmi durumdad r. Bunedenle çok say da insan n ya am devamettirdi i tünel kal pl yap lar n, yatay yükleralt ndaki davran n ve güvenli ininbilinmesi son derece önemli hale gelmi tir.Tünel kal p teknolojisi ile imal edilen çok katlyap lar n deprem güvenli i konusundakibelirsizlikler bu yap lar n, y yüksekolan olas bir deprem alt nda kabul edilemezölçüde hasar görmelerine yol açabilecektir. Bubüyük risklerin ara lmas ve gerekiyorsatedbirlerin al nmas bir zorunluluktur.

Bu çal man n amaçlar ;1. Tünel kal p sistemi ile in aa edilmiyap lar n, yatay yükler alt ndaki davran nbelirlenmesi,2. Bu yap larda, sistemin uyguland ekli ile,sak ncal ve e er varsa hatal yönlerinin ortaya

kar lmas ,

Çok Katl Betonarme Panel Yap lar n Yatay Yük Alt nda Davran : Teorik Ve Deneysel Ara rma 13

3. Tünel kal p uygulanan yap lar n, yatay yükta ma kapasitesinin art lmas ile ilgiliönerilerin ortaya konulmas ,4. Türkiye’de tünel kal pl çal ma sistemine“bilgi birikimi” kazand lmas ,5. Tünel kal p teknolojisi ile daha önce in aaedilmi yap lar n, ne tür bir yatay yük riskialt nda oldu unun ara larak, bu risklerekar al nmas gereken önlemler hakk ndagörü ve önerilerin ortaya konulmas ,olarak s ralanabilir.Model perdeler üzerinde yap lacakdeneylerden u sonuçlar n ç kar lmasbeklenmektedir;1. Kat seviyelerinde yatay dö eme pla ilerijitle tirilmi tünel kal p perdesi e ilmealt nda nas l bir çatlama davrangösterecektir?

a. Hesaplanm yatay yüklere maruzdö emeli perdede enerji tüketimi nas lolmaktad r?

b. K lma modu (e ilme ve/veya kesmeolarak) nas l gerçekle mektedir?

c. Süneklik özellikleri nas ld r?2. E ilme çatlaklar n derinli i, geni li inas l olacak ve bunlar yap n dayan ylaolu acak deplasman nas l etkileyecektir?3. E ik asal çekme çatlaklar olu acak m ?Olu ursa, nas l meydana gelecek, olu ançatlak, yukar katlara do ru ilerledi i zaman,kat aralar ndaki dö eme diyafram ndan nas lgeçecektir?4. Çatlayan perde duvarlarda stabiliteproblemleri olu acak m r?5. Tünel kal p teknolojisinin kullan ldyap larda hasar nas l meydana gelmektedir? Buhasar n kabul edilebilir ve tamir edilebilir

rlarda olu mas sa lanabilecek midir?6. Perde-dö eme birle im bölgelerindeolu abilecek hasar durumu tespit edilebilecekmidir?

MATERYAL VE METOT

Bu çal ma kapsam nda ölçe i 1/5 olan 8adet model perde sistemi, depremibenze tiren tersinir-tekrarlan r yatay yükalt nda test edilmi tir. Deney numuneleri,de ik parametreler dikkate al narak

daki gibi belirlenmi tir.

Donat düzenine göre T P A, T P B, T P Colmak üzere toplam 3 tip perde modeligeli tirilerek denenmi tir( lgün, A.).Deney Modelinin Geli tirilmesi

Deneylerde kullan lacak model perdeduvar, uygulamada dört katl ve tünel kal psistemi ile yap lm bir betonarme yap n 1/5oran nda küçülmesi suretiyle tasarlanm r.Model, tünel kal p sistemi ile yap lm biryap n sadece bir aks na ait olup, perdenintamam ile, perdeye saplanan katdö emelerinin (½) lik parçalar al narakdüzenlenmi tir ( ekil 1,2).

Üretilen model perdeye ait boyut vemalzeme özellikleri Tablo 1’de verilmi tir.

Deneylerde Yap lan Ölçümlerin TanPerdelerde göçme yüküne eri inceye

kadar yap lan yüklemelerin, her kademesindeperdenin önceden belirlenen farklyerlerindeki yatay ve dü ey deplasmanlar nölçülmesi için LVDT’ler kullan lm r.Perdenin mesnet bölgesinde, uçlar n birbirlerine göre yük/sehimleri haz rlanarakkar kl yüklemelerde, yük/sehimin kontrolyap lm r. Ayr ca perdelerin ön ve arkayüzlerinin temel k mlar nda da ölçümyap larak temelin deney esnas nda dü ey veyatay yönde deplasman kontrolü için ekil 3,moment e rilik grafiklerini haz rlamak içinise ekil 4 deki LVDT yerle imikullan lm r.

Deneyler, S.Ü. Müh. Mim. Fakültesi, aatMühendisli i Bölümü Yap Laboratuar ndabulunan 10 tonluk e ilme çerçevesinde yap lande ikliklerle elde edilen yatay yükçerçevesinde gerçekle tirilmi tir. Budeneylerde, yükleme i lemi yükün tatbikedilece i noktaya ba lanan ve elle kumandaedilen hidrolik kriko ile yap lm r. Yük,perdelerin kat seviyelerinde bulunan Load Cell(yük ölçer) vas tas yla perdeye aktar lm r.

Yükleme ba lad ktan sonra, belliaral klarla seçilen yük kademelerinde ölçülenbütün dü ey ve yatay deplasmanlar / sehimler,deney düzene ine ba lanm bulunan ve buamaçla haz rlanm bir programla çal anbilgisayar vas tas yla kay t alt na al nm r.Bu yükleme ileri ve geri eklinde uygulanarakdeprem yükü gibi de erlendirilmi tir.


Deney ModellerindeKullan lacak Kesit

20 20 20 20 20300 300 300300

500

BetonarmePerde

Radye Temel

275

275

275

275

1515

1515

60

BetonarmeDö eme

ekil 1. Tünel Kal p sistemi ile yap lan bir perdeli yap (ölçüler cm).Figure 1.

4 cm30 cm 30 cm

64 cm

100 cm

3 cm

3 cm

3 cm

3 cm

55 cm

55 cm

55 cm

55 cm

12 cm

ekil 2. Dizayn edilmi model perde.Figure 2.


Tablo 1. Üretilen model perdelere ait boyut ve malzeme özellikleri ( lgün, A.).Table 1.

BoyutlarDonat

Den

ey n

o

Tip Bet

on s

bw (c

m)

h (c

m)

d (c

m)

Hes

ap a

çkl

l (c

m)

Ölç

ülen

d (c

m)

Doz

aj (k

g/m

3 )E/

C

Tip

i

Don

atD

üzen

i

Ala

n (c

m2 )

Ora

n

fc (

kg/c

m2 )

E (k

g/cm

2 )Ec

=102

70.

fc+1

4000

0

n Es

/Ec

fct (

kg/c

m2 )

fy (

kg/c

m2 )

fsu

(kg/

cm2 )

1 PA

BS16

4 100 97 232 96.53500.60 BÇIV

(bk)

Q131/131(15*15) 1.37 0.0034 167 268682 7.45 16 4209 6474

2P

ABS1

64 100 97 232 96

3500.60

BÇIV(bk)

Q131/131(15*15) 1.37 0.0034 164 267447 7.48 14,5 4209 6424

3P

BBS1

64 100 97 232 97

3500.60

BÇIV(bk)

Q131/1317.5*15 2.74 0.0069 152 266617 7.50 16 4209 6424

4P

BBS1

64 100 97 174 96.5

3500.60

BÇIV(bk)BÇI

Q131/131(7.5*15) 2.74 0.0069 157 268682 7.45 15,5

42092350

64243520

5P

BBS1

64 100 97 174 96.5

3500.60

BÇIV(bk)BÇI

Q131/131(7.5*15) 2.74 0.0069 164 267447 7.48 13

42092350

64243520

6P

CBS1

64 100 97 116 97.5

3500.60

BÇIV(bk)BÇI

Q131/131(7.5*7.5) 4.74 0.012 155 267860 7.47 16,5

42092350

64243520

7 PC

BS16

4 100 97 116 973500.60 BÇIV

(bk) BÇI

Q131/1317.5*7.5

4 84.74 0.012 161 270312 7.40 14,6

42092350

64243520

8P

CBS1

64 100 97 116 97.5

3500.60

BÇIV(bk)BÇI

Q131/131(7.5*7.5)

4 84.74 0.012 171 268272 7.46 16,5

42092350

64243520

L6

L7

L2

L3

L8

L9

L10 L11 L12 L13

L14

L1

L4

L5

L6

L7

L2

L3

L8

L9

L10 L11 L12 L13

L14L4

L5

L1

L2L8

L9

L10 L11 L12 L13

L14

L1

a) 1.2.3. deneyler b) 4.5.6. deneyler c) 7.8. deneyler

ekil 3. Deneylerde yap lan deplasman ölçümleri ve LVDT yerle im yerleri.Figure 3.


Bu arada yükleme maksimum de erinekadar artt ld ktan sonra yük bo alt larakenerji de hesaplanm ve deneytamamlanm r.

ekil 4. Perde-temel birle im bölgesindeperdedeki birim deformasyon.

Figure 4.

DENEYLER VE ELEMANLARINTANITILMASI

Deney perde modeliDeneylerin tamam nda kullan lan perde

model ve boyutlar ekil 2’de görüldü ü gibi;kat yüksekli i 58 cm, dö eme kal nl 3 cm,perde geni li i 4 cm, temel derinli i 12 cm,dö emelerin sa ve sol kanat uzunluklar 30’arcm olarak toplam dört katl r. Bu de erlerpratikte kullan lan ölçülerin yakla k olarak1/5’ini temsil etmektedir.

1.2. ve 3. deneyde kesiti T P A, 4.5. ve 6.deneylerde T P B, 7. ve 8. deneylerde ise T P Cparametrelerine sahip deney numunesikullan lm r ( ekil 5).

Deney DüzeniDeney s ras nda hidrolik presle deney

eleman na uygulanan F yükü, perdenin 4., 3. ve2. kat seviyelerinde yerle tirilen, yatayda vedü eyde mafsall çelik profiller yard ylaperdeye aktar lm r.

Perdelere uygulanan F yükü, s rdanba layarak yava yava art lm ve göçmeolu umuna kadar tersinir-tekrarlan r yatayyüklemeye devam edilmi tir.

Kat seviyelerindeki yüklemenin etkisi ilemesnette (temel üzerinde) meydana gelenmaksimum moment,

M=F*Li (1)de erindedir. E ilme momenti yükünuyguland noktalarda s r de erindenba lamak üzere temele kadar do rusal olarakartacakt r, kesme kuvveti ise,

V=F (2)de erinde olup, mesnetlerden ba layarak

tekil yüklerin etkidi i noktaya kadar sabittirekil 6).

a) T P A deney elemanlar na ait donatdüzenleri.

b) T P B deney elemanlar na ait donatdüzenleri.


c) T P C deney elemanlar na ait donatdüzenleri.

ekil 5. Deneylerde kullan lan deneyelemanlar na ait donat düzenleri.

Figure 5.

DENEY DÜZENE VE ÖLÇÜM TEKN

Deney Düzene iHaz rlanan model perdelerin test

edilmesinde, Selçuk Üniversitesi Müh. Mim.Fakültesi, aat Mühendisli i Bölümü YapLaboratuar ’nda bulunan üç boyutlu rijit çelikçerçeve sistemi kullan lm r. Yükleme

çerçevesi, pompa ve yük hücresinden olu anyükleme düzene inin yatay ve dü ey yöndehareketini ve dönmesini s ra yak nde erlerde minimize edecek ve deneydekiölçmelere tesir etmeyecek mertebede olacakekilde rijit olarak tasarlanm r. Deneylerde

kullan lan yükleme çerçevesi Resim 1’degörülmektedir.

ekil 6. Deneylerde uygulanan yükleme ve kesit tesiri diyagramlar .Figure 6.

Li

F

F * LiM

F

V


Resim 1. Deney rijit çerçevesinin genel görünü ü.Picture 1.

Yük Ölçme Tekni iNumunelere hidrolik kriko yard yla

uygulanan çekme veya bas nç kuvveti yükhücresi kullan lmak suretiyle okunmu tur.Applied Measurements Limited markalngilterede imal edilen yük hücresi, tatbik

edilen yük durumunda bas nca maruzkalmakta ve bu surette ç ucundan belirli birgerilme vermek suretiyle çal maktad r. Yükhücresinin ç ucu data logger kutusuna ba

olup, yük hücresinden al nan gerilme datalogger kutusuna, oradan da bilgisayaraaktar lmaktad r. Bilgisayarda yük hücresindenokunan yük ekrandan da takipedilebilmektedir. Bu deneylerde 100 ve 200 kNkapasitedeki yük hücreleri kullan lm r.Deneylerde kullan lan yük hücreleri veba lant sistemi Resim 2 ve 3 ‘degörülmektedir.

Resim 2. Deneylerde kullan lan yük ölçüm düzene i.Picture 2.


Resim 3. Deneylerde kullan lan yükleme sistemi.Picture 3.

Yer De tirmelerin ÖlçülmesiDeney süresince deney elemanlar nda

meydana gelen yer de tirmeler ile boysalma ve uzamalar n ölçümleri, elektronik

LVDT ler kullan lmak suretiyle yap lm r.Tokyo Sokki Kenkyuijo Co. Ltd. markal Japonmal LVDT ler, merkez milinin ileri gerihareketi sonucu belirli bir gerilimüretmektedir. Kullan lan bu LVDT lersayesinde 0,01 mm hassasiyetinde okumayapmak mümkün olabilmektedir. LVDT lerin

uçlar data logger sistemineba lanmaktad r. Deneylerde 100 ve 200 mm likLVDT ler kullan lm r. Deneylerdekullan lan LVDT ler ve ba lant sistemi Resim4’de görülmektedir.

Perdenin mesnet bölgesinde, uçlar nbirbirlerine göre yük/sehimleri haz rlanarakkar kl yüklemelerde, yük/sehimin kontrolüyap lm r. Ayr ca perdelerin ön ve arkayüzlerinin temel k mlar nda da ölçüm

yap larak temelin deney esnas nda dü ey veyatay yönde de deplasman yap p yapmadkontrol edilmi tir.

Yük ve Yer De tirme Ölçümlerinin BilgisayarOrtam na Aktar lmas

Yük hücresi ve LVDT’ler den al nangerilmeler, ara ba lant elemanlar yard yladata logger’a iletilmektedir. Data loggersistemi, üzerinde yük hücresi ve LVDT’lerinba land 16 adet kanala sahiptir. Bu kanallarvas tas yla al nan gerilmeler, bilgisayar üzerineba lanm olan do ru ak m kart naaktar lmaktad r. lem gören kanallardanokunan bütün de erler, an nda bilgisayarakay t edildi i gibi deney an nda istenenkanallardan al nan okumalar grafik olarak daizlenebilmektedir. Bir deney süresince, istenenzaman s kl nda kay t almak mümkün oldu uiçin, deney süresince oldukça çok say daokuma yapmak mümkündür (Resim 5).


Resim 4. Deneylerde kullan lan yer de tirme ölçüm sistemleri.Picture 4.

Resim 5. Yük ve yer de tirme okumalar de erlendiren data logger sistemi.Picture 5.

Ölçmelerin De erlendirilmesiDeney s ras nda LVDT ve yük hücresinden

al nan okuma de erlerinden faydalanarakdeney numunelerinin davran özellikleri eldeedilmeye çal lm r. Bu amaçla, her bir deneyiçin, yük-deplasman ili kisi, moment-e rilikili kisi dayan m zarf , rijitlik azal vetüketilen enerji grafikleri çizdirilmi tir.

Yük-deplasman grafiklerinin çizdirilmesiYük-deplasman grafiklerinin çizdirilmesi

amac yla, deney s ras nda yük hücresindenokunan yük de erleri ile çerçeve üst kiri i

rl k merkezi seviyesindeki net deplasmande erleri elde edilmi tir. Net deplasmande erlerinin elde edilmesi için a daki i lemprosedürü izlenmi tir.

ekil 8’den görülece i gibi deneynumunesinin kat seviyesinde yapm oldu uyatay deplasman, kat seviyesindeki LVDT’denokunan L1 ve L14(Yük ölçer taraf nda), perdemesnetlerde olas yatay deplasmanlar, temelseviyesindeki LVDT’ lerden okunan L3, yine

temelde olas mesnet çökme ve kalkmade erleri ise temel üzerindeki LVTD’ler denokunan L8 ve L9 eklindedir. ekil 8’dekinotasyonlar kullan larak kat seviyesindeki netdeplasman;Kat seviyesinde okunan yatay deplasman

toplam=( L1 + L14 )/2 (3)Mesnetteki yatay deplasman

y= L3 (4)Mesnetteki dönmeden dolay olu an yataydeplasman

=( L8 + L9 )*H/90 (5)Net yatay deplasman de eri

net= toplam y

(6)eklinde hesaplanm r.

Tüketilen enerji grafiklerinin çizdirilmesiTersinir-tekrarlan r yatay yüke maruz

deney elemanlar , üzerine gelen enerjinin birsm deformasyona u rayarak

tüketmektedir. Tüketilen bu enerji, özellikle


deprem gibi dinamik yükleme durumu içinoldukça önemlidir. Bu çal mada da deneynumunelerinin tüketmi olduklar enerjide erleri elde edilmi tir. Fizik kurallar ndanda bilindi i gibi enerji yap lan i e, i isekuvvet ile kat edilen yolun çarp na e ittir.

ekil 7. Deneylerde kullan lan ölçümdüzene i.Figure 7.

3 3

9 0

L 8 L 9

y n e t

t o p l a m

H

ekil 8. Net yatay deplasmanlar nhesaplanmas (ölçüler cm’dir).

Figure 8.

Bu nedenle deney numunelerinin tüketmioldu u enerji, her çevrimde yük-deplasman

risinin kapam oldu u alana e ittir. Ancakher çevrimde elde edilen tüketilen enerjide erleri toplanarak toplam tüketilen enerjigrafi inin çizdirilmesi daha gerçekçi olacadü ünüldü ünden, her bir numune için bunagöre toplam tüketilen enerji grafi içizdirilmi tir. Bu amaçla ilk olarak, ileriyüklemede yük-deplasman e risinin alt ndakalan alan E1 hesaplanm r. Daha sonra geriyüklemede yük-deplasman e risinin alt ndakalan alan E2 hesaplanm ve bu çevrim içintoplam tüketilen enerji E1 ve E2 de erlerinintoplanmas suretiyle hesaplanm r (Köken,A.,). Bundan sonra her çevrim için elde edilentüketilen enerji de erleri toplanarak toplamtüketilen enerji de erleri hesaplanm r ( ekil9).

Moment- e rilik grafiklerinin çizdirilmesiHidrolik presle deney eleman na

uygulanan tersinir-tekrarlan r F yükü,perdenin 4., 3. ve 2. kat seviyelerindeyerle tirilen, yatayda ve dü eyde mafsall çelikprofiller yard yla perdeye aktar lm r.

Perdelere uygulanan F yükü, s rdanba layarak yava yava art lm ve göçmeolu umuna kadar yüklemeye devam edilmi tir.

Kat seviyelerindeki yüklemenin etkisi ilemesnette (temel üzerinde) meydana gelenmaksimum moment,

M=F*Li (7)de erindedir.Perde duvar n temelle birle im düzeyinin

üstüne, 10 cm aral kl paralel iki çizgi çizilerek,bu çizgilerin üzerine aral klar ekilde verilen8 adet çelik dü me ile 4 adet LVDTyerle tirilmi tir.

Deney eleman n 4. kat seviyesindentersinir yatay yük uygulanm r. Uygulananyatay yük ile yükün temel seviyesine olanmesafesi çarp larak e ilme momenthesaplanm r.

Sol taraftaki çelik dü meler aras ndaki 10cm aç kl k küçülürken (-), sa taraftakibüyümü (+) olarak ölçümler al nm r ( s).Ölçülen bu de erler çelik dü meler aras ndakimesafeye (s) bölmek suretiyle birimdeformasyon ( ) hesaplanm r.


=| s/s| (8)Ölçülen de erler tam donat üzerinde

olmad ndan, donat da meydana gelenuzamalar benzer üçgenler yard ilehesaplanm r.

Temel ile perdenin birle im bölgesindemeydana gelen e rilik ise;

Ø=| s1+ s2 | /x (9)(x= d) olarak hesaplanm r. Burada,

s1 ve s2 deney eleman n çekme vebas nç bölgesindeki uzamalard r.

Hesaplanan moment de erleri ile e rilikde erleri excell program kullan larak grafikhaline dönü türülmü tür.

Deplasman

F1

F2

1

2

Yatay Yük (kN)

Yatay

DeplasmanE2

F1

F2

1

2 Yatay

Yatay Yük (kN)

E1

ekil 9. Toplam tüketilen enerji de erlerininhesaplanmas .

Figure 9.

TEOR K MOMENT KAPAS TELER NHESAPLANMASI

Response 2000 program ile Perde AnaliziResponse 2000 betonarme basit kesitli

yap lar n malzeme özelliklerine göre, momentkapasitelerini, çatlama, kayma, kesme,moment-e rilik ili kilerini ve bunlara aitgrafikleri teorik olarak hesaplay psonuçland ran bir programd r. Bu programkullan larak çal man n deney modelleri T PA; T P B; T P C’ye ait teorik moment ta makapasiteleri ve moment-e rilik diyagramlarhaz rlanm r ( ekil 10,11,12).

Mom

ent (

kNm

)

rilik (rad/km)

0.0

6.0

12.0

18.0

24.0

30.0

36.0

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0

ekil 10. Response 2000’e göre T P A deneyeleman teorik moment-e rilik diyagram .

Figure 10.

Mom

ent (

kNm

)

rilik (rad/km)

0.0

20.0

40.0

60.0

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0

ekil 11. Response2000’e göre T P B deneyeleman teorik moment-e rilik diyagramlar .

Figure 11.

Mom

ent (

kNm

)

rilik (rad/km)

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0

ekil 12. Response2000’e göre T P C deneyeleman teorik moment-e rilik diyagramlar .

Figure 12.

ACI 318-71 Göre Teorik Moment KapasiteHesab


CARDENAS A.E.,ve di erleri (1973),yapt klar çal malar nda, ACI yap artnamesi(ACI 318-71) bölüm 11.6’de tart lan perdeduvarlar için özel artlara uygun 6 adet yüksekve 7 adet alçak perde üzerindeki deneysonuçlar sunmu lard r.

Deneysel çal mada perde duvarlarayatayda tersinir, dü eyde ise sabit yükuygulayarak sonuçlar n ACI yap artnamesi(ACI 318-71) bölüm 11.6’da tart lan perdeduvarlar ile ilgili k mlara uygunlu unugöstermi lerdir

Yapt klar deneysel çal malardan eldeettikleri perdelere ait moment ta makapasitelerini, nümerik olarak ifade edilendikdörtgen kesitli perdelerin moment ta makapasiteleri ile kar la rm lard r.

Bu çal mada da kullan lacak olan bunümerik ifade, denklem (10)’de verilmi tir.Mu=As.fy.lw.[(1+Nu/As.fy)(1/2- 1c/2.lw)-

c2/lw(1+ 2/3- 1)](10)

Denklem (10)’deki c de eri,c= lw(q+a)/2q+0,85. 1 (11)Denklem (11)’deki q de eri,q= As.fy / lw.h.fc’ (12)ve denklem (11)’deki a de eri,a= /87000 (13)olarak verilmi tir.

Çal mada kullan lan deneynumunelerinin teorik moment kapasiteleri,deney numunelerde kullan lan beton ve çelikmalzemelerinin deneysel dayan mlar dikkateal narak denklem (10)’a göre hesaplanm ,hesaplanan moment kapasiteleri Tablo 3’deverilmi tir. Deneysel moment ta makapasiteleri ile Response2000 program veCARDENAS A.E., ve di erleri (1973)’ göre eldeedilen teorik moment ta ma kapasiteleri debirlikte Tablo 2’de verilmi tir.

Tablo 2. Teorik ve deneysel moment ta ma kapasiteleri.Table 2.

As (mm2) fy

(kN/mm2)fc

(kN/mm2)Mu

(kNm)Mresponse 2000

(kNm)Mdeney

(kNm)

1.DENEY T P A 13.7 420.9 16.7 32.030 41.3 302.DENEY T P A 13.7 420.9 16.7 32.064 41.3 293.DENEY T P B 27.4 420.9 15.2 63.797 78.7 324.DENEY T P B 27.4 420.9 15.7 63.797 78.7 356.DENEY T P C 47.4 420.9 15.5 110.122 104 827.DENEY T P C 47.4 420.9 16.1 110.122 104 848.DENEY T P C 47.4 420.9 17.1 110.122 104 81

DENEY SONUÇLARININDE ERLEND LMES

Yap lan bu çal ma ile tersinir-tekrarlan ryatay yük alt ndaki betonarme panel (Tünelkal pl ) çok katl yap lar n modellerinin salt

ilme etkileri alt ndaki davran larincelenmi tir. Haz rlanan numunelerinlaboratuar ortam nda deneye tabi tutulmas ileelde edilen sonuçlar, donat çeli i ve betonüzerine geli tirilmi davran modellerininkullan lmas ile bulunan kuramsal sonuçlarlakar la lm r. Gerçekle tirilen bu çal maile var lan sonuçlar ve de erlendirmeler

da özetlenmi tir.

P A, T P B, ve T P C numunelerikullan larak gerçekle tirilen deneylerin birim

rilik sünekli i ve ekil de tirme sünekli idiyagramlar haz rlan rken teorik sonuçlarauygunlu u yak n olan deneyler seçilmi tir. T PA için 1. deney, T P B için 4. deney ve T P Ciçin 6. deney seçilerek haz rlanan sonuçlar

ekil 13-18)’de sunulmu tur.Ayr ca, T P A, T P B, ve T P C

numuneleriyle gerçekle tirilen deneylerinbirim e rilik sünekli i ve ekil de tirmesünekli i say sal sonuçlar Tablo 4 ve Tablo5’de verilmi tir.

Tablo 3. (ACI 318-71) ve Cardenas A.E., Hanson J.M., Corley W.G. ve Hognestad E.


(1973)’e göre teorik moment ta ma kapasiteleri.Table 3.

As (mm2) fy

(kN/mm2)fc

(kN/mm2)lw

(mm)h

(mm)Mu

(kNm)P A 13.7 420.9 16.7 1000 40 32.03P A 13.7 420.9 16.7 1000 40 32.06P B 27.4 420.9 15.2 1000 40 63.79P B 27.4 420.9 15.7 1000 40 63.79P C 47.4 420.9 15.5 1000 40 110.12P C 47.4 420.9 16.1 1000 40 110.12P C 47.4 420.9 17.1 1000 40 110.12

Tablo 4. Deneysel birim e rilik sünekli i sonuçlar .Table 4.

Mu

(kNm)My

(kNm)u

(rad/km)y

(rad/km) µ u y

TüketilenEnerji

(kNmm)P A (1. Deney) 30 -- 43 43 1 225P B (3. Deney) 35 -- 65 65 1 1100P C (6. Deney) 83 83 24 18 1.33 2000

Tablo 5. Deneysel ekil de tirme sünekli i sonuçlar .Table 5.

Nu

(kN) Ny

(kN)

u

(mm)y

(mm) µ u y

P A (6. Deney) 12 --- 25 25 1P B (3. Deney) 14 --- 45 45 1P C (6. Deney) 71 -- 89 65 1.37

ekil 13. T P A deneyi birim e rilik sünekli i(1.Deney).

Figure 13.


ekil 14. T P A deneyi ekil de tirmesünekli i (1.Deney).

Figure 14.

ekil 15. T P B deneyi birim e rilik sünekli iFigure 15.

ekil 16. T P B deneyi ekil de tirmesünekli i.Figure 16.

ekil 17. T P C deneyi birim e rilik sünekl i.Figure 17.

-80-70-60-50-40-30-20-10

01020304050607080

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 10 2030 40 5060 70 8090 100

Deplasman (mm)

Yük

(kN

)ekil 18. T P C deneyi ekil de tirme

sünekli i.Figure 18.

Moment Ta ma KapasiteleriP A, T P B ve T P C modelleri üzerinde

yap lan deneysel moment ta ma kapasitelerive ayn özelliklere sahip modellerin teorikmoment ta ma kapasitelerini içeren de erlerTablo 3’de verilmi tir. T P A, T P Bdeneylerinde donat akmadan koptu undan,deneysel de erler teorik de erlerle uygunlukgöstermemi tir. T P C deneyinde ise, yinedonat akmadan bas nç bölgesinde donatburkulmas sonucu beton ezilmesiolu tu undan deneysel de erler teorikde erlerle uygunluk göstermemi tir.

ekil De tirme ve Birim E rilik Sünekli iDeneysel çal man n de kenleri olarak

dü ünülen farkl dü ey ve yatay gövdedonat n etkileri üzerinde yap lan inceleme,perde uç bölgelerinde kullan lan boyunadonat miktar ve cinsinin dayan m ve sünekliküzerinde azda olsa etkili oldu u göstermi tir.

P A ve T P B deneylerinde, betonunçatlamas yla donat kopmu tur. Dolay ylanumunelerde öteleme sünekli i olu mam r.

=y

u =1<4 (gerekli)

Öteleme sünekli i, ba ar deprem enerjisitüketimi için olmas istenilen =4 de erindençok küçüktür.

Fuc


P C numunesi üzerinde yap lan deneydeise; beton çatlad ktan sonra donat akmadanbas nç bölgesinde donat burkulmas ndandolay beton ezildi inden deneye sonverilmi tir. Azda olsa , süneklik olu mu tur.

y= 65 mmu= 89 mm

=y

u =6589

=1.37<4 (gerekli)

Öteleme sünekli i, ba ar deprem enerjisitüketimi için olmas istenilen =4 de erindençok küçüktür.

P A ve T P B deneylerinde, betonunçatlamas yla donat kopmu tur. Dolay ylanumunelerde e rilik sünekli i olu mam r.

P C numunesi üzerinde yap lan deneydeise; beton çatlad ktan sonra donat akmadanbas nç bölgesinde donat burkulmas ndandolay beton ezildi inden deneye sonverilmi tir. Azda olsa ,e rilik sünekli iolu mu tur.

=1.33 < 12-15 (gerekli)rilik sünekli i, ba ar deprem enerjisi

tüketimi için olmas istenilen =12-15de erinden çok küçüktür.

Enerji Tüketimi KapasiteleriYük–Deplasman e rilerinden elde edilen

enerji de erleri kar la larak enerji yutmakapasiteleri, faydal yüksekli e göredüzeltilmi tüketilen enerji kapasiteleri veyutulan enerji miktarlar hesaplanm r. Enerjitablosu incelendi inde T P C modelperdelerinde enerji yutma kapasitelerinindi er model perdelere göre daha çok enerjitüketti i ancak onunda yetersiz oldu ugözlenmi tir.

Perde Uç Donat lar n Moment Ta ma veEnerji Yutma Kapasitelerine Katk

Perde duvarlar n uç bölgelerindekullan lan boyuna donat miktarlar ndakiart n, dayan m art ndan daha yüksekoldu u, ba ka bir deyi le ula lan yükseviyelerindeki art n donat miktar ndakiart kadar olmad anla lm r. Bu durumortaya ç kan büyük süneklik kay plar dahesaba kat ld nda, duvar n dayanartt rmak için boyuna donat miktar n

artt lmas n do ru bir yakla m olmadgöstermektedir.

Davran a li kin SonuçlarDeneye tabi tutulan model perde

elemanlar , basit e ilme etkisindeki betonarmebir elemandan beklenen davran göstermi tir.Normal beton ve Q131/131 has r çeli ikullan lan T P A ve T P B modellerinindeneylerinin sonucunda az say da çatlakolu tu u, ancak çatlak geni liklerinin büyükoldu u görülmü tür. Yeni Depremyönetmeli inde tavsiye edilen perde uçbölgelerinde donat n art lmas ylageli tirilen T P C modelinde ise; çatlaksay lar artt ve çatlaklar n k lcal olarak 2.,3. katlara kadar yükseldi i görülmü tür. Bu isenumunede az da olsa enerji tüketimininba lad n göstergesidir.

Bütün model perdelerde denge alt donatyerle tirilmesinden dolay meydana gelen

lmalar n tamam nda çekme k lmas naula lmad ndan, bütün k lmalar e ilmedendolay meydana gelmi tir. Denenen tümelemanlar n moment e rilik ili kileriincelendi inde, donat oranlar nyönetmeliklerdeki s flamalara benzer olarakkonmas sonucunda bile tüm deneyelemanlar n oldukça yetersiz davran largösterdi i gözlenmi tir

Gerek yük-deplasman e rilerinden vegerekse moment-e rilik ili kilerindengörülece i gibi model perdelerin e ilmealt ndaki ta ma kapasitesine ve akma yüküneula mas nda, beton bas nç dayan n vebeton kalitesinin etkisinin çok az oldu u,belirleyici faktörün donat miktar ve kalitesioldu u gözlenmi tir.

SONUÇ VE ÖNER LER

SonuçlarÇok katl betonarme panel yap lar n yatay

yük alt ndaki davran : teorik ve deneyselara rma konulu çal mada a dakisonuçlara ula lm r. Ancak, belirli say dayap lan analitik ve deneysel çal malar ngetirdi i k tlamalar n ula lan sonuçlar ngeçerlili ini etkiledi i de unutulmamal r.


1. Do al Periyodu küçük (T < 0.2 saniye) tünelkal p binalarda, beton çatlamas ndan önceolu an elastik deprem kuvvetleri, betonçatlamas ndan sonra büyüme e ilimigöstermektedir. Normal olarak, mühendisçebeklentiler bunun tam tersi yönündedir. Budavran , deprem etkisi alt nda betonçatlamas n olu mas ndan sonra, tünel kal pyap çökme riski ile kar kar ya

rakmaktad r. Bu riskten ancak büyüksüneklik ile kurtulunabilir.2. Deney elemanlar n kesitleri içingeli tirilen bilgisayar program ile elde edilenyük–deplasman, moment-e rilik ili kilerinden,yukar da bahsedilen sünekli in olmadanla lmaktad r.3. Yük-deplasman, moment-e rilikili kilerinden çok ilginç bir gözlemeula lmaktad r. Momente maruz perdekesitinde beton çatlar çatlamaz, betonun çekmeile ta iç kuvvetler bo almakta ve boyunadonat ya aktar lmaktad r. Ancak, boyunadonat yüzdesi çok küçük oldu undan,betonunun çatlamas na tekabül eden momentde erine ula lmamaktad r.4. T PA, T PB ve T PC deney numunelerinde;

1u

y

MM

olmaktad r. Bu çok gevrek bir k lma türününaretidir.

5. T P A ve T P B deney elemanlar nda betonçatlar çatlamaz donat kopmu ve süneklikolu mam r.6. T P C deney elemanlar nda ise, az da olsaenerji yutma meydana gelmi tir. Ancak tersiniryükleme sonucu kesitte plastik mafsalla magerçekle medi inden yeterli süneklikolu mam r.

Deprem güvenli olmas istenen birpanel yap da (tünel kal pl ) bu “kabuledilemez” bir durumdur.7. Piyasada has r donat ile üretilen perdeler(T PA) ile boyuna gövde donat n iki kat na

kar lmas ile elde edilen yeni model (T P B)nin davran lar n özde oldu u görülmü tür.

Öneriler

Tünel kal p model perdeler üzerindeyap lan analitik ve deneysel çal malar nsonuçlar ndan ve bunlar nde erlendirilmesinden a daki önerilerolu turulmu tur.1. De ik parametrelere sahip olarak imaledilen (tünel kal p) model perdeleri üzerindeYatay Yük–Moment–E rilik çal malaryap lmal r. Bu çal mada, ideal boyunadonat yüzdesi, donat n kesit içerisindekida , çelik cinsi, uç bölgelerinolu turulmas ve donat lmas , eksenel yükdüzeyi, uç bölgelerin sarg donat , betonkalitesi (çekme dayan için) gibiparametrelerin etkinli i iyice aç kl akavu turulmal r.2. De ik parametrelere sahip tünel kal pdeney numuneleri üzerinde laboratuarara lmalar na devam edilmelidir.3. Piyasada mevcut durumlar ile, has rdonat n dayan m ve süneklik ara rmalarplanlanmal r. De ik üretim merkezlerindeüretilen ve de ik kalite olabilen has rdonat n minimum, maksimum ve ortalamadayan m-süneklik-kopma özellikleri iyiceaç a ç kar lmal r. Punto kayna n has rdonat n dayan ve süneklik özelliklerinine ölçüde etkiledi i ara lmal r.4. Uygulanm mevcut tünel kal p binalar ndeprem alt nda nas l davranacaklarara lmal r. Bireysel perdelere gelendeprem etkileri alt nda perde duvarlar nçatlay p çatlamayaca ara lmal r. Buçal malar, mevcut tünel kal p binalar n riskfaktörünün ortaya ç karmas aç ndan oldukçaönemli olacakt r.5. Mevcut tünel kal p binalar, e er çatlama veçökme riski alt nda iseler, nas lgüçlendirilebilirler? Bu soruya cevapverebilecek ara rmalar planlamal r.6. E ilme momentinin ve kesme kuvvetininmaksimum oldu u perde temel bölgesindedonat n, akmadan burkulmas engellemekiçin, yatay donat aral klar na dikkatedilmelidir.8. Perde ba bölgelerinde mutlaka sünekli ifazla olan yumu ak donat kullan lmal r.

KAYNAKLAR


LGÜN, A., (2003) , Çok Katl Betonarme Panel Yap lar n Yatay Yük Alt nda Davran :Teorik VeDeneysel Ara rma, Doktora Tezi, S.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya

KÖKEN, A., (2003) , Tersinir-Tekrarlan r Yatay Yükleme Alt ndaki Çok Katl Ve Çok Aç kl kl DolguDuvarl Çelik Çerçevelerin Davran n Teorik Ve Deneysel Olarak ncelenmesi, DoktoraTezi, S.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya

CARDENAS, A.E., HANSON, J.M., CORLEY, W.G., AND HOGNESTAD, E., (1973), DesignProvisions for Shear Walls, Journal of the American Concrete Institute, No. 3, Proceedings,Bölüm 70, No. 3, .sayfa 221-230.

http://www.ecf.utoronto.ca/~bentz/download.htm

http://www.ecf.utoronto.ca/~bentz/download.htm

Çok katli betonarme panel yapilarin yatay yÜk …

Documents