Depremlerin yıkıcı etkileri, sismik kuvvetlere dayanabilecek sağlam bina tasarımlarına duyulan kritik ihtiyacı vurgulamaktadır. Betonarme yapılar, modern inşaatlarda yaygın olmasına rağmen, bir deprem sırasında ortaya çıkan öngörülemeyen yanal kuvvetlere direnmek için genellikle ek güçlendirme gerektirir. Bu makalede, betonarme binaların depreme karşı dayanıklılığını artırmaya yönelik en etkili yöntem ve teknikler incelenerek, sismik açıdan aktif bölgelerde hem bina sakinlerinin güvenliği hem de altyapının uzun ömürlü olması sağlanacaktır.
1. Deprem Güvenliği ve Yapısal Güçlendirme Stratejilerine Giriş
Depremler tarih boyunca yıkıcı doğal güçlerden biri olmuştur. Bu yer sarsıntısı olayları, diğer doğal güçlerin aksine, öngörülemezdir ve bu olayların başarısızlığı felaketle sonuçlanabilir. Depreme dayanacak şekilde kötü tasarlanmış binalar ve yapılar, altyapı gelişimindeki kayıpların yanı sıra insan hayatının kaybına da neden olmaktadır. Deprem olayları, binalar ve yapılar üzerinde kuvvetlere neden olan sert, hızlı yer salınımlarıdır. Bu kuvvetler bir binanın farklı bölümlerine farklı zaman aralıklarında etki eder. Bir binanın en üst kısmı yer ivmelerini zemin kattan daha geç yaşar ve bu nedenle farklı bir atalet kuvvetleri kümesine maruz kalır. Bu farklı kuvvetler bina yapıları üzerinde yanal kuvvetlere neden olur. Betonarme bina yapıları, betonun varlığı nedeniyle genellikle düşey yönde güçlüdür, ancak inşaatta yer alan malzemelerin doğası nedeniyle yanal yönlerde zayıftırlar. Bu durum, aşırı yanal yer değiştirmeye, kesme kuvvetlerine ve burulmaya neden olarak hasarla sonuçlanır.
Betonarme bina yapıları 2 ve 3 yöne ayrılabilir. Bu sistemlerin her birinin depreme karşı koymada kendi güçlü ve zayıf yönleri vardır. Güçlendirilmiş sistemlerin çoğu, daha fazla betonarme duvara sahip sistemlerin depreme karşı daha iyi olduğu efsanesine inanmaktadır; ancak bu gerçeklerden uzaktır. Aksine, güçlendirilmiş bir sistemde optimum sayıda betonarme duvar bulunmalıdır. Zayıf mimari yapılandırma nedeniyle, bazı güçlendirilmiş sistemler deprem sırasında kötü performans göstermektedir. Deprem direncine katılan birden fazla sistem türüne sahip olmak faydalıdır. Bu, sistem fazlalığıyla ilgilenir ve özellikle periyodik olarak hafife alınan depremlerin yaygın olduğu ancak bunların felakete yol açtığına dair nadir kayıtların bulunduğu gelişmekte olan ülkelerde insan hayatının daha fazla güvenliğini sağlar.
Bu teknolojik ilerleme çağında, deprem araştırması için uygun kaynaklar eksiktir; bu da riski artırmaktadır. Neyse ki ya da ne yazık ki, teknolojik ilerleme araçları mimarlar, inşaatçılar ve tasarımcılar tarafından bina yapılarının depreme dayanıklılık parametrelerinin varsayılan olarak belirlenmesinde kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu sistemlere genellikle ya hiç öncelik verilmemekte ya da düşük öncelik verilmektedir. Birkaç sınırlı unsur kullanılıyor, ancak bunlar çok verimsiz kullanılıyor. Bu durum böyle olmamalıdır. Doğanın intikamcı eylemlerine karşı önlem almak için bu yapıların performansının kapsamlı bir analizi yapılmalıdır. Bununla birlikte, bu durum özellikle, bir bina yapısının bu eylemler altında depreme dayanıklı olarak kabul edilmesi için uygun bilimsel tasarım parametrelerinin yapılması durumunda, gelecekte bu tür kuvvetlere karşı koyma kabiliyetlerini veya kabiliyetsizliklerini değerlendirmek için hem çıplak çerçeve hem de güçlendirilmiş yapıların kapsamlı, tercihen mekanik analizinin gerekliliğine işaret etmektedir.
2. Depremleri Anlamak
İnsanlar binalarda yaşadıkları sürece, dünyanın her yerinde, evlerinin sallandığını ve sarsıldığını, bazen hayatlarından endişe edecek kadar şiddetli bir şekilde hissetmişlerdir. Bu ani sarsıntıların, belki de binlerce mil ötedeki Dünya'nın kendi içindeki hareketlerden kaynaklandığı artık gösterilmiştir. Bu nadir ama büyük hareketlerin her biri, patlayan bir bombanın neden olduğu gibi Dünya'ya yayılan feci bir şok dalgası yaratabilir. Depremler, diğer doğal afetlerden daha fazla can kaybına neden oldukları için yüzlerce yıldır insanlara korku salmaktadır.
Dünya katı bir dış kabuk veya kabuk, yoğun bir sıvı iç kısım ve katı bir demir çekirdekten oluşur. Hem dış kabuğun hem de iç sıvı katmanların, Dünya yüzeyi boyunca kayabilen veya hareket edebilen bir dizi sert plakadan oluştuğu düşünülmektedir. Bu hareketli levhalar sürtünme sonucu aniden sıkışabilir. Levhaları bir araya getirmeye çalışan tektonik güçler, onları sürekli olarak kenarlarından bükülmeye zorlamaktadır. Bu bükülme, sert bir telin sonunda kopana kadar dönüp durması gibi muazzam miktarda enerji biriktirir. Büyük bir şok ortaya çıkar ve biz bunu deprem olarak biliriz. Açığa çıkan enerjilerin çoğu yerkabuğu boyunca dalgalar halinde ilerleyebilir.
İki tür sismik dalga tanınabilir: Dünya'nın yüzeyinde hareket edenler ve içinde hareket edenler. İlk tür genellikle çok daha yıkıcıdır. Deprem dalgaları iki formdan birine sahip olabilir: akışkan dalgalar veya elastik dalgalar. Yerkabuğunun ve yeryüzünün üst katmanlarının gerilime maruz kaldıklarında elastik katılar gibi davrandıkları düşünüldüğünden, ilgi yeryüzündeki ani mekanik yer değiştirmelerin neden olabileceği elastik dalgaların incelenmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Katı ve sıvılar boyunca ilerleyen sıkıştırma veya P dalgaları ve sadece katılar boyunca iletilebilen kesme dalgaları veya S dalgaları vardır.
Sıkıştırma gerilimine maruz kalan kayalar, uygulanan gerilim belirli bir sınırı aşmadığı sürece elastik olarak deforme olurlar. Gevrek kayalar bu sınıra ulaşılana kadar elastik olarak deforme olurlar. Gerilme sınırı aştığında ani bir kopma meydana gelir. Bununla birlikte, bir deprem kopması anlık olarak tamamlanmaz. Kırılma bir noktada başlar ve Dünya yüzeyi boyunca yayılır. Kırılma tarafından üretilen elastik dalgalar zeminin sallanmasına neden olur.
2.1. Depremlerin Nedenleri
Depremler yeryüzünün aniden sarsılmasıdır ve insanlar, binalar ve doğa üzerinde çeşitli etkileri vardır. Herkes depremlerin nedenlerini merak eder. İnsanlar nasıl öfkeleniyorsa, Dünya da öfkeleniyor ve depremler bu öfkenin bir sonucu. Depremleri önleyebilecek bir sistem ya da cihaz yoktur ancak depremin yarattığı sarsıntılara karşı koyabilecek yapılar geliştirmek mümkündür.
Depremler çeşitli faktörlerden kaynaklanabilir. Başlıca nedenlerden biri kayaların aniden kırılması ve bunun sonucunda yerkabuğunu sarsan gerilim dalgaları ve sismik dalgaların ortaya çıkmasıdır. Pasifik Levhası, Amerikan Levhasına göre kuzeye doğru hareket ederek kayalarda stres ve gerilime neden olur. Ortaya çıkan gerilim kayaların elastik sınırını aştığında, kayalar aniden kırılır, sismik dalgalar şeklinde enerji açığa çıkarır, yüzeyde sarsıntıya ve depreme yol açar. Volkanik depremler olarak bilinen diğer deprem türleri, yeraltı magma rezervuarlarının çökmesi nedeniyle meydana gelir. Pasifik çevresi kuşağı, levha tektoniği nedeniyle birçok volkanik sistem ve derin okyanus çukurları ile deprem aktivitesi açısından zengindir.
Tektonik depremlere ek olarak, madencilik, taş ocakçılığı veya nükleer patlamalar gibi insan kaynaklı faaliyetler nedeniyle de depremler meydana gelebilir. Bu patlamalar gerilim dalgaları üretir ve bu dalgaların hızı azaldıkça yüzey dalgaları gelişerek bir sarsıntı etkisi yaratabilir. Birincil dalgada ve yüzey dalgasında bulunan enerji sarsıntının yoğunluğunu belirler ve bu enerji gezegenin kabuğunda dağılarak sarsıntıların azalmasına ve nihayetinde sarsıntının sona ermesine yol açar.
2.2. Yapılar Üzerindeki Etkiler
Binalar ve büyük yapılar genellikle depremlerden kaynaklanan yıkıcı güçlere maruz kalmakta, zemindeki titreşimlerin hafiften felakete kadar değişen etkilerini hissetmektedir. Büyük bir yapı için, etkinin her yönü büyütülür ve bu nedenle, depremin yıkıcı etkilerine karşı korumak için daha fazla dikkat gösterilmelidir. Yer sarsıntısı nedeniyle oluşan bu titreşimler, sismik dalga olarak adlandırılan, yer yüzeyine paralel dalga benzeri bir şekilde hareket eder. Bu dalgaların hızı, katmanın türüne, yani topraktaki yüzey dalgası hızına ve ayrıca malzemelerin özelliklerine bağlıdır. Bu özellikler arasında yoğunluk, sertlik ve viskozite yer alır ve bu özellikler malzemenin deforme olma ve dayanma kabiliyetini tanımlar. Depremlerin özellikleri veya binalar üzerindeki etkileri anlaşılmadan bina veya yapı tasarımında başarısızlık yaşanması muhtemeldir. Bina inşaatı alanında bir tasarım mühendisi olarak, bu hususların bilinmesi bir projenin güvenliği ve ekonomisi için gereklidir. Yıkıcı deprem titreşimlerinin etkisi altındaki yapıların ekonomik ve uygulanabilir tasarımı için çeşitli tasarım yöntemleri önerilmiştir.
Depremin etkisi, yer sarsıntısı titreşimlerinin yapının kütlesine, rijitliğine ve konfigürasyonuna aktarılmasıdır. Yapının tasarımı, titreşimlere karşı kırılganlık derecesini belirler. Etkinin büyüklüğü binanın kütlesine, kat sayısına, yüksekliğine ve rijitliğine bağlıdır. Az katlı, yüksek kesme rijitliğine sahip, yanal destekli binalar en kırılgan olanlardır. Daha fazla sayıda kata sahip binalarda, katların göreceli deformasyonu binanın yüksekliğine kıyasla büyüktür. Bu binalar daha küçük kayma rijitliğine sahiptir ve moment dirençli çerçeveler olarak tasarlandıklarında en iyi sonucu verirler. Temel zaman periyodu, sismik kuvvetlere karşı kırılganlığını araştırmak için önemli bir parametredir. Temel zaman periyodu, bir serbest titreşim döngüsünü tamamlamak için geçen süredir ve uygun çivilemeye göre, salınım davranışlarını tasvir etmek için sertlik sağlanmalıdır. Zeminin doğal zaman periyodundan daha düşük periyotlar yanal kuvvetleri büyütecektir.
Depremler, nadiren hissedilen 1 büyüklüğündeki bir depremden 7 büyüklüğünden daha büyük depremlere kadar Richter ölçeğine göre belirlenen bir büyüklüğe sahiptir. Yerin doğrudan sarsılması binaların sallanmasına neden olabilir ve her türlü sismik algılamaya sahip insanların çoğunluğu tarafından hissedilen etkidir. Her tür binanın temel bir titreşim periyodu vardır ve eğer yer sarsıntısının periyodu binanın periyoduyla eşleşirse ya da ona yakınsa, güçlendirici etki binanın sallanmasını büyütür. Bu büyütme etkisi, perde duvarlar veya moment dirençli çerçeveler gibi ilave yanal kuvvet dirençli sistemlere olan ihtiyacı belirler. Bir binadaki sallanma miktarı, doğrudan yüksekliğe ve ağırlık miktarına bağlı olduğu gibi, harekete karşı ne kadar direnç olduğuna da bağlıdır ve bu da binanın sallanma davranışını etkiler. Bu, sertlik-ağırlık oranıyla anlaşılır: daha ağır bir yapı, kullanılan hacim ve malzeme başına daha hafif bir yapıdan daha fazla yanal kuvveti atacaktır.
3. Betonarme Yapılarda Deprem Dayanımının Önemi
Depremler, uygun güvenlik önlemleri alınmadığı takdirde büyük ölçekli yıkımlara yol açan doğal bir felakettir. Depremler temel olarak can kaybına, mal kaybına, altyapının bozulmasına ve diğer öngörülemeyen koşullara neden olma potansiyeline sahiptir. Depremin etkilerini azaltmak için binaların, özellikle de betonarme yapıların depreme dayanıklı olacak şekilde tasarlanması gerekmektedir.
Depremin bir yapı üzerindeki etkisi, yapının inşa edildiği arazinin jeofiziğine göre değişmektedir. Depremin neden olduğu yıkımın büyüklüğünü etkileyen faktörler arasında arazinin topografyası, arazinin jeolojisi, merkeze olan uzaklık, enerji yoğunluğu, titreşim dalgaları, frekans ve yapının yüksekliği yer almaktadır. Betonarme yapılar rijit ve ağırdır, bu nedenle yaşadıkları hasar çoğunlukla deformasyondan kaynaklanır. Sonuç olarak, inşaat güvenliği söz konusu olduğunda, betonarmeden yapılmış tüm yapıların deprem kuvvetlerine karşı koyacak şekilde tasarlanması gerekir.
Betonarme yapılar temel olarak kirişler, kolonlar, döşemeler, duvarlar ve diğer elemanlardan oluşur. Betonarme inşaatın kabul edilebilir bir seviyede tutulup tutulmayacağına tasarım aşamasında karar verilir. İnşaat tasarımı sırasında bir gereklilik olarak ya tasarım çizelgeleri ya da yazılım kullanılmalıdır. Tasarım çizelgeleri tasarımlar için rehberimizdir. Saha koşullarında belirli bina konfigürasyonları için bazı yazılım paketleri tarafından uygulanmalı ve/veya doğrulanmalıdır. Kodlara uygunluğu kanıtlanmış bina tasarım paketleri, yapıların benzersiz üyeleri için özel tasarım paketleridir. Yukarıda bahsedilen tüm paketler yanal yüklemeyi gerekli şekilde dikkate almak zorundadır.
4. Depremlere Karşı Yapısal Hassasiyetin Değerlendirilmesi
Depremler yapılar için kaçınılmaz bir risk oluşturur. Yapıların hasar görebilirliğinin sismik rehabilitasyon tasarımının bir parçası olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. Depremlerin değerlendirilmesi, yer hareketinin durum-uzay alanında temsil edilmesini gerektirir. Hareket geliştirme denklemlerinin temeli, kütle merkezinde yer değiştirme olan bir sistemin koordinatları olarak kabul edilir. Sismik bozuklukları temsil etmek için, bir yapının kütle merkezi civarında bir deprem yer hareketi göz önünde bulundurulur. Formüle edilen diferansiyel denklemler durum-uzay formunda temsil edilebilir. Bu hareket denklemleri, modeldeki her bir kütlenin öteleme hareketini tanımlar. Yapıların kütle dağılım koşullarının tahmini, yapıların dinamik parametrelerini, yanal titreşim frekanslarını ve her katın kütle merkezlerinin değerlerini dikkate alır. Yapıların genişliği ve yüksekliği ve bir yapının kütle merkezinin düzeni dikkate alınır. Yaklaşık hareket belirleme denklemleri temelinde, dört küresel depremin erişilebilirliğini değerlendirmek için durum-uzay gösterimi kullanılmaktadır. Zaman aralıkları, dönemin başlangıcından itibaren erişilebilen küresel depremlerin oluşma ordinatları kullanılarak hesaplanmıştır. Zaman paradigmalarını oluşturmak için sonlu farklar yöntemi uygulanmıştır. Yapı hasar görebilirliğinin incelenmesinde kullanılmak üzere bu konumlardaki yer ivmeleri üzerinde durulmuştur. Yapıların en çok deforme olan katlarını incelemek için kütle merkezi katlarının göreceli yer değiştirmeleri gösterilmektedir. İnceleme operatörleri, kütle merkezi katının yer değiştirmelerinin analitik dizilerini dikkate alarak beşinci katın maksimum yanal yer değiştirmelerini ve titreşim şeklini tanımlamaktadır. Yapıların deforme olmuş konumları, her ikinci kat dikdörtgen bir şema olarak uygulanarak gösterilmiştir. Yapıların deforme olmuş şeması, bina yapısı yanal desteklerinin tasarım eğilimlerini belirleyebilir.
5. Betonarme Yapılar için Güçlendirme Teknikleri
Betonarme (RC) elemanların yük taşıma kapasitesini artırmak için güçlendirme teknikleri kullanılmaktadır. Betonarme elemanlar, donatı korozyonu, çatlaklar, dökülme ve yük taşıma kapasitesinin azalmasına yol açan diğer birçok olay nedeniyle bozulma yaşayabilir. İnşaattan sonra yükün arttığı yapılarda, yük taşıma kapasitesindeki artışa izin vermek için güçlendirme yöntemleri gerekli olabilir. Depremler de yapısal hasara yol açabilir ve bu da güçlendirme yöntemlerinin gerekli olabileceği bir başka senaryodur. Güçlendirme yöntemleri dahili veya harici yöntemler olarak sınıflandırılabilir. Dahili yöntemler, beton karışımının priz almasından önce betonun içine ilave malzemelerin yerleştirilmesini gerektirir. Bu yöntemler, inşaat aşamasında güçlendirilmesi gereken betonarme elemanlar için uygundur. Harici güçlendirme yöntemleri, güçlendirme yönteminde kullanılan malzemelerin yapı üzerindeki eylemleri koruyup korumadığına, artırıp artırmadığına veya dengeleyip dengelemediğine bağlı olarak pasif, aktif veya hibrit olarak kategorize edilebilir. Harici yöntemler ayrıca çelik, polimerler, fiber takviyeli polimerler, yüzeye yakın monte edilmiş takviye ve diğer kompozit malzemeler gibi güçlendirme için kullanılan malzemelere göre de sınıflandırılabilir. Harici güçlendirme yöntemleri yapıya harici malzemelerin uygulanmasını içerir. İki yaygın yöntem, harici elyaf takviyeli polimer sistemlerinin eklenmesi ve çelik plaka yapıştırılmasıdır. Elyaf takviyeli polimer sistemleri ile güçlendirme, betonarme yapıların kapasitesini yükseltmek için yenilikçi ve etkili bir tekniktir. Elyaf takviyeli polimer sistemleri, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, montaj kolaylığı, kimyasal saldırı ve korozyona karşı direnç ve mükemmel yorulma davranışı ile karakterize edilir. Elyaf takviyeli polimerler sistemi reçine, elyaflar ve levha veya lamine kesitler şeklinde kullanılan malzemeden oluşur. Çelik levha yapıştırmada, çelik levhalar betonarme eğilme elemanlarının çekme veya basma yüzeylerine yapıştırıcı ile yapıştırılır. Ancak bu teknik, yapıların korozyona karşı hassasiyetini etkileyebilir ve ayrıca dikkatli bir yerleştirme gerektirir. İç güçlendirme teknikleri, ek takviye yerleştirilmesine izin vermek için betonun yıkılmasını içerebilir. Çekme gerilmeleri yaşayan elemanlar için beton elemanın bölümleri çıkarılabilir ve ilave takviye çubukları yerleştirilebilir veya harici tendonlar ard-germe yapılabilir. Mevcut donatı daha yüksek mukavemetli tendonlarla da değiştirilebilir. Bu yöntemlerin uygulanması pahalı ve zordur ve yapının inşası için gereklidir. Kesme güçlendirme teknikleri, çelik takviye plakalarının veya çubuklarının beton kesitin yüzeyine epoksi ile yapıştırılmasını içerebilir. Kesme bağının değiştirilmesi durumunda, kesme bağının seçimi yıkılacak yapı hizmetteyken yapılmalıdır.
5.1. Dış Güçlendirme Yöntemleri
Dış güçlendirme kesinlikle en yaygın kullanılan tekniktir. Mevcut bir yapıya harici malzemelerin eklenmesini içerir, böylece yük taşıma kapasitesini, sünekliği ve kusur onarımını artırır. Tasarımlarda birçok malzeme türü denenmiş olsa da, fiber takviyeli polimer kompozitlerin en etkili olduğu kanıtlanmıştır.
Elyaf Takviyeli Polimer Kompozitler
Fiberglas takviyeli plastikler çelikle karşılaştırıldığında daha az sert, pasif ve hafiftir. Aslında yoğunlukları çeliğin yaklaşık üçte biri kadardır. Bir kez monte edildikten sonra, hizmet ömrü boyunca hiçbir ağırlık yapmazlar. Ayrıca, harici bir güçlendirme tekniği olarak çeliğe uygun şekilde yapıştırılabilirler. Beton yapılar üzerinde yapılan birkaç parametrik çalışma, bu yeni sistemin geleneksel olana kıyasla maliyet avantajları açısından uygulanabilir, verimli ve hatta devrim niteliğinde olduğunu göstermiştir. Temel olarak, FRP kompozitler üç farklı unsurdan oluşan bir malzeme grubudur: bir elyaf, bir polimerik reçine ve bazı dolgu maddeleri. Ortaya çıkan bu kompozit, uzayda yeni bir malzeme gibi davranır. Elyaf dokusu kompozite pozitif bir çekme ağırlığı verdiğinden, yüksek çekme mukavemetine ve düşük sünekliğe sahiptir. Bunun yanı sıra, kompozitin davranışını da etkileyen matris, bir tutkal görevi gören, elyafları dış etkenlere karşı koruyan ve sürtünmeyi artıran polimerik reçinedir. Elyaflar polimerikler, epoksiler, akrilikler, termoplastikler veya fenoliklerle birleştirilebilir.
Gömülü FRP ile Beton Takviye Onarımları
Bu sistem, içinde bazı takviyeli polimerlerin bulunduğu beton katmanlarının eklenmesini gerektirir. Bu takviye, beton kürlendikten sonra gerilerek yerleştirilir ve bu yeni hacmin sıkıştırılarak çalışmasına neden olur. Lamine polimerler gerilimi, beton ise sıkıştırmayı üstlendiğinden, her iki malzeme birlikte çalışarak mükemmel bir yapısal çözüm sağlar. Kirişlerin alt bölgelerindeki pasif takviye ile birleştiğinde yük taşıma kapasitesi önemli ölçüde artar. Bu sistemin bir avantajı da kullanımdaki yapıyla birlikte kullanılabilmesidir. Genellikle, yeni onarım hacminin çevresi genişletilmiş metal ile sınırlandırılır ve bu onarım alanlarına gömme seçeneği için kendiliğinden yayılan bir karışım enjekte edilir. Herhangi bir hacmi yıkmadan harici seçenekte, eğilme elemanlarında çift dış donatı tabakası düşünülür.
Yapıştırılmış Çelik Levha Donatısı
Yüksek dirençli çelikten yapılmış plakalar, kolonların veya kirişlerin yüzeyine tamamen veya kısmen tutturulur. Plaka ve beton arasındaki bağ epoksi reçine kullanılarak elde edilir. Bu sistemler son on yılda yoğun bir şekilde incelenmiş ve birçok sistem geliştirilmiştir. En iyi uygulama şekli, konstrüktif sirkülasyon, plakların ağırlığı, iş üzerindeki faaliyetler ve yükleme türleri gibi hususları dikkate almalıdır. Şimdiye kadar, tamamlanan analizlerden sonra ortaya çıkan bazı çelişkili sonuçlara rağmen, maliyet/fayda açısından, en iyi müdahale seçeneği türü ve yeri hala tartışılmaktadır.
Kompozit Malzemeler ve CFRP-FRP ile Onarım
Uygun olmayan yapısal kırılganlığa sahip 60'lı yılların betonarme okul binaları, ilk güçlendirme sezonunda kompozit malzemelerin patchwork yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Cam elyaf takviyeli polimer ve beton matrisinden oluşan kompozitler, azaltılmış enstrümantasyon için uygulanmıştır. Bundan sonra, yapıya etki eden yüklerdeki değişiklikler ve bunların sonuçları, izleme, arıza mekanizmaları modelleri ve kompozit bağ için yükleme gerilme alanı hesaplama bilgisayar yöntemleri kullanılarak değerlendirilmelidir.
5.2. İç Güçlendirme Yöntemleri
Bu çalışma, depremlerin en tehlikeli ve hasar verici doğal felaketlerden biri olması nedeniyle, depreme dayanıklılık için betonarme yapılarda bina güçlendirme teknikleri ve en etkili yöntemler üzerine bir çalışma sunmaktadır. Bu tür sismik faaliyetler sırasında binaların ve yapıların çökmesini önlemek için çeşitli yöntemler vardır, bunlardan dış ve iç güçlendirme teknikleri tartışılmaktadır. İç güçlendirme yöntemleri çelik plakaların kullanımı, donatı ilavesi ve boşluklu kaldırma, boşluklu kesitler ve perde duvarlar gibi özel beton şekillendirme teknikleri olarak alt kategorilere ayrılır. Çelik plakalar enine ve boyuna mukavemet ve rijitlik artışı sağlarken, ayrı olarak tasarlanmış donatı ilavesi elemanların sünekliğini artırmakta, boşluklu kaldırma ve kesit teknikleri ise eğilme ve kesme kuvvetlerine karşı genel direnci iyileştirmektedir.
- Çelik Plakaların Kullanımı
Betonarme kesitler, ilave yükler veya zayıf yapısal tasarım nedeniyle birleşik eğilme ve kesme altında mukavemet ve sertlik açısından genellikle yetersizdir. Bu kesitlerin birçoğu, çelik plakaların yüzeylerine yapışkan reçinelerle yapıştırılmasıyla güçlendirilebilir. Modifikasyon türleri arasında boylamasına veya enlemesine yapıştırılmış plakaların eklenmesi yer alır. Boyuna yapıştırma moment kapasitesini güçlendirirken, enine yapıştırma mukavemette daha büyük bir artışla sertliği geliştirir. Betonarme kirişlerde dıştan yapıştırılmış çelik plakaların değerlendirilmesi, deneylerden sonra genel mukavemet ve yük kapasiteleri üzerinde faydalı bir etki göstermiştir.
- Donatı İlavesi
Basınç takviyeli çerçevelerdeki takviye, çekme ve basma için dikkatlice tasarlanmış takviye yoluyla elemanların sünekliğini artırmak amacıyla genellikle kolonlara eklenir. Ekstra süneklik, serbest menteşe bağlantıları için zincirlerle bükülmüş gelişmiş çelik şekillerle de elde edilebilir ve kiriş-kolon birleşimlerindeki kesitlerde plastik menteşelerin başlamasını önler. Yetersiz güçlendirilmiş kirişlerde erken yerel burkulmayı önlemek için kolon yüzeylerine yakın kirişlerin genellikle mukavemet ve süneklik açısından artırılması gerekir.
Düz döşemelerde ve kolon bağlantılı döşemelerde zımbalama kesmesine karşı kapasiteyi artırmak için gergili donatılı döşemelere ekstra donatı da eklenebilir.
- Şekil Değiştirme Teknikleri
Köprü ve çatı inşaatlarında özel olarak şekillendirilmiş beton kiriş ve taşıyıcıların büyük eğilme kuvvetleri ve momentleri taşıması, malzeme tüketimini azaltması ve yanlış ve zayıf donatı tasarımları nedeniyle açıklıklardaki negatif momentlere karşı kapsamlı direnç sağlaması amaçlanmaktadır. Bu tür kiriş kesitleri, içi boş kesitler veya içi boş kaldırma kesitinin içindeki perde duvarlar ile güçlendirilebilir, böylece iç yapıların arızalanması önlenir ve sismik faaliyetlere karşı yeterli bir tepki sağlanır.
6. Güçlendirme için Kullanılan Malzemeler
Mevcut yapıların sismik açıdan güçlendirilmesi sorunu, mevcut olasılıksal ve deterministik standartlara göre ihtiyaç duyulan güçlendirme dayanımını tanımlayan benzersiz bir yaklaşım açısından incelenmektedir. Farklı depremsellik seviyelerinde yapıların sismik performansının değerlendirilmesine yönelik Hint kod hükümlerine ve şu anda Hindistan'da hem araştırılmakta hem de kullanılmakta olan güçlendirme tekniklerine özel önem verilmektedir. Farklı güçlendirme sistemlerinin etkinliği, mevcut yapıların depreme karşı ömrünü artırma potansiyellerini göstermek için basitleştirilmiş analiz teknikleriyle incelenmiştir. Daha ileri araştırmalar için önerilerde de bulunulmaktadır. Bu, tehlikenin proje sahasının konumu ile tanımlandığı yeni yapıların tasarımından temelde farklıdır. Mevcut bir yapı için, aksi yönde bir kanıt olmadıkça, geçmişte istenen bir performans seviyesi için inşa edildiği varsayılmalıdır, bu da mevcut binaların sismik analizini doğası gereği geriye dönük hale getirmektedir. Mevcut yapılar, uygun olmayan tehlike, uygun olmayan performans seviyesi, yetersiz güvenilirlik veya uygun olmayan tasarım kodu gibi bir dizi benzersiz sorun için aday olarak görülebilir. Tüm bu sorunlar güçlendirme yoluyla değerlendirilebilir ve bu da tasarlanan yapıların güvenliğinin artmasıyla sonuçlanır. Binaları sismik etkilere karşı güçlendirmek veya iyileştirmek için dünya çapında çeşitli teknikler kullanılmaktadır ve bunlar dış kütle ve rijitlik artışları, temel iyileştirmeleri, yapısal bağlantı modifikasyonları, izolasyon sistemleri, enerji dağıtma cihazları, harici aktif kontrol sistemleri ve pasif güçlendirme teknikleri olarak sınıflandırılabilir. Bunların birçoğu Hindistan'da uygulanmıştır. Özellikle ilgi çekici olan, sıkı güvenlik ve miras koruma kriterleri altında yakın zamanda gerçekleştirilen güçlendirme projesidir. Yeni proje ile mevcut tekniklerin ve tasarım uygulamalarının iyileştirilmesi ve daha da geliştirilmesi beklenmektedir. Pasif güçlendirme tekniklerinin daha da geliştirilmesi halen devam etmektedir. Yığma binalar söz konusu olduğunda, olası sahte burulma etkilerini azaltmak amacıyla çelik plakaların kullanılması veya yatay bağların panel veya montajı için kullanılması muhtemeldir. Analiz, yerleşik geometrik ve malzeme doğrusal olmayanlığı ile gerinim tabanlı bir yöntem kullanılarak gerçekleştirilebilir.
6.1. Elyaf Takviyeli Polimerler (FRP)
Elyaf Takviyeli Polimerler (FRP), önemli mekanik özellikler geliştirmek için cam veya karbon gibi elyaflarla güçlendirilmiş bir polimer matrisinden oluşan kompozit yapıya sahip yenilikçi malzemelerdir. 1980'lerde FRP kompozitler, yaşlanan altyapıyı güçlendirmek için inşaat mühendisliği uygulamalarına uyarlanmıştır. Günümüzde FRP'ler, sünek olmayan malzemeler kullanarak sünekliklerini arttırmayı amaçlayan ard germeli köprülerde, duvar kemerlerinde ve diğer birçok yapıda yaygın olarak kullanılmaktadır. Betonarme yapılarda, FRP'ler tipik olarak bir epoksi yapıştırıcı kullanılarak beton yüzeye yapıştırılmış laminatlar veya tabakalar şeklinde harici olarak kullanılır. Çoğu uygulama, eğilmede yüklenen bir beton prizma ile harici olarak bağlanmış gerilim takviyesini içerir. Pasif ve korozif olmayan FRP kompozitleri, yetersiz inşaat demiri hapsi ile mevcut yapıların eğilme kapasitesini arttırmak için harici olarak uygulanır. Çatlamayı kontrol etmek ve yapının eğilme veya kesme mukavemetini arttırmak için tasarlanmıştır. Çekme donatı oranı, servis yükü çatlamasının ilerlemesinde hesaba katılmalıdır. Sonlu elemanlar yöntemi, karmaşık yükleme veya basit mesnetli kirişler altında benzer tipolojiye ve temele sahip bir dizi çerçeveyi analiz edebilir. Basınç donatısı miktarı, eksenel etkiye direnen kapalı veya kapalı olmayan beton ve eksantriklik derecesi de hesaplanabilir. Mevcut deneysel doğrulama seviyesi, gerekli deneysel sonuçlar üzerinde tek bir modelin hesaplanmasına indirgenebilir. Ayrıca, yapısal onarımın etkinliğini değerlendirmek için yenilikçi cihazlar tasarlanmıştır. Analitik hesaplamalarla yapının mukavemet ve sünekliğinin hasara rağmen tamamen eski haline getirilebileceği doğrulanmıştır. Güçlendirme tekniklerinin, zayıf malzeme ve teknolojilerle inşa edilen yapıların sismik performansının artırılmasındaki önemli katkısı göz ardı edilemez. Birçok yeni ve yenilikçi malzeme arasında, Fiber Takviyeli Polimerler (FRP) kompozitler, mevcut betonarme yapıların güçlendirilmesi ve rehabilitasyonu için kıyaslanamayacak kadar etkili bir malzeme olarak ortaya çıkmaktadır. Yukarıdaki hedefe ulaşmak için, yapısal güvenilirlik teorisine dayanan kompozit geliştirme metodolojisinin gerekliliği ana hatlarıyla belirtilmiştir. FRP malzeme belirsizliklerinin değerlendirilmesini ve bunların en etkili kompozit tasarım üzerindeki etkilerini içerir. FRP malzeme belirsizlikleri vurgulanacak ve ilk adım olarak modellenecektir. Bu malzemelerdeki belirsizliği dikkate alan tasarım metodolojilerinin geliştirilmesi, etkinliklerini ve sürdürülebilirliklerini sağlamak için gerekli olacaktır.
6.2. Çelik Plakalar ve Çubuklar
Çelik levha yapıştırma, kirişin istenen çekme dayanımına ulaşması için çekme yüzeyine çimento bazlı bir yapıştırıcı ile yapıştırılmış bir çelik levhanın kullanıldığı bir tür güçlendirme yöntemidir. Çimento bazlı yapıştırıcı, çelik plakaları çekme kuvvetine ulaşana kadar yapıştırabilir çünkü çelik plakalar betona göre çok daha yüksek elastik modül değerlerine sahiptir.
Üç tip yapıştırma yöntemi vardır: epoksi reçine, sülfürlü çimento ve çimento harcı. Çelik levhanın gömülme uzunluğu, beton mukavemetinden ve çelik levha ile beton yüzey arasındaki ara yüzün bağlanma mukavemetinden etkilenir. Bununla birlikte, çevresel faktörler ve diğer hususlar kirişin yapıştırma etkinliğini etkileyebilir. Çelik plaka yapıştırma yöntemlerinin performansını ve başarısızlık modlarını etkileyen parametreler arasında beton sınıfı, beton kirişlerdeki basınç yükü, destek durumu, çelik plakanın yapıştırılmış uzunluğu ve çelik plakanın altındaki beton kaplamanın kalınlığı yer alır. Çelik plakalar rijittir ve çoğunlukla kirişin alt yüzeyinde olmak üzere düz çekme yüzeylerine bir yapıştırıcı aracılığıyla yapıştırılır. Kirişlerin yapım aşamasında birden fazla parametre mevcut olduğundan her bir parametre birlikte değerlendirilmelidir. En etkili parametreyi belirlemek için basit ve anlaşılır bir yöntem, özellikle kapsamlı analizin sınırlı olduğu şantiyeler için gereklidir. Çelik levhanın yapışma uzunluğu gibi parametreler, kirişlerin yapımında kolayca ayarlanabildiği için ayrıntılı olarak ele alınmalıdır. Ayrıca, daha az kritik bir parametrenin etkilerini düzeltmek veya sınırlamak için bir çözüm bulmak da faydalıdır.
Parametre aralığını belirlemek için, çeşitli çevre sıcaklıklarında kuru koşullar ve doymuş koşullar da dahil olmak üzere üç tipik beton köprü incelenmiştir. Çelik levha yapıştırmanın, diğer yöntemlere kıyasla maliyet etkinliği ve inşaat avantajları nedeniyle betonarme yapıyı güçlendirmek için daha popüler bir yöntem olması beklenmektedir. İnşaat aşamasında kirişlerin çeşitli durumları nedeniyle, inşaat aşamasında olası sorunları önlemek için önceden değerlendirme yapılması gerekmektedir.
7. Güçlendirme Projeleri Vaka Çalışmaları
Vaka 1'de çerçeveye çelik takviyelerin eklendiği güçlendirilmiş yapı. Vaka, bina yapısının kritik parçası olarak kiriş-kolon birleşimlerine odaklanmıştır. Takviye çubuklarını tutan braketler, takviyeler eklenirken birbirlerine bağlanmıştır. Bu yapının temel amacı, bağlantıyı iyileştirmek ve sismik etkiler altında yapının sünekliğini artırmaktır. Kiriş-kolon birleşimlerinin davranışının tasarımda etkili bir şekilde dikkate alınması ve bunlara önem verilmesi sünekliği ve stabiliteyi artırabilir. 3D sonlu eleman modellemesinde, betonarmenin geometrisi ve özellikleri düzeltilmiştir. Yapıya uygulanan yükler uygun şekilde tahsis edilmiştir. İstenilen güçlendirilmiş kiriş-kolon birleşim modelleri başlangıç yapısında ilgili yerlerinde kullanılmıştır. Genel olarak modellere otomatik mesh üretimi uygulandı. Geniş yüzeyli döşemelerde birleşim çubuğu çerçeveye bağlanmıştır. Döşeme kuvvetlerini modele aktarmak için destekli kesme kovası ve Z-kesit modelleri kullanıldı. 3 boyutlu sonlu eleman yapı modellerinde sıcaklık ve büzülme dikkate alınarak tekil genleşme derzi tahsis edilmiştir. Zemin-temel-yapı etkileşimi temel zemin rijitliği kategorisinde dikkate alınmıştır. Sismik etki için zaman-tarih analizi seçilmiştir. Yapı, çarpıcı girdilere maruz kaldığında maksimum yer değiştirmeler ve dönmeler yaşamaktadır. Girdi, ya yapısal kısımda ya da rijitlikte hasara neden olmuştur. Hasar kanıtlarına dayanarak, bir veya birden fazla hasar türü dahil edilebilir. Yapısal durumla daha fazla ilişkili oldukları için bazı türlerin diğerlerine göre daha baskın olduğunu belirtmek gerekir. Her bir yapı için global hasar faktörleri analize bağlıdır. Performansı güvence altına almak için önemli bir mali enjeksiyona ihtiyaç duyan çeşitli yapıların iyileştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Açıklama, önceki yumuşak açıklıklar ve sert etkilerin sonucu olarak beklenmektedir. Sadece bir yumuşak açıklığa sahip olan yapıların, o zamandan beri meydana gelen tüm olaylardan önce inşa edilmiş olması doğal kabul edilmektedir. Güçlendirmeden sonra, tüm yapılar sert sismik girdiye maruz kalmış ve böylece hangi iyileştirmelerin yapılması gerektiği belirlenmiştir. Buna ek olarak, doğal olayların kaynağının anlaşılmasına dayalı olarak dünya çapındaki olayların yakınsaması talep edilmektedir; gelişmeler öngörülebilir. Esasen, bu sadece bilgi havuzu aracılığıyla gerçekleşebilir. Dünya çapındaki kalıcı olayların ölümcül sonuçları olabileceğinden, havuz oluşturmanın mali ve siyasi açıdan tavsiye edilebilirliği muhtemelen ihmal edilebilir olacaktır. Bu olayların kaynağının önceden anlaşılması ve bilinmesi talihsizliği büyük ölçüde azaltacaktır. Dikkate alınan tipik vaka çalışmaları (güçlendirme öncesi ve sonrası), farklı tasarım ilkelerine, coğrafyaya, kullanımlara veya başka herhangi bir faktöre sahip aynı yapı tiplerinin çok farklı hasarlara maruz kalabileceğini veya hatta tamamen zarar görmeden hayatta kalabileceğini göstermektedir. Söz konusu binalar üzerindeki güçlendirme projelerinin tamamlanması, dünya çapında herhangi bir inşaat türündeki binaların korunması için güvenilirliği artırmaya yönelik deneyim ve metodolojileri zenginleştirmiştir.
7.1. Öncesi ve Sonrası Karşılaştırması
Elde edilen veriler, 8 katlı betonarme çerçeveli bir binanın güçlendirme öncesi ve sonrası yapısal kapasitesinin her bir güçlendirme düzenlemesi için karşılaştırılmasına olanak tanımaktadır. İlgilenilen en önemli parametreler, deprem hasar sınıflandırması açısından her iki binanın yapısal tepkisini tahmin edecek olan katlar arası ötelenme değerleridir. Deprem şiddetine göre her bir binanın hasarını değerlendirmek için gerekli olan katlar arası ötelenme sınırları, dikkate alınan maksimum büyüklükteki bir olay (MCE) altında yapıların hafif hasarından çökme hasarına kadar bir ölçeği temsil etmektedir. Bu katlar arası ötelenme, MRF plastik menteşelerinin akmasını ve BRB ve PC MG destekleme düzenlemelerindeki sınırlayıcı destek kablolarının açıklığını belirlemede birincil faktördür. Güçlendirmeden sonra diğer ilgili yapısal parametreler, binalara dahil edilen enerji dağıtma sistemlerinden ve bunların kullanımına ilişkin koşullardan kaynaklanan her bir düzenlemenin sönümleme derecesidir.
Tasarım depreminin etkileri altında güçlendirme öncesi ve sonrası 8 katlı çerçeve yapının özelliklerinin -katlar arası ötelenme ve hasar sınıflandırması- bir özeti aşağıda sunulmuştur. Çerçeve yapı 8 katlı binada önemli hasar tahmini vardır. Zaman geçmişi analizi ivme tepki spektrumu ile çalıştırılırsa, çerçeve yapı binası için D4 hasar seviyesi ile sınır durum hasarları meydana gelir. Hasar seviyesi MCE'ye yükseltilirse nihai limit durum göçmesi meydana gelir. Güçlendirme öncesi ve sonrası karşılaştırması ile ilgili olarak, perde destekli güçlendirilmiş yapısal düzenleme uygulanmıştır. Güçlendirme sonrası yapısal düzenleme için aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir: çapraz açıklıkları, çapraz açıklığındaki limit durum hasarlarının derecesi, çapraz kablosunun açıklığı, tutucu sistemlerin açıklığı. T=475 yıllık geri dönüş periyoduna sahip olayla ilgili olarak, güçlendirilmemiş bir çerçeve yapı için beklenen 0.25g ± %5'lik tasarım pik ivmesi altında hafif ila orta derecede hasar meydana gelmiştir. Güçlendirme öncesi ve sonrası karşılaştırıldığında, güçlendirme sonrası düzenlemeler sınır durum hasarlarının hafif ila orta seviyelerde tutulmasında etkili bir rehberlik göstermiştir.
8. Güçlendirme Tekniklerinin Deneysel Testleri
Yapısal ve yapısal olmayan beton elemanlar için en yaygın olarak kullanılan güçlendirme tekniklerini doğrulamak ve analiz etmek amacıyla, bu bölümde birkaç tipik deneysel test sunulacaktır. Basitlik açısından, beton elemanlar için en etkili güçlendirme tekniklerini ve yöntemlerini hedefleyen sadece birkaç test seçilmiş ve ayrıntılı olarak modellenmiştir. Bu temel testler, konunun daha geniş bir yelpazesini araştırmak için farklı parametrelerle genişletilebilir.
Tüm testler modelleme yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Bu yazılım, çok sayıda yapısal ve yapısal olmayan eleman türünün analizi için uygun, gelişmiş doğrusal olmayan malzemelere sahip bir 3D modelleme platformu sağlar. Bu bölümün bir parçası olarak, FEM modelleme yazılımına kısa bir giriş yapılmıştır.
Temel analizler, güçlendirme tasarımı için bir değerlendirme değerlendirmesinden geçen mevcut 7 katlı bir konut binasını incelemektedir. Yapı, yerinde dökülmüş kolon, kiriş ve döşemelerden oluşmaktadır. Güçlendirme tasarımı müdahalesinden önce ve sonra yapının deprem yükü altında nasıl tepki verdiğini analiz etmek için testler yapılmaktadır.
Yapının kapasitesinin yetersiz olduğu değerlendirildikten sonra, tasarım ekibi olası güçlendirme yöntemleri hakkında sorgulanır. Hangi yöntemin en uygun çözüm olduğunu değerlendirmek için üç seçenek modellenir ve analiz edilir: çelik çaprazların kullanılması, kolonların dışına boylamasına çelik levha yapıştırılması ve kolonların dıştan sarılması. Her bir seçenek için, modelleme varsayımlarının ve sonuçlarının ayrıntılı bir açıklaması belirtilecektir.
İlk deneysel test, kolonların rijitliğini sarma yoluyla artırmak için basit bir güçlendirme tasarımına yapının nasıl tepki verdiğini göstermektedir. Betonun doğrusal olmayan modellemesi, beton hasarlı plastisite malzeme modeli ile gerçekleştirilmiştir. Bu model malzemenin hem çekme hem de basma durumlarını kapsamaktadır. Deneysel testten önce bu modelin ayrıntılı bir açıklaması verilmiştir.
9. Güçlendirme Tekniklerindeki Zorluklar ve Sınırlamalar
Mevcut betonarme yapıların şiddetli sismik olaylara karşı güçlendirilmesi veya iyileştirilmesi birçok yapı mühendisi için önemli bir araştırma alanı haline gelmiştir. Geçmiş yıllarda benimsenen tasarım uygulamalarındaki bazı eksiklikler tespit edilmiş ve çeşitli güçlendirme yaklaşımları araştırılmış ve incelenmiştir. Bununla birlikte, bu yaklaşımların pratik durumlarda daha geniş uygulamalara yaygınlaştırılmasıyla ilgili hala çözülmemiş bazı sorunlar ve hala keşfedilmemiş önemli fizibilite konuları vardır. İnsanoğlu tarih boyunca birçok yıkıcı depreme maruz kalmış ve bunların yapılı çevre üzerindeki etkileri yaralanmalardan can kaybına, ekonomik kayıplardan yaşam hatlarının bozulmasına kadar uzanmıştır. Kentsel peyzaj inşa edilirken, yıkıcı depremler hakkında tarihi yerel bilgilerin mevcut olduğu yaygın olarak bilinmektedir; devletlerin ve toplumların kararları, örneğin birkaç yüzyıl boyunca devam eden yanlış inançlar ve uygulamalar yoluyla kentsel peyzajın sismik olaylara karşı savunmasızlığında önemli bir rol oynamıştır. Şiddetli depremlerle ilgili deneyim eksikliği ışığında, risk azaltma girişimlerinin geçerliliği konusunda kamuoyu kabulü vardır.
Tüm yapı malzemeleri arasında betonarme, yıllar içinde en yaygın kullanılanı haline gelmiştir. Esasen elemanların sismik performansını artırmak için tasarlanmış olsa da, tarihi betonarme yapılar, tasarım ve inşaat uygulamalarındaki eksiklikler nedeniyle şiddetli sismik olaylar sırasında düşük performans göstermiştir. Geçmiş uygulamalara göre tasarlanan ve inşa edilen tarihi betonarme yapıların sismik davranışındaki bazı eksiklikler deneysel olarak araştırılmış ve detaylandırma eksiklikleri tespit edilmiştir. Bu kalıntı mekanizmalar arasında, hasarsız çevre betonu tarafından uygulanan sınırlamanın, dış fiber takviyeli polimer tabakalar tarafından sağlanan sınırlama gibi yüksek performanslı güçlendirme tekniklerinin etkinliğini önemli ölçüde azalttığı bulunmuştur. Bu durum, çelik mantolama gibi yaygın olarak kullanılan ve daha fazla iyileştirmeye ihtiyaç duyulan teknikler karşısında bile ayrımcılık yaratmaktadır. Güncel kapsamlı sayısal simülasyonlar, harici olarak bağlanmış plakaların veya fiber takviyeli polimer tabakaların uygulanmasında sıkıntıya ve etkinlik kaybına yol açan mekanizmaların belirlenmesine ve anlaşılmasına yardımcı olarak deneysel çalışmaları tamamlamıştır.
Son depremlerde, yapılı çevre ve altyapılarda önemli miktarda yıkım gözlenmiştir. Can kaybı ve hasarlardan betonarme yapılar sorumlu olmuştur. Sismik bölgelerdeki mevcut kırsal ve kentsel yapılar, modern kod gereksinimlerini karşılamak için uygun şekilde değerlendirilmeli ve minimum dayanım ve süneklik talebini karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır. Ancak, mevcut yapıların çoğu eski olup, mevcut yönetmelik gerekliliklerinin uygulanmasından önce inşa edilmiştir. Bu nedenle, yapıların mevcut standartları karşılayacak ve yıkıcı sismik olaylara karşı dayanıklı olacak şekilde tasarlanması veya rehabilite edilmesi acil bir ihtiyaçtır. Son zamanlarda, aktif veya pasif sistemler kullanılarak mevcut yapıların ve altyapıların rehabilitasyonu için teknikler geliştirilmiştir.
10. Güçlendirme Tekniklerinde Yenilikler
Mevcut betonarme yapıların depreme dayanma kapasitesini etkili bir şekilde güçlendirmek ve iyileştirmek için ardgerme, püskürtme malzemeler ve polimer levhalar gibi yenilikçi teknikler ortaya çıkmıştır. Ard germe teknikleri, elemanların gerilmesi veya sıkıştırılması yoluyla yanal sertliği ve yanal yük kapasitesini artırarak yanal direnci iyileştirmek için uygulanabilir. Yeni tescilli sprey malzemeler, çift eğrilikli beton kabukları dikey olarak hesaba katmak için uygulanabilir ve büyük ince kabuk takviyelerinin geliştirilmesine yardımcı olmuştur. Birbirine bağlanmış ince polimer levhalar, ulaşım tesislerinde yaygın olan ve yüzey kenarına yük uygulandığında kırılabilen içi boş kesitli betonarme direkleri güçlendirmek için kullanılabilir. Bu yeni yöntem, mevcut direklerin değiştirilmeden iyileştirilebileceğini ve dolayısıyla yüksek ekonomik ve sosyal fayda sağlayabileceğini göstermiştir. Bu yeni teknikler, büyük ölçüde öngerilmeli ince beton dikey kabuklar için eğim iyileştirilebilir. Bu teknoloji, güçlü güvenlik iyileştirmeleri ile beton kubbe üst kabuklarında çok ucuz modifikasyonlara izin vermektedir. Basittir ve sadece kubbe altında bazı inşaat işleri gerektiren bir kısıtlama halkasının montajını içerir. Kabuğun ısı yalıtımı ve enerji tasarrufu özelliklerini etkilemez, yapının bütünlüğüne zarar vermez ve sadece küçük bir ekipman yığınına ihtiyaç vardır. Hiperbarik yapılar, rezervuarlar ve gaz tutuculardaki kabuklar nispeten kolay bir şekilde değiştirilebilir. Ek kısıtlamalar eklemek kabuklar için yaygındır ve bu buluş buna aykırı değildir. Güçlendirme tekniklerindeki yenilikler ticarileştirilmekte veya en azından hakemli dergilerde yayınlanmaktadır. Ortaya çıkan yeniliklerle birlikte, bu yeni veya geliştirilmiş güçlendirme teknikleri, daha geniş bir kullanıcı yelpazesinin yararına sunulması ve hem araştırma hem de tasarım kılavuzlarında kabul görmesi beklenen yenilikçi veya en azından bir şekilde yeni güçlendirme teknikleri envanterini tamamlayacak veya başka bir şekilde genişletecektir.
11. Güçlendirme Tekniklerinin Maliyet-Fayda Analizi
Yani, bu binayı inşaata hazır hale getirdiniz, öyle mi? Planlar ve her şey hazır. Sadece bir sorun var. Deprem riski olan bir bölgede. Ama endişelenmeyin! Çekiciniz, çivileriniz ve bunlara uygun ekipmanınız var. Ne yapmalı? Üç seçeneğiniz var. Bir, sorunu kasıtlı olarak görmezden gelmek; iki, binayı yıkıp sıfırdan başlamak; ve üç (en iyi seçenek), güçlendirmek. Güçlendirme, depremde daha iyi performans göstermesi için mevcut yapının güçlendirilmesini içerir. Ama durun bir dakika, “bu dünyada hiçbir şey bedava değildir” sözünü duymadınız mı? Güçlendirme paraya mal olur. Hem de çok. Eğer yapınız ortalamanın üzerindeyse (riskleri dikkatlice değerlendirerek) derin cebiniz bunu yapmamayı düşünebilir. Ya da mümkünse en iyi teknikleri kullanmak için daha fazla çaba harcayabilirsiniz. Yani elinizdeki farklı tekniklerin maliyetleri ve faydaları hakkında dikkatlice düşünüyor musunuz? Böylece, biraz TLC'ye ihtiyaç duyan mevcut eskimiş binaların tümü mümkün olan en iyi maliyetle güçlendirilir.
Bu makalenin amacı, betonarme yapıların depreme dayanıklılık amacıyla güçlendirilmesi için uygun maliyetli tekniklerin seçilmesidir. Yapı mekaniği ile ilgilenen bir bilgisayar programı ile betonarme çerçeve binaların modelleri oluşturulacaktır. Modeller, güçlendirmeden önce ve sonra çerçevenin farklı elemanlarını tasarlamak için gerekli olacaktır. Öncelikli hedef, mevcut çerçevenin kesme işleminden önce temel olarak eğilme işleminde başarısız olmasını sağlamaktır. Bu nedenle, farklı güçlendirme tekniklerini tasarlamak için bununla birlikte bir yazılım programı oluşturulmalıdır. Ayrıca, farklı güçlendirme tekniklerine ilişkin veriler kullanılarak ekonomik hesaplamaların yapılması gerekmektedir. Sonuç olarak, hangisinin en ucuz olduğunu değerlendirmek için bu tekniği kullanmanın maliyetleri ve faydaları hesaplanmalıdır. Depreme karşı kırılganlıkları nedeniyle mevcut betonarme karkas binaların iyileştirilmesine yönelik fonlara ilgi duyulmaktadır. Bu araştırma tamamlandıktan sonra, farklı güçlendirme tekniklerinin finansmanına ilişkin bir teklif derlenecek ve gönderilecektir. Diğerlerine göre daha fazla tercih edilecek bir öneri de sunulacaktır.
12. Depreme Dayanıklılık için Mevcut Bina Kodları ve Yönetmelikleri
Şimdi oldukça havalı ve önemli bir konudan bahsedelim: binaların depreme dayanacak kadar nasıl güçlü hale getirilebileceğinden. Dünyanın birçok ülkesinde ev, okul ya da ofis gibi yapılar inşa edilirken herkesin uyması gereken bazı kurallar vardır. Özellikle depremlerin olabileceği bölgelerde her şeyi güvenli ve sağlam tutmak için, bu kurallar binaları “depreme dayanıklı” hale getirmek için yapılır. Tam olarak değil, ama onları mümkün olduğunca güvenli hale getirmek için! Sismik kurallar, kısmen 1989 ve 1994 yıllarında meydana gelen büyük depremler nedeniyle 1980'lerden bu yana daha katı hale gelmiştir. Bu depremler, o tarihlerden önceki yönetmeliklere göre tasarlanmış bazı eski binaların ciddi şekilde kötü tasarlanmış olduğunu gösterdi.
Birçok ülkede, deprem tasarımı ve inşası için asgari gereklilikler ulusal kod ve standartlarda belirtilmiştir. Bu kodlar ve standartlar genellikle yazılı belgeler şeklindedir. Çoğu ülkede yapılar, yapıların büyüklüğüne ve kullanımına bağlı olarak küçük bina yönetmeliklerine ve diğer yönetmeliklere uymak zorundadır. Örneğin, büyük oteller, tiyatrolar, havuzlar, vb. ve ayrıca yapıların kullanımına bağlı olarak, örneğin okullar, hastaneler, vb. Bina yönetmeliği küçük binalarla ilgilenmez. Daha küçük kasaba veya köylerde genellikle o bölgenin mühendisleri veya küçük binalar konusunda deneyimli mühendisler tarafından yazılmış bina yönetmelikleri bulunur. Bu yönetmelikler ilgili makamlar tarafından yayınlanır. İlk deprem tasarım standartları 70'li yıllarda yayınlanmıştır. Tasarımcıların görüşüne göre, büyük şehirler depremler sırasında yüksek can kaybı oranlarıyla harap olduğu için standartların çoğu feci şekilde başarısız olmuştur. Standartların başarısızlığına tepki olarak, birçok ülke tasarım kodlarını yeniden değerlendirdi ve yeniden denedi. Daha önceki depremlerde kötü tasarlanmış binalardan çıkarılan derslerle 90'ların ortalarında çoğu bölge için yeni bir kod yayınlandı.
Temel olarak, birçok ülkede belirli sismik tasarım kodları benimsenmiştir. Bir yapı, sivil kod ağları için bir temel olarak yerel kodlara göre tasarlanır. Bu kodlar da genellikle ulusal kodlar tarafından değiştirilir. Eski binaların performansı genellikle kullanılan standartların geçmişe dönüklüğü açısından incelenir. Şu anda bile pek çok ülke yeterli yönetmeliğe sahip değildir, ancak ortalama olarak çoğu yönetmelik oldukça iyi işlemektedir.
13. Gelecek Eğilimler ve Araştırma Yönleri
Kentleşmenin arttığı ve bazı nüfusların depreme yatkın bölgelere doğru genişlemek istediği günümüzde, yeni betonarme yapıların güçlü sismik güçlendirme yönetmeliklerine uyması hayati önem taşımaktadır. Tasarım sismik dönüş periyodu 475 yıl olan bir bölgede, yapısal bir sistemin deprem sonrası önemli bir hasara uğrama olasılığı %20'den az olmalıdır. Kodlara uygun yapılar tam çökme önleme sağlamalıdır. Ayrıca, insanlar bir depremden sonra yapıya geri döndüklerinde, yapı sadece yaşanabilir olmakla kalmamalı, aynı zamanda yapının bütünlüğü sayesinde kendilerini güvende hissetmelidirler. Dolayısıyla, yapının deprem sonrası kullanılamaz hale gelme olasılığı %10'dan fazla olmamalıdır. Ne yazık ki birçok ülke, sıklıkla yanlış uygulanan ve sismik olaylara karşı aşırı derecede savunmasız yapılara yol açan kod reçetelerine bağlıdır.
Bu eksiklikler ışığında, bu araştırma mevcut sismik tasarım kodlarına uymayan RC bina yapılarına odaklanmış ve zararlı hasarlara ve artçı şoklara karşı korunmada en etkili olacak araştırılmış güçlendirme tekniklerini önermiştir. Bu araştırmanın yürütülmesinde izlenen metodoloji, yapı mühendislerine ve tasarımcılara mevcut betonarme yapıların uygulanabilirliği hakkında kesinlik sağlamanın yanı sıra analiz ve güçlendirme için ileriye dönük genel bir yol sunmaktadır. İlk olarak, bir yapının yönetmeliğe uygun olup olmadığı belirlenir. Eğer değilse, yapının belirli bir seviyede sismik uyarıma maruz kalması durumunda hasar mekanizmalarını özetleyen bir eksiklik analizi hazırlanır. Yapının kırılganlığını ve önerilen onarımların etkinliğini incelemek için kademeli bir değerlendirme süreci yürütmek gibi daha ileri analizler için öneriler vardır. Analizde kullanılan sonlu eleman yazılımına uyarlanmış sayısal modelleme teknikleri genellikle kırılganlık ve kapasite ile ilgili geçmiş araştırmalardan yararlanır. Açıkça tanımlanmış ve belgelenmiş yaklaşımlarla güvenilir modelleme, önerilen onarımların başarısı için kritik öneme sahiptir.
Analiz ve modellemede en kritik husus, kat sayısı, yapısal sistem tipi, zemin tipi ve onarım seviyesi gibi uygun olmayan yapısal ve tasarım parametrelerine göre ayrılmış, belirli bir aşılma olasılığına sahip hasar limitlerini doğru bir şekilde tanımlayan açık ve güvenilir kırılganlık eğrilerinin geliştirilmesidir. Belirli girdi verilerinin genellikle hazır olmadığı göz önüne alındığında, farklı girdi parametrelerinin yapının kırılganlığı üzerindeki önemini incelemek için bir duyarlılık analizi yapılmalıdır.