Betonarme Binaların Güçlendirme Yöntemleri

Betonarme Binaların Güçlendirme Yöntemleri

Kaynak:

Bu yazı SEISMOSOFT izni ile, doğrudan çeviri olarak yayınlanmıştır.

Yazar: Dr. Stelios Antoniou, Head of Structural/ Earthquake Engineering Department at Alfakat Co-founder, Managing Director and R&D Director at SeismoSoft

Çevirmen: Ahmet Erdem Duran

Yazı Kaynağı: https://seismosoft.com/methods-of-strengthening-of-reinforced-concrete-buildings/

Yöntemlerin sunumuna geçmeden önce, mevcut bölümde farklı güçlendirme teknikleriyle ilgili bazı genel noktalar ileri sürülmüştür:

(i) Sismik iyileştirme yöntemleri çok fazla değil, toplamda sadece 6-7. Çoğu pratik uygulamada, mimari, operasyonel veya geometrik kısıtlamalar, bilgi eksikliği veya uygun ekipmanın bulunmaması nedeniyle bazı yöntemlerin uygulanamayacağı genellikle baştan bellidir, örn. Çevresinde açık alan bulunmayan binalarda veya uzmanlığın henüz sınırlı olduğu bölgelerde temel izolasyonu yapılamaz.

Bu nedenle, her binadaki tasarımcı aslında en fazla 2 veya 3 aday yöntem arasından seçim yapmak zorunda kalabilir. Mühendislik muhakemesi, ön çalışmalar ve analitik hesaplamalar kullanarak her yöntemin avantaj ve dezavantajlarını değerlendirmek ve tartmak ve en uygun olanı seçmek onun görevidir.

(ii) Güçlendirme müdahaleleri tasarlanırken, tüm yöntem ve tekniklerin binanın hasar görebilirliğini azaltamayacağı gerçeğine özel dikkat gösterilmelidir. Hatalı uygulama, binanın bazı kısımlarını güçlendirebilir, aynı anda diğer kısımlarını zayıflatabilir ve aslında genel riski artırabilir. Örneğin, binanın bir tarafındaki geniş perde duvarların yoğunluğu, diğer taraftaki düşey elemanlara olan talebi azaltmak yerine artırabilir.

(iii) Farklı yöntemlerin farklı avantaj ve dezavantajları vardır ve genel tepki, dayanıklılık, rijitlik, süneklik ve sismik talep üzerindeki etkileri, belirli bina konfigürasyonuna bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Herhangi bir yapı tipine uygulanabilecek standart çözümler ve reçeteler yoktur.

(iv) Güçlendirme teknikleri iki büyük gruba ayrılabilir. Bir yanda genel olarak global düzeyde uygulanan (yani tüm yapıyı tek bir varlık olarak ele alan) ve tipik olarak mevcut üyelerdeki talebi azaltmaya yarayan yöntemler vardır.

Bu kategorideki en temsili örnekler, yeni perde duvarların eklenmesi ve taban izolasyonudur. Öte yandan, üye seviyesinde uygulanan ve temel olarak bireysel elemanların belirli özelliklerini (örneğin, mukavemet ve/veya süneklik) yükseltmek için kullanılan yöntemler vardır, örn. RC ceketler veya FRP sargılar.

(v) Çoğu zaman mevcut yöntemlerden iki veya daha fazlasının bir kombinasyonu gerekebilir. Genellikle ilk önce daha “global” bir yöntem uygulanır (ör. perde duvarlar veya payandalar) ve ikinci aşamada binanın hala iyileştirilmesi gereken bireysel bileşenlerini veya bölümlerini güçlendirmek için diğer yöntemler uygulanır.

Betonarme Mantolar

Betonarme mantolaması muhtemelen betonarme elemanların güçlendirilmesi için en yaygın kullanılan tekniktir. Ya yerinde dökme betonla ya da daha sıklıkla püskürtme betonla inşa edilir. Yöntem, mevcut elemanın çevresi dışında uzunlamasına çelik donatı ve enine çelik etriyeler kullanılarak bir ceket şeklinde bir betonarme tabakasının eklenmesini içerir.

Yerinde dökme betonla mantolama, dökülen betona dayanması için kalıbın bağlı olduğu mevcut kolonun etrafına kalıp yerleştirilmesini gerektirir. Betonun boşluksuz dökülmesini sağlamak için manto kalınlığı genellikle 10 cm’yi geçer. Püskürtme beton ise aksine 5 cm’ye kadar inen manto kalınlıklarına izin verir.

Mevcut elemanın yüzeyinin hazırlanması mantolama ile kritiktir. Yeni ve mevcut betonun bağlantısı, yüzeyin pürüzlendirilmesi ve çelik dübellerin kullanılmasıyla daha da güçlendirilmiştir.

Kolon Mantolamasının yeni dikey çelik donatı çubukları ve etriyeleri, kasnakların doğru kapanmasına özellikle dikkat edilerek, tasarlanan boyut ve çaplara göre monte edilir. Çoğu zaman, mevcut elemanın varlığı ve giydirme kalınlığının az olması nedeniyle etriyeleri 135^o açısında bükmek mümkün olmadığından, sıklıkla kaynak yapılması gerekir.

Püskürtme beton

“Püskürtme beton” terimi, hem malzemeyi hem de yapım yöntemini ifade eder. Malzeme, kelimenin tam anlamıyla kalıplara “vurulmuş” bir beton veya yüksek mukavemetli bir harçtır. Yöntem, bu malzemenin yerinde uygulanmasıdır.

Püskürtme beton (veya gunite veya püskürtme beton olarak da anılır), kesin olarak söylemek gerekirse, mevcut binalar için bir onarım veya güçlendirme yöntemi değildir. Beton yerleştirme ve sıkıştırma yöntemidir ve güçlendirme dışında çok sayıda uygulaması vardır.

Bununla birlikte, mevcut binalarda yapısal ve yapısal olmayan bileşenlerin getirdiği kısıtlamalar nedeniyle, çoğu durumda yerinde dökme betonun uygulanması zor, pahalı veya tamamen imkansızdır, bu da onarım ve güçlendirme uygulamalarında püskürtme betonu beton dökmenin en olağan yolu haline getirir.

Aslında, betonarme ceketler/mantolar inşa edilirken püskürtme beton kullanımı o kadar yaygındır ki, güçlendirme uygulamalarında bu iki terim genellikle birbirinin yerine kullanılır.

YENİ BETONARME PERDE DUVARLAR

Bu yöntem, bina çevresinde ve/veya bina içinde seçilen yerlerde büyük boyutlu yeni perde duvarların yapımından oluşur. Duvarlar, aynı anda mukavemet, rijitlik ve süneklikte önemli bir artış sağlayarak, mevcut binaların sismik performansı üzerinde çok faydalı bir etkiye sahip olabilir. Yöntemin çok önemli bir avantajı, yeni elemanların büyük boyutları ve çok büyük rijitlikleri nedeniyle binanın mevcut hafif takviyeli elemanlarına olan talebin önemli ölçüde azalmasıdır.

Mevcut bir binaya eklenen yeni bir perde duvarın tipik bir enine kesiti, iki kenarda yakın mesafeli üzengi demirleri olan sözde kolonlar ve hasar görmesi beklenen hafif takviyeli bir ağ ile yeni binaların perde duvarlarına çok benzer. güçlü bir sismik olay. Tek önemli fark, yeni ve mevcut elemanların bağlantısı için kullanılan çok sayıda dübel ve sismik atalet kuvvetlerinin mevcut binadan zemine yeni duvarlardan güvenli bir şekilde aktarılmasıdır.

Yeni duvarın kenarlarında sözde kolonları oluşturan güçlü ve sünek kılıflar oluşturmak için duvarın mevcut binanın iki kolonunu sarması genellikle tercih edilir. Mantolar, duvar ağı ile birlikte yerinde dökme betondan (mevcut elemanlar, kolonlar ve kirişler etrafında kalıplar kullanılarak) veya ayrı olarak püskürtme beton kullanılarak inşa edilebilir.

BETONARME DOLGU

Mevcut çerçevenin kolon ve kirişlerini çevreleyen yeni perde duvarların inşasına bir alternatif, betonarme dolgudur. Bu yöntemle, RC panelinin içine betonarme bir duvar inşa edilir ve bitişik kolonlara (sol ve sağda) ve kirişlere (yukarı ve altta), geliştirilen atalet kuvvetlerini üstlenecek şekilde tasarlanmış bir dizi güçlü dübel ile bağlanır. deprem sırasında ve mevcut çerçeve ile yekpare bir bağlantı sağlar.

Mevcut çerçeve elemanlarını çevreleyen yeni perde duvarların inşası ile ilgili olarak, betonarme dolgu önemli ölçüde daha ucuzdur ve çok daha az yıkıcıdır. Yöntemin ana dezavantajı, dolguyu çevreleyen mevcut elemanların kapasitesi ile ilgilidir. Kesme kuvvetlerini ve devrilme momentlerini zeminden zemine aktarabilmeleri için minimum kapasiteye sahip olmaları gerekir; aksi takdirde, güçlü sismik olaylar durumunda önemli yerel hasara uğrayacaklardır.

Çelik ÇAPRAZLAR

Çelik çaprazlama (bkn Çelik Çaprazlar ile güçlendirme), yeni perde duvarlara benzer avantajlar sunarak binanın mukavemetini, rijitliğini ve sünekliğini arttırır. Çaprazlar, mevcut bölmelerin içinde doğrudan beton çerçeveye montajlanır. Eğimli elemanlarında gelişen eksenel kuvvet ile yapının yanal direncine katkıda bulunurlar. Köşegenler, her bir beton bölmenin köşelerine epoksi reçinelerle ankrajlanmış çelik plakalara tutturulmuştur. Yeni betonarme duvarlarda olduğu gibi, çaprazlar binada istenmeyen burulmalara neden olmayacak ve mümkünse düzlem içi düzensizlikleri azaltacak şekilde simetrik konumlarda yerleştirilmelidir.

Genel durumda çaprazlar binanın mevcut güçlendirilmemiş beton elemanlarına bağlandığından, kirişler ve kolonlar minimum bir dayanıklılığa sahip olmadığında yöntem uygun değildir; durum böyle değilse, beton elemanlar kompozit malzemelerle veya daha sıklıkla mantolama ile güçlendirilebilir.

Enerji dağıtma cihazları, dinamik uyarım sırasında sönümlemeyi verimli bir şekilde artırarak çelik desteklerle kolayca birleştirilebilir. Bununla birlikte, eğer sönümleyiciler kullanılıyorsa, çelik çaprazların rijitliği önemli ölçüde artırmayacak şekilde tasarlanması gerektiğine dikkat edilmelidir, aksi takdirde, maliyet etkin olması için büyük deformasyonlar gerektiren sönümleme mekanizmalarının etkinliği tehlikeye girer.

Sönümleme Cihazları

Sönümleme cihazları, büyük deprem olayları sırasında enerjiyi dağıtarak titreşim genliğini, deformasyonları ve dolayısıyla yapı elemanlarına yüklenen talebi azaltmak için kullanılır. Pasif, aktif ve hibrit dağıtım sistemleri vardır.

Sistemlerin çoğu (viskoz, viskoelastik, sürtünme ve metalik akma sönümleyiciler), artan mukavemet, sertlik, süneklik ve enerji dağıtma kapasitesi sağlayan çelik çapraz elemanlarla kolayca birleştirilebilir ve entegre edilebilir. Alternatif olarak enerji tüketen cihazlar, diğer güçlendirme müdahalelerinden bağımsız olarak kurulabilir ve enerjiyi dağıtarak yapısal tepkiye katkıda bulunabilir.

Daha fazla bilgi için: https://seismosoft.com/methods-of-strengthening-of-reinforced-concrete-buildings/#

Elyaf Takviyeli Polimer(FRP) ile Güçlendirme

Elyaf Takviyeli Polimer (FRP) kompozitler, epoksi, vinilester veya polyester ısıyla sertleşen plastik gibi bir polimer matris içinde yüksek gerilme mukavemetine sahip elyaflardan, ancak en yaygın olarak epoksi reçinelerden oluşur. Lifler genellikle karbon (CFRP), cam (GFRP), aramid (AFRP) veya nadiren bazalttan yapılır, ancak geçmişte kağıt veya tahta veya asbest gibi başka lifler de kullanılmıştır.
Yapı mühendisliğindeki FRP malzemeleri, ek takviye olarak ele alınır; tek fark, FRP’nin uygulanması sırasındaki ölü yük nedeniyle betonda ve donatıda mevcut olan ilk gerinimlerdir.

FRP’ler, yüksek çekme mukavemetleri ve düşük ağırlıkları nedeniyle (geleneksel yapısal malzemelere ve özellikle çeliğe kıyasla), inşaat endüstrisinde iç veya daha sıklıkla dış takviye olarak kullanım için önemli bir yapısal malzeme haline gelmiştir.

Elyaf takviyeli polimerler, çeşitli tekniklerle mevcut binaların güçlendirilmesinde kullanılabilir: FRP kaplama, FRP Laminatlar, yüzeye yakın montajlı (NSM) FRP donatı, FRP şeritler ve son zamanlarda püskürtmeli-FRP.

• FRP sargı, genellikle, çemberler yönünde yerleştirilen lifler ile duvarların, kolonların ve kirişlerin sarılmasını, sünekliğini ve kesme kapasitesini arttırmak için kullanılır.
• FRP laminatlar, esas olarak, tipik olarak kirişler veya döşemelerde, betonarme elemanların bükülme kapasitesini artırmak için kullanılır.
• NSM FRP takviyesi, eğilme güçlendirmesi için kullanılır, artan mukavemet ve rijitlik sağlar, ancak aynı zamanda kesme güçlendirmesi için de kullanılabilir.
• FRP şeritleri, yüzeye yakın takviye olarak ve daha çok fiber bağlayıcı ve FRP sargılarının ankrajı olarak kullanılır.
• Son olarak, püskürtülen FRP, artan kesme mukavemetleri ve deformasyon kapasiteleri sağlar ve mevcut betonarme elemanın sismik olarak güçlendirilmesi için kullanılabilir.

Çelik Levhalar ve Çelik Ceketler

Beton elemanlara yapıştırılan tek çelik plakalar veya levhalar, FRP laminatlara benzer şekilde eğilme mukavemetlerini artırabilir. Aynı şekilde, bir ceket oluşturmak için birbirine kaynaklanan plakalar, kayışlar ve açılar, FRP sargılarına benzer bir şekilde, mevcut sistemin sertliğini önemli ölçüde etkilemeden, kayma mukavemetini artırabilir, tur baharatlarının davranışını iyileştirebilir ve hapsetme yoluyla süneklik sağlayabilir.

Çelik levhaların dıştan yapıştırılmasıyla betonarme elemanların güçlendirilmesi, birkaç on yıl önce güçlendirme uygulamalarında en popüler yöntemlerden biriydi ve çok yaygındı. Ancak diğer daha güvenilir ve kullanımı daha kolay yöntemlere, özellikle FRP sarma ve FRP laminatlara karşı popülerliğini yavaş yavaş kaybetti. .

Sismik İzolasyon

Temel izolasyonu olarak da bilinen Sismik izolasyonu, bir yapıyı deprem kuvvetlerine karşı korumanın en etkili yollarından birini oluşturan son teknoloji bir yöntemdir. İzolatörler olarak adlandırılan bir dizi yapısal bileşen, üst yapıyı sallanan zemine dayanan temelden (temel veya alt yapı) büyük ölçüde ayırmak için kullanılır ve böylece binanın bütünlüğü korunur.

Bir sismik izolasyon sisteminin ana özellikleri, izolatör seviyesindeki sınırlı rijitliktir, bu da yapının 2,5 saniye veya daha fazla temel periyotlara önemli ölçüde uzamasına yol açar. Bu, üst yapıya iletilen ivmede, atalet kuvvetlerinde ve deprem kuvveti talebinde önemli bir azalmaya yol açar. Sonuç olarak, yanal deformasyonlar ve katlar arası ötelenmeler oldukça küçüktür ve bu nedenle çok büyük deprem olaylarında bile yapısal ve yapısal olmayan bileşenlerde hafif veya çok hafif hasara yol açar.

Güçlendirme için taban izolasyonunun kullanılmasının arkasındaki ana konsept, yapısal elemanları dayatılan sismik eyleme dayanacak şekilde güçlendirmek yerine (diğer tüm yöntemlerle yapıldığı gibi), taban izolasyonunun zıt yaklaşımı, kapasitesinin artırılmasıdır yani sismik talebi azaltmaktır.

Yapıya etki eden yer hareketinin kontrolü mümkün olmadığından, temel seviyesinden üst yapıya aktarılan hareketlerin engellenmesi/azaltılması ile talep değiştirilerek yapısal koruma sağlanmaktadır.

Reçineler / Harçlar

Epoksi reçineler ve tamir harçları, betonarme binaların onarımı ve güçlendirilmesi ile ilgili yaygın olarak kullanılan malzemelerdir. Çoğunlukla yerel hasarları onarmak için kullanılırlar, bu nedenle mevcut binaların güçlendirilmesi ve iyileştirilmesi için bir yöntem oluşturmazlar. Ancak, diğer tüm yöntemlerle birlikte, tek tek yapı elemanlarının onarımı için kullanılırlar.

Epoksi reçinelerin enjeksiyon yoluyla kullanılması, çatlak onarımı için en yaygın çözümdür. Betona göre çok yüksek basınç ve çekme dayanımına sahip olan epoksi reçineler, epoksi reçineler ile beton arasındaki güçlü yapışma nedeniyle, dayanımların verimli bir şekilde aktarılmasını ve yapısal rijitliğin geri kazanılmasını sağlamak için kullanılır.

Tamir harçları, hasarlı beton bölümlerin tamir ve restorasyonunda kullanılır. Betonun parçalanmasının en yaygın nedenlerinden birinin korozyon olduğu ve bu nedenle tamir harçlarının korozyon inhibitörleri ile birlikte yaygın olarak kullanıldığı belirtilmektedir.

Temel Güçlendirme

Temellerin dinamik davranışı, Zemin Mekaniği, Temel Mühendisliği, Yapısal Dinamik ve Zemin Yapısı Etkileşimi konularında beceri gerektiren çok karmaşık bir problemdir. Ayrıca temellerde güçlendirme müdahaleleri oldukça yıkıcı ve maliyetli bir iş olup, zemin seviyesinde tüm yapıda kazı yapılmasını ve genellikle binanın boşaltılmasını gerektirir. Ayrıca, son depremlerde temel sisteminde çok az sayıda yenilme vakası olmuştur ve bunlar çoğunlukla titreşim ve yapısal tepkiyle ilgili olmayan nedenlere atfedilmiştir, örn. zemin sıvılaşması veya şev stabilitesi.

Tüm bu nedenlerden dolayı, temel sistemindeki çok büyük eksiklikler, örneğin donatı eksikliği veya hatta tüm temellerin tamamen yokluğu gibi durumlar dışında, temellerin güçlendirilmesini teknik ve ekonomik olarak gerekçelendirmek zordur. Ne yazık ki, kötü işçilik ve denetim eksikliği nedeniyle 1980’den önce inşa edilen binalarda bu vakalar nadir değildir. Bu gibi durumlarda, mevcut temeller ya betonarme mantolarla (genellikle yerinde dökme betonla) boyutlarının büyütülmesiyle veya bağlantı kirişleri ve şerit temellerin inşasıyla güçlendirilmektedir.

Betonarme Binaların Güçlendirme Yöntemleri İçin Kullanılan Programlar

Betonarme Binaların Güçlendirme Yöntemleri İçin Kullanılan Programlar arasında elbette ilk sırada SEISMOSOFT yazılımları gelmektedir. Türk Deprem yönetmeliğinide içeren SEISMOSOFT yazılımları Mevcut binaların depreme karşı değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi yapılabilmektedir.

YAZILIM HAKKINDA BİLGİ İÇİN

SEISMOSOFT yazılımları hakkında Daha detaylı bilgi alabilmek için Türkiye yetkili satıcısı 3E PROMimarlık firmasından Ahmet Erdem Duran’dan bilgi alabilirisiniz.