Çelik Çaprazlar İle Güçlendirme

Kaynak:

Bu yazı SEISMOSOFT izni ile, doğrudan çeviri olarak yayınlanmıştır.

Yazılım Olarak SeismoStruct Kullanılmıştır.

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/steel-bracing/

Çelik Çaprazlar İle Güçlendirme

Uygulama

Çelik çaprazlarla güçlendirme, yeni perde duvarlara benzer avantajlar sunarak binanın mukavemetini, rijitliğini ve sünekliğini arttırır. Çaprazlar genellikle binanın mevcut bölmeleri içinde inşa edilirler ve eğimli elemanlarında gelişen eksenel kuvvet yoluyla yapının yanal direncine katkıda bulunurlar. Köşegenler, her bir beton bölmenin köşelerine epoksi reçinelerle ankrajlanan çelik plakalara tutturulurken, zemin seviyesinde her payanda için özel ayak konfigürasyonları sağlanır.

Yeni betonarme duvarlarda olduğu gibi, çaprazlar binada istenmeyen burulmalara yol açmayacak ve mümkünse düzlem içi düzensizlikleri azaltacak şekilde simetrik konumlarda yerleştirilmelidir. Çelik çaprazların konstrüksiyonu binanın yanal kapasitesini önemli ölçüde artırmasına rağmen rijitliğini sadece orta düzeyde artırır. Sonuç olarak, duvar veya ikili sistemler veya yığma dolgu çerçeve gibi rijit beton yapılarda diğer yöntemler kadar etkili değildir.

Genel olarak, eşmerkezli (Şekil 1a) ve eksantrik (Şekil 1b) çapraz olmak üzere iki farklı çelik çapraz sistemi vardır. Eşmerkezli çaprazlama sistemleri, beton çerçevelerin güçlendirilmesi için en yaygın şekilde kullanılan sistemlerdir. Yapısal güçlendirme için uygun çaprazlama sistemleri, çaprazlı bölmenin her iki köşegeni boyunca X-kollu çaprazlara veya çerçevenin bölme başına tek bir köşegen bulunan köşegen çaprazlara sahip olanlardır. Eğimli köşebentlerin bölmenin yatay elemanının (genellikle bir kiriş) orta açıklığına bağlandığı V veya ters V köşebentler (ABD’de ‘şeritli köşebentler’) çok yaygın değildir, oysa K köşebentler değildir kolonlarda yüksek elastik olmayan talebin getirilmesi nedeniyle izin verilir. Son olarak, küresel burkulmanın uygun sistemler tarafından engellendiği burkulma kontrollü çaprazlama da uygulanabilir.

Şekil 1: Güçlendirmede tipik (a) Eşmerkezli ve (b) Eksantrik Çelik Çaprazlar

Bazen payandalar, bina karkasının birden fazla bölmesinde veya katında uzatılabilir (Şekil 3). Biri bir bölmede ters ve biri üstteki bölmede normal olan iki V-parantez, iki kat arasında büyük bir X-brace oluşturmak için birleştirilebilir. İki kattaki çaprazlar etkili bir şekilde sürekli olduğundan, ara kiriş üzerindeki köşegenlerden gelen kesme kuvvetleri birbirini iptal eder ve kiriş üzerindeki kesme talebi sınırlıdır.

Benzer bir teknikte, binanın çevresine çelik dış makaslar da (dış iskelet olarak da adlandırılır) inşa edilebilir (Şekil 4). Bu makaslar, diyagonal elemanlara sahip güçlü çelik kompozit çerçevelerden oluşur ve mevcut çerçeve sistemine büyük çelik bağlantı elemanları ile bağlanır, bu sayede çerçeveye etki eden sismik yükleri üstlenip zemine aktarabilirler.

Avantajlar ve dezavantajlar

Çelik çaprazlama, mukavemet ve rijitlik sağlayarak, yeni betonarme perde duvarlara benzer şekilde (genellikle ikincisine göre daha az ölçüde olsa da) mevcut elemanlar üzerindeki sismik talebi azaltır. Mukavemet ve rijitlik artışı, desteklerin sayısı ve boyutu seçilerek nispeten kolayca ayarlanabilir ve yükseklikteki büyük düzensizliklerden kaçınmak kolaydır. Çaprazlama, çelik çaprazların sadece bina alt seviyesinde uygulandığı yumuşak zemin katlarının güçlendirilmesi için ideal bir çözümdür.

Binaya eklenen ağırlık minimumdur, oysa payandalar mevcut açıklıklara uyum sağlama yeteneğine sahiptir. Ayrıca, ‘temiz’ bir inşaat yöntemidir, çünkü çaprazlar, betona girmeden ve binada toz oluşturmadan doğrudan beton çerçeveye takılır. Daha büyük binalar için, sismik talebi azaltmak için çelik payandalar sönümleyicilerle kolayca birleştirilebilir.

Tekniğin ana dezavantajı, çaprazların yerleştirilmesi için binanın yerlerini ve bölmelerini bulmanın genellikle zor olmasıdır, çünkü bunların binanın plan görünümündeki dağılımı mümkün olduğunca simetrik ve tekdüze olmalıdır. Ayrıca, eski yapılarda bir istisna olmasına rağmen, geniş perde duvarlı rijit beton yapılar için çelik çaprazlar verimli değildir. Ayrıca, sahada yüksek kaliteli kaynak elde etmek her zaman kolay değildir ve yeni çelik ile mevcut beton sistemi arasındaki etkileşimin kontrolü de zordur.

Tasarım Sorunları: Modelleme Analizi ve Kontrolleri

Çaprazların yerel burkulması, genellikle kırılmayı hızlandırdığından, sistemin sünekliğini ve enerji dağılımını sınırlayan en önemli faktördür. Analizde basınç altındaki çaprazların dikkate alınıp alınmadığına bakılmaksızın, tasarımları burkulmaya karşı önlemleri dikkate almalı ve narinlikleri sınırlandırılmalıdır (örneğin, Eurocode 8, 2.0’dan büyük davranış faktörleri için sınıf 1 veya 2 bölümleri gerektirir).

Çaprazların mukavemeti ve bitişik beton elemanların ve kiriş-kolon bağlantılarının mukavemeti ve deformasyonları, mevcut tasarım kılavuzları kullanılarak değerlendirilir. Doğrusal analizde, kuvvete dayalı bir yaklaşım kullanılır ve kontroller ağırlıklı olarak kuvvetler açısından gerçekleştirilir.

Doğrusal olmayan analizde, sistemin enerji dağılımını kontrol etmeyi amaçlayan çaprazlar için deformasyona dayalı kriterler kullanılır. Genel olarak, çaprazlama sisteminin yatay deprem yüklerini üstlenmede baskın bir role sahip olduğu varsayılır; bu nedenle birincil olarak tanımlanmaları esastır.

Daha fazla bilgi için: https://seismosoft.com/steel-bracing/#