RİSKLİ YAPILARIN TESPİT EDİLMESİNE İLİŞKİN ESASLAR

1-Temel Kavramlar

Temel Kavramlar

• Deprem Mühendisliği• Deprem Yapı Davranışı• Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı• Mevcut Yapıların Değerlendirilmesi

2

Yapı ve Deprem Mühendisliği Problemi

•Tahmini zor “gerçek” deprem etkilerini yaklaşıktahmin ederek ve basitleştirilmiş sistemler içinbelirlediğimiz tepki kuvvetlerini kullanarak;• Güvenli ve ekonomik tasarımlar yapmak• Mevcut yapıların değerlendirmesini yapmak,gerekli durumlarda güçlendirmektir.

3

Deprem Etkileri- Basitleştirilmiş modeller üzerinde deprem istemleri hesaplanır.

4

TSDS (Tek Serbestlik Dereceli Sistem):Yapı deprem davranışını belirlediğimiz en basit model

Deprem Hareketi

Değişik Periyotlu Yapılar

5

P

Davranış Spektrumu

6

Davranış Spektrumu

10 deprem kaydının ortalama spektrumu

Tasarım Spektrumu

7

DBYBHY (2007) Tasarım Spektrumu

Depremde yapıya etki etmesi beklenen azami taban kesme kuvvetini verir!

0.01 0.1 1 10Period(sec)

0

1

2

3

4

5

6

Spec

tral

Am

plifi

catio

n

Input Motion = 0.05gMEDIAN16TH PER84TH PER

Periyot-Talep İlişkisi

8

Spe

ktra

l büy

ütm

eYapı temel periyoduna bağlı olarak deprem istemleri belirlenir.Temel periyot yapı kütlesi, rijitliği ve bu değerlerin dağılımından etkilenir.

Titreşim yapan sistemlerde enerji sönümü sağlayan özelliktir. • Viskoz sönüm: Küçük deplasman istemlerinde sistem içindeki

sürtünme ve mikro çatlamalara elastik ötesi davranışı temsil etmek için kullanılan sönüm modelidir.

• Histeretik sönüm: Büyük deplasman istemlerinde hasara bağlı oluşan enerji tüketme mekanizmasıdır.

Sönümsüz titreşim Sönümsüz yapı

Sönümlü yapı

Sönüm

Sönümlü titreşim

9

Sönümün Spektruma Etkisi

10

Çok Serbestlik Dereceli Sistem-ÇSDS

Dinamik Denge Denklemi

Modal Koordinatlar:

11

m3

m2

m1

k3k3

k2k2

k1k1

u3

u2

u1

Mod Şekilleri Yapının deformasyonunu belirleyen geometrik salınım şekilleridir.

• Kütle ve kütle dağılımına,• Rijitlik ve rijitlik dağılımına bağlıdır.

Her moda karşılık gelen bir periyot ve frekans vardır. ÇSDS’nin deprem altındaki deformasyonu bu mod şekillerinin birleşiminden elde edilir.

12

Mod Şekillerinin Belirlenmesim3

m2

m1

k3k3

k2k2

k1k1

3

2

1

000000

mm

mM

33

3322

221

2202)(2202)(2

kkkkkk

kkkK

u3

u2

u102 MK

02 ii MK

Doğal frekanslar (Periyotlar) için

Mod şekilleri için

13

Modal AnalizYapı deplasmanı her bir moddaki deplasmanın birleşimi şeklinde ifade edilir. Her modda yapı tek dereceli bir sistem gibi analiz edilir, elde edilen kuvvet ve deplasman modların katılımı (ağırlığı) oranında birleştirilir.

i’nci modda TSDS denklemi:Modal katılım faktörü

14

Modal Analiz Adımları

1- Rijitlik ve Kütle Matrislerini oluştur2- Özdeğer problemini çöz3- Her bir modda TSDS için sistemi çöz

Davranış spektrumu kullanılıyor ise her bir modda etkin yatay kuvvet dağılımı altında sistemi çöz

4- Her bir moda ait sonuçları (deplasman, iç kuvvet vb.) birleştir (SRSS/CQCC).

15

Elastik Ötesi DavranışŞiddetli depremlerde yapının elastik ötesidavranışına izin verilerek ekonomi sağlamakmümkündür.

F1

F2

F3

Kat Ötelenmesi,

Vb

E

S

16

Enerji TüketimiElastik ötesi davranış esnasında deprem tarafındanyapıya sunulan enerji, elastik ötesi davranış ile tüketilir.

17

Yük

Deplasman

Fy

ΔuΔy

μ = Δu / Δy

Et = Fy Δy (μ – 1 )

Ey = Fy Δy (μ – 1/2 )

Enerji tüketimi deplasman yapabilme kapasitesi (süneklik) ile oranlıdır!

Plastik MafsalAzami moment bölgelerinde (deprem durumu için kolon ve kiriş uçlarında) doğru tasarım ve detaylandırma ile enerji tüketiminin etkin olarak (yük taşıma kapasitesinde fazla düşüş olmadan deformasyon kapasitesine sahip) yapılabileceği bölgelerdir.

18

Plastik Mafsal

• Klasik Mafsaldan Farkı:– Klasik Mafsal Mi=0 iken dönme – Plastik Mafsal Mi=Mri iken plastik dönme

• Enerjinin çoğu plastik mafsalda tüketilir• Plastik Mafsal olan kesitte büyük deformasyon

istemlerinin karşılanabilmesi gerekir.

19

Süneklik

• Bir malzeme, kesit, taşıyıcı eleman veyayapının, taşıma gücünde önemli bir düşmeolmadan deformasyon yapabilme yeteneğidir.

• Betonarme binalar, şiddetli bir depremdeancak yeterli enerji tüketerek ayaktakalabilirler.

• Bina süneklik seviyesi elemanların süneklikseviyesi ile belirlenir

20

Kirişlerde Süneklik

• Çekme donatısı oranına bağlıdır.

21

Kirişlerde Süneklik• Basınç donatısı oranına bağlıdır.

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Mom

ent (

kN-m

)

Eğrilik (rad/km)

r'=0

Kiriş 300×600 mm d=560 mmfc=20 MPafy=420 MPa fsu=525 MPaetriye f8/100

r'=1/3r

r'=r

22

Kirişlerde Süneklik Artışı

23

- Düşük donatı oranı (mümkün olamayabilir)- Düşük dayanımlı çelik (kenetlenme davranışı yetersiz,

mümkün olamayabilir)- Basınç donatısı (Sağlanmalı)- Ezilme birim uzamasının artırılması (Sargı ile mümkün)

Sargı Etkisi

• Beton yarı gevrek bir malzemedir.• Sünekliğinin artırılması gereklidir.• Sargı ile (kapalı etriye veya fret, lifli polimer) pasif

yanal basınç çekirdek betona uygulanır.• Yanal basınç, betonun dayanımını ve özellikle

sünekliğini önemli oranda artırır.

24

Kolonlarda Süneklik

• Süneklik, eksenel yük arttıkça azalır.• Eksenel yük arttıkça çekme donatısının

akmasından kısa bir süre sonra en dış basınç lifindeki beton ezilir. Sonrasındaki davranış sargı miktarına bağlıdır.

• Yüksek eksenel yükler altında ise (basınç kırılması), çekme donatısı akmadan beton ezilir (gevrek kırılma).

25

Kolonlarda Süneklik

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Mom

ent (

kN-m

)

Eğrilik (rad/km)

sargı f8/200

Kolon 300×300 mmfc=20 MPafy=420 MPa fsu=525 MPart=0.014N=850 kN

sargı f8/100

26

Kolonlarda Süneklik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Mom

ent (

kN-m

)

Eğrilik (rad/km)

sargısız

Kolon 500×500 mmfc=20 MPafy=420 MPa fsu=525 MPart=0.029N=1200 kN

sargılı 2- f10/100

27

Kolonlarda Süneklik

28

%3

Sünek Kolonlar

29

Betonarme Eleman Güç Tükenmesi• Beton ezilmesi (sargı ile çekirdekte yüksek birim

uzamalar mümkün)• Etriye kopması (sargılı kesitte ezilme noktasını belirler)• Boyuna donatı kopması (ileri deformasyonlarda görülür)• Boyuna donatı burkulması (etriye aralığına bağlı)

30

s (etriye aralığı)

d (donatı çapı)

Basit mesnetli durum için ve Esh ≈0.05 Es, fy = 420 MPa, Es=200000MPa

s / h ≤ 1/4 !

Kapasite Tasarımı İlkeleri

• Potansiyel plastik mafsal bölgeleri belirlenir veazaltılmış deprem istemlerini karşılayacakkapasite ve süneklik düzeyi için tasarlanıpdetaylandırılır.

• İstenmeyen göçme modları (kesme, ankraj) içingereken kapasite azami olası istemlerdüşünülerek sağlanır.

• Enerji tüketimi için uygun olmayan gevrekelemanlar elastik olarak tasarlanır.

31

Kolonlarda Kesme Kuvveti Hesabı

cwr

cdwe

re

de

n

üae

VVVfAV

VVVV

MMV

22.0

32

MüVe

VeMa

n

Kolonlarda Kesme Dayanımı

• Kolon sarılma bölgelerindeki enine donatı hesabında– Sadece deprem yüklerinden oluşan kesme

kuvvetinin depremli durumdaki toplam kesme kuvvetinin yarısından daha büyük olması ve

– Nd ≤ 0.05 Ac fck

Vc = 0

33

Kısa Kolon

34

Kısa Kolon

• Taşıyıcı sistem nedeni ile• Dolgu duvarlarında kolonlar arasında

bırakılan boşluklar nedeni ile

• Yüksek Kesme Kuvveti = Gevrek Kırılma

35

Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş

36

Yüksek Süneklik ve Enerji Tüketimi için Basit Kurallar

37

• Eksenel yük düşük tutulmalı (N≤No/3)• Potansiyel plastik mafsal bölgelerinde yeterli sargı

sağlanmalı (ρs ≥ 0.005)• Plastik mafsallarda etriye sıklaştırılmalı (s/h ≤ 1/4)• Kesme açıklığı / Eleman serbest boyu ≥3.5• Gevrek göçme durumlarının (kolon-kiriş birleşim

bölgelerinde) engellenmesi için kapasite tasarımı ilkeleri uygulanmalı

Deprem Yönetmeliği Performans Hedefleri

1.2.1 – Bu Yönetmeliğe göre yeni yapılacak binaların depreme dayanıklı tasarımının ana ilkesi;

• hafif şiddetteki depremlerde binalardaki yapısal ve yapısal olmayan sistem elemanlarının herhangi bir hasar görmemesi,

• orta şiddetteki depremlerde yapısal ve yapısal olmayan elemanlarda oluşabilecek hasarın sınırlı ve onarılabilir düzeyde kalması,

• şiddetli depremlerde ise can güvenliğinin sağlanması amacı ile kalıcı yapısal hasar oluşumunun sınırlanmasıdır.

• Mevcut binaların değerlendirmesi ve güçlendirilmesinde esas alınan performans kriterleri Bölüm 7’de tanımlanmıştır.

38

Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı

• Yeterli Kapasite → Azaltılmış deprem yükleri için dayanım

)()(

1

1

TRTAWV

at

•Uzun periyotlu yapılarda eşdeğer deplasman kuralı

• Kısa periyotlu yapılarda dayanım fazlası

R=1.5

39

Betonarme Deprem Tasarımı • Yeterli Süneklik → Detaylandırma ve kapasite tasarımı

40

- En büyük olası eğilme kapasitesi, Mp kullanarak kesme tasarımı

- Eksenel yük limiti N<0.5 fck Ac

- Etriye sıklaştırması, deprem çirozu

Örnekler:

Betonarme Deprem Tasarımı

• Yeterli Rijitlik → Performans hedeflerinin sağlanması için deformasyon kontrolü

41

-Kat ötelenme oranı sınırı:

-İkinci mertebe etkileri:

Mevcut Binalar

Mevcut binalar, yeni tasarım için yönetmelikte verilen aşağıdaki hususlar ile uyum göstermeyebilir:

- Malzeme dayanımı- Boyutlandırma- Detaylandırma

Bu durumda bina, hedef performansı sağlayacak deprem davranışını sergileyemez.• Rmevcut ≠ Rtasarım

• Dayanım Fazlası ≠ 1.5• Tasarım depreminde hedef performans sağlanamayabilir.

42

Mevcut Binalar

• Deplasman/süneklik/enerji tüketimi ile hasar arasındaki ilişkiyi dikkate alabilen tasarım yaklaşımları önerebilir miyiz?

- Maliyet-performans ilişkisini belirleyebiliriz.- Deprem sonrası kayıpları tahmin edebiliriz.- Doğru önlemleri alarak risk planlaması

yapabiliriz (Riskli Bina Tespiti).

43

Performansa Dayalı Tespit• 1995 yılında SEAC tarafından yayımlanan VISION 2000 ile performansa dayalı

tasarım için ilk somut adım atıldı.• ATC (1996), NEHRP (1997), FEMA-356, ASCE-SEI-41 gibi diğer dökümanlar

bunu takip etti.

Tasarım Depremi

Servis Depremi

Nadir/En Büyük Deprem

Tam Fonksy. Fonksy. Can Güv. Göçme Öncesi

44

Göçmeye yeterli güvenlik payıGöçmeye çok yakın

Can Güvenliği

Göçme Öncesi

Can Güvenliği

Göçme Öncesi

Yatay yük taşıma kapasitesinin kaybolduğu deformasyon seviyesinin %75’i

Eksenel yük taşıma kapasitesinin kaybolduğu deformasyon seviyesinin %75’i

45

İki Ayrı Kavram:Deprem Tehlikesi ve Riski!

• Deprem Tehlikesi: Bir bölgede belirli bir seviyenin üstünde deprem istemi oluşma olasılığı

• Deprem Riski: Bir bölgede beklenen deprem sebebi ile ekonomik kayıp oluşma olasılığı

Alaska: Yüksek tehlike, düşük riskNew York: Düşük tehlike, yüksek risk Yeni Yönetmelik ile amaç tehlike durumunda risk yaratacak binaları belirleyip, önlemleri almak!

46

Riskli Bina Tespit Yönetmeliği

• Amaç:Riskli binaları hızlı, güvenli, gerçekçi, mühendislik camiasının aşina olduğu yöntemler ile belirlemek

• (Deprem tehlikesi altında yüksek) Riskli Bina:Bulunduğu bölge için DBYBHY’de tanımlanan

Tasarım Depremi altında yıkılma veya ağır hasar görme riski bulunan bina Riskli Bina olarak tanımlanır. Riskli binanın tespiti için uygulanacak değerlendirme kuralları bu esaslarda verilmiştir.

47

Riskli Bina Performans Seviyesi

Tasarım Depremi

Servis Depremi

Nadir/En Büyük Deprem

Tam Fonksy. Fonksy. Can Güv. Göçme Öncesi

RİSKLİH<25 m

48

RİSKLİH>25 m

Son Söz• Mevcut Yapı Değerlendirmesi Bileşenleri:

- Veri toplama (malzeme, geometri, detay)- Yapısal analiz- Değerlendirme

• Tüm bileşenler yeni yapı tasarımına göre belirsizlikleri artırıyor.- Veri toplama:Sınırlı- Yapısal analiz: Varsayımlar- Değerlendirme: Eleman detay farkları sebebi ile perf. tahmin sorunları

• Mevcut yapı değerlendirmesi yeni tasarım kadar şablon yapılamaz• Varsayımlar, sonuçlar ve nihai karar mühendislik bilgisi ve etik kurallar

çevresinde irdelenmeli

49