Büyük Boşluklu Betonarme Kirişlerin Statik ve Betonarme Analizi
Büyük Boşluklu Betonarme Kirişlerin Statik ve Betonarme Analizi: Teorik Temeller, Hesap Yöntemleri ve Mühendislik Yaklaşımları
1. Giriş
Modern yapı projelerinde, tesisat hatlarının taşıyıcı sistem içerisinden geçirilmesi gereksinimi, mühendislik açısından önemli bir sorun teşkil etmektedir. Sıhhi tesisat, elektrik kabloları, havalandırma kanalları ve kalorifer boruları gibi altyapı unsurlarının kiriş gövdelerinden geçirilmesi, mimari açıdan daha düzenli ve estetik çözümler sunarken, yapının statik dengesini de doğrudan etkilemektedir.
Kiriş gövdelerinde boşluk bırakılması, yapıların tavan yüksekliğinden maksimum düzeyde faydalanma imkânı sağlarken, tesisat hatlarının dolaylı yollarla taşınmasından kaynaklanan maliyet ve enerji kayıplarını da azaltmaktadır. Ancak, bu boşlukların kirişlerin taşıma kapasitesine, kesme dayanımına ve stabilitesine etkilerini göz önünde bulundurmak gerekmektedir. Özellikle büyük boşlukların oluşturulması, kesme kuvvetlerinin dağılımını ve moment taşıma kapasitesini önemli ölçüde değiştirebilir.
Bu çalışmada, büyük boşluklu betonarme kirişlerin statik ve betonarme analiz süreçleri detaylı bir şekilde incelenecektir. Boşlukların yapı üzerindeki etkileri, bu etkilerin analitik yöntemlerle nasıl hesaplanacağı ve mühendislik uygulamalarında dikkate alınması gereken tasarım ilkeleri ele alınacaktır.
2. Büyük Boşluklu Betonarme Kirişlerin Yapısal Davranışı
Betonarme kirişlerde bırakılan boşluklar, büyüklüklerine göre iki ana kategoride incelenir: küçük boşluklar ve büyük boşluklar.
Küçük boşluklar, kiriş yüksekliğinin yarısından daha küçük olan boşlukları ifade eder. Bu tür boşlukların çevresine uygun donatı detayları yerleştirildiğinde, yapının taşıma kapasitesi üzerinde önemli bir etki oluşturmadığı gözlemlenmiştir. Betonarme kirişlerde küçük boşlukların etrafına, boşluklu kesitte oluşan çekme veya basınç kuvvetlerini dengeleyecek miktarda donatı eklenmesi genellikle yeterli olmaktadır.
Büyük boşluklar ise, kiriş yüksekliğinin yarısından daha büyük boyutlara sahip olan boşluklardır. Büyük boşlukların varlığı, kirişin gövdesinde kesme kuvvetlerinin yeniden dağıtılmasına ve başlık elemanlarının eksenel yükleri taşımada daha fazla sorumluluk üstlenmesine neden olur. Kirişin gövdesinde bulunan bu tür boşlukların yapıya etkilerini değerlendirmek için analitik ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Mansur ve Tan tarafından gerçekleştirilen çalışmalarda, büyük boşlukların kirişin moment-deformasyon ilişkisi üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğu, göçme modlarının boşluğun konumu ve boyutlarına göre değişkenlik gösterdiği ortaya konmuştur.
3. Büyük Boşluklu Betonarme Kirişlerin Statik Analiz Süreçleri
Büyük boşluklu betonarme kirişlerin statik analizleri, geleneksel betonarme elemanlardan farklı bir yaklaşım gerektirir. Kiriş gövdesindeki boşlukların varlığı, kesme kuvveti ve moment taşıma kapasitelerinde yerel zayıflıklara yol açabileceğinden, analizlerde bu etkilerin detaylı olarak incelenmesi zorunludur.
İlk olarak, yapının taşıdığı yükler ve bu yükler nedeniyle kiriş üzerinde oluşan kesit tesirleri belirlenmelidir. İzostatik sistemlerde bu hesaplamalar doğrudan yapılabilirken, sürekli kirişler için Rijitlik Matrisi Metodu kullanılarak farklı yükleme senaryoları altında davranış analizi gerçekleştirilir.
Statik analiz sürecinde, boşlukların konumlarına göre kesit rijitliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Betonarme kirişlerde boşluklu kesitler için rijitlik hesabı yapılırken, brüt kesitin atalet momentinden boşluk bölgesinin atalet momenti çıkarılır ve eşdeğer kesit rijitliği elde edilir. Bu hesaplama sırasında Eğilme Rijitliği (EI) ve Kayma Rijitliği (GA) değerleri dikkate alınır.
4. Mukavemet Boyutlandırması ve Göçme Mekanizmaları
Mukavemet boyutlandırması aşamasında, boşluk çevresindeki başlık elemanlarının taşıma kapasitesi analiz edilir. Büyük boşluklu betonarme kirişlerde, moment ve kesme kuvvetlerinin taşınmasında başlık elemanları kritik rol oynar.
Başlık elemanlarına etki eden eksenel kuvvetler, boşluk boyunca moment taşıma kapasitesini belirler. Boşluğun ortasındaki moment, başlık elemanlarının ağırlık merkezleri arasındaki mesafeye bölünerek bu kuvvetler hesaplanır. Ayrıca, kesme kuvvetleri, başlık elemanlarının atalet momentlerine oranlanarak dağıtılır.
Göçme mekanizmalarının incelenmesinde, boşluk çevresindeki donatıların akma sırası önemlidir. Plastik mafsal oluşumu, özellikle boşluk kenarlarında meydana gelir ve kirişin taşıma kapasitesini sınırlar. Yapılan deneysel çalışmalarda, büyük boşluklu kirişlerde göçmenin genellikle başlık elemanlarının burkulması veya kesme çatlağı oluşumu ile başladığı gözlemlenmiştir.
5. Boşluklu Kirişlerde Donatı Düzenleme İlkeleri
Boşluklu betonarme kirişlerde donatı detaylandırması, boşluk çevresindeki kesme gerilmelerini karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır. TS 500’e göre, boşluk çevresindeki başlık elemanlarının eğilme kapasitesi için uygun boyuna donatı düzenlenmeli, kesme kuvvetlerinin karşılanması için diyagonal donatılar kullanılmalıdır.
Boşluk kenarlarında, düşey etriyeler ile diyagonal donatı kombinasyonu önerilmektedir. Diyagonal donatıların, boşluğun köşelerinde simetrik olarak yerleştirilmesi, yüklemelerde meydana gelebilecek tersine dönme etkilerine karşı koruma sağlar. Yapılan araştırmalar, kayma kapasitesinin en az %75’inin diyagonal donatılar tarafından karşılanmasının, boşluk çevresindeki çatlakların genişlemesini önlediğini göstermektedir.
6. Kullanılabilirlik Kriterleri: Çatlama ve Sehim Analizi
Betonarme elemanlarda kullanılabilirlik performansı, yapının servis yükleri altında istenilen işlevi sürdürebilme kapasitesi ile ilgilidir. Çatlama kontrolü ve sehim hesaplamaları, büyük boşluklu kirişlerde özel olarak ele alınmalıdır.
Çatlama kontrolünde, boşluk köşelerinde oluşan çekme gerilmeleri kritik öneme sahiptir. Boşluk çevresinde kullanılan diyagonal donatılar, bu gerilmeleri dengeleyerek çatlakların genişlemesini sınırlar. Betonarme elemanlarda çatlak genişliği, TS 500 yönetmeliğinde belirlenen sınır değerleri aşmamalıdır.
Sehim analizinde, boşluklu kesitin rijitliğinin geleneksel kesitlerden farklı olduğu göz önünde bulundurulmalıdır. Betonarme kirişlerde boşluklu kesitler için atalet momenti değerlerinin yeniden hesaplanması ve çatlamış kesitlerin rijitlik özelliklerinin dikkate alınması gerekmektedir.
7. Sayısal Uygulama: Büyük Boşluklu Kirişin Analizi
Çalışma kapsamında, üç açıklıklı ve orta açıklığında büyük dikdörtgen boşluk bulunan bir betonarme kirişin analizi yapılmıştır. Beton sınıfı C20, donatı çeliği S420 olarak seçilmiş ve kiriş üzerinde statik ve betonarme hesaplamalar gerçekleştirilmiştir.
İlk olarak, kirişin statik analizi yapılmış ve boşluk etkisi nedeniyle kiriş gövdesinde kesme kuvveti dağılımlarının değiştiği gözlemlenmiştir. Mukavemet boyutlandırması aşamasında, boşluk çevresinde başlık elemanlarının normal kuvvet taşıma kapasitesi belirlenmiş ve gerekli donatı detaylandırması yapılmıştır.
Yapılan analiz sonuçlarında, kirişin kısa ve uzun süreli sehim değerlerinin TS 500 sınırları içinde kaldığı, boşluk çevresinde donatılan diyagonal elemanların çatlak oluşumunu başarılı bir şekilde engellediği tespit edilmiştir.
8. Sonuç ve Değerlendirme
Büyük boşluklu betonarme kirişlerin statik ve betonarme analizleri, geleneksel kiriş tasarımlarına göre daha karmaşık süreçler içermektedir. Yapı içerisinde tesisat hatlarının geçirilebilmesi amacıyla oluşturulan boşlukların, kiriş gövdesinin taşıma kapasitesi üzerindeki etkileri detaylı olarak incelenmelidir.
Yapılan çalışma sonucunda, büyük boşluklu betonarme kirişlerin performansını artırmak için şu temel ilkeler belirlenmiştir:
- Boşluk çevresinde diyagonal donatıların kullanılması, kesme gerilmelerinin dengelenmesinde etkili olmaktadır.
- Gövdesinde büyük boşluk bulunan kirişlerde, başlık elemanlarının narinlik kontrolü yapılmalı ve gerektiğinde rijitliği artırıcı önlemler alınmalıdır.
- Kullanılabilirlik kriterleri açısından sehim ve çatlak genişliği kontrolleri, standartlara uygun şekilde gerçekleştirilmelidir.
Gelecekte yapılacak araştırmalarda, farklı boşluk geometrileri ve başlık elemanlarının rijitlik değişimlerinin yapı performansı üzerindeki etkileri incelenebilir.
Kaynakça
- Elçi, H. (1998). Boşluklu Betonarme Kirişlerin Davranışı.
- Mansur, M.A., Tan, K.H. (1996). Reinforced Concrete T-Beams with Large Web Openings.
- TS 500 (2000). Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları.
- ACI 318R-95 (1995). Structural Concrete Design Standards.
Anahtar Kelimeler: Büyük Boşluklu Kirişler, Statik Analiz, Betonarme, Mukavemet, Yapı Mühendisliği
Erhan Baytak, Yüksek İnşaat Mühendisi, 2025
- 0 Yanıtlar
Üzgünüm, cevap bulunamadı.
Yanıtlamak için giriş yapın.