GÜÇLENDİRME YÖNTEMLERİ
Betonarme kolonlanrın güçlendirilmesi onların eksenel yük, moment ve kesme kuvveti taşıma güçlerinin artırılmasıdır. Bu işlem genellikle ya betonarme kesitin artırılması, kolona yeni donatılı en kesit eklenmesi yada kolonun çelik bir kafes içine alınarak betona yandan destek verilerek taşıma gücünün artırılmasıdır. Konulan çelik çerçeve de düşey yük taşıma gücünü artıracaktır. Betonarme kesitin artırılması ya kolonun bütün çevresinde olur buna "mantolama" yada "gömlek geçirme" denir; ya da kolonun yalnızca iki kenarına yeni kesitler eklenir. Bu yöntem de "kanat ekleme" olarak nitelenir. Çelik kafes içine alarak güçlendirmede birbirinden farklı iki malzemenin birlikte çalışması için çelik kafes ile beton arasında tam bir yapışma ve çelik kafesin kolonun eksenel yükünden payı alacak biçimde kirişlere de bağlanmasıdır.
MANTOLAMA
Betonarme kolonun betonarme elemanlarla onarımı ya da güçlendirilmesi kolonun beton en kesidinin ve boyuna donatısının artırılmasıdır. Donatı miktar olarak artırılır ancak yüzde olarak aynı kalabilir ya da artırılabilir. Mantolamada üzerinde durulacak ayrıntılar eski ve yeni betonun kaynaştırılması, yeni boyuna donatı ile eski boyuna donatının ankrajı olarak sıralanabilir. Güçlendirmede en önemli nokta kolona eklenen bölüme eski var olan bölümden yük aktarılmasıdır. Mantolamanın temel amacı kolonun düşey yük taşıma kapasitesini artırarak düşey yüklere karşı güvenlik payını yükseltmektir. Eski ve Yeni Betonu Kaynaştırma Kolon güçlendirmesinde kolonun üzerindeki hasarlı bölümler etriyeler ve boyuna donatı ile belirlen kolon "çekirdek" bölümüne kadar kazınmalıdır. Var olan beton varsa basınçlı su ile yıkanarak toz ve gevşek malzemeden temizlenmelidir. Mantolama sırasında eklenen yeni bölümlerin kalınlığı 5 ya 10 cm olacaktır. 5 cm kalınlığında gömlek geçirme ile küçük kolonlarda (25 x 25 cm) % 96, büyük kolonlarda (40 x 40 cm) % 56 kadar en kesit artışı olmaktadır. Buna karşılık 10 cm’lik gömlek geçirme ile küçük kolonlarda % 224, büyÜk kolonlarda ise % 125 en kesit artışı sağlanmaktadır. Bu açıdan pek çok durumda 5 cm ‘lik gömlek geçirme ile önemli miktarda düşey yük taşıma kapasitesı artışı sağlanabilecektir. Eski ve yeni betonu kaynaştırmak için daha önce verilen "eski ve yeni betonu kaynaştırma yöntemleri" kullanılabilir. Var olan kolonun betonunda açılacak dişlerin kuvvet aktarmaya olumlu katkısı vardır. Eski ve yeni betonu kaynaştırmak için betonda diş açılması yanında eski kolonun çekirdeğinin içinden geçen çiroz etriyelerde yararlı olur. Donatıların Bağlanması ve Ankrajı Kolonun eski ve yeni mantolanan bölümdeki donatıları arasındaki bağlantı [ Şekil-2 ] ‘de verilen yöntemlerle yapılabilir. [ Şekil-2 ] ‘den görüleceği gibi donatıların birbirine bağlantısı esnek ya da rijit bağlantıdan biri olacaktır. Rijit bağlantı 5 cm kalınlığında, esnek bağlantı ise 1O cm kalınlığında gömlek geçirmede uygulanmalıdır. Kolon güçlendirmesinin bir başka ayrıntısı da kolon boyuna donatılarının ankrajıdır. Bodrum katta mantolanan bölümün boyuna donatıları temel pabucunda açılacak yuvalara [ Şekil-a16 ]‘da gösterilen biçimde özel harçlı olarak yerleştirilebilir. [ Şekil-3 ] ‘de mantolama işleminin üst katlarda da yapılması durumunda kat düzeyini geçerken boyuna donatıların bindirme ayrıntısı verilmektedir. Mantolama işlemi üst katta devam etmiyorsa kolon boyuna donatılarının üst uçlarının ankrajlanmasında [ Şekil-4 ] de gösterilen yöntemler uygulanabilir. [ Şekil-4 ] ‘de sol tarafta görülen yöntem mekanik ankraj olarak nitelenebilir. Sağ taraftaki yöntem ise betonun içinde ankraj olarak nitelenebilir. Burada da boyuna donatının bindirildiği yerlerde kaynaklanması gerekir. [ Şekil-5 ] ‘de ise köşebentlerle kaynaklı olarak yapılan bir başka tür kolon boyuna donatısının ucunun mekanik ankraj biçimi verilmektedir (Tankın, Ersoy ve Aksan 1989). Güçlendirme için yeniden eklenen bölümlerde enine donatıların bağlanması ve betonu ve boyuna donatıları sıkıca sarması gerekir. Bilindiği gibi etriyelerin, boyuna donatıların burkulmalarını önlemek, kesme gerilmelerini taşımak, betonu sararak yanal destek sağlayarak basınç dayanımını artırmak gibi görevleri vardır. Bunun için yeniden sarılan etriyelerde bir bolluk olmaması gerekir. Bu amaçla konulacak etriyelerin uçlarında bindirmeli kanca yerine kaynak ya da bidonla sıkıştırmalı bağlantı yapmak çok daha etkili olacaktır. Bu ayrıntılar [ Şekil-6 ] ‘da verilmektedir. Bu arada enine donanım dairesel fret biçiminde olması daha etkilidir. Kolona eklenecek yeni mantoda etriye ve boyuna donatı olarak hasır çelik de kullanılabilir. [ Şekil-7 ] ‘de eklenen yeni beton kesitte hasır çelik kullanılmış en kesit görünüşü verilmektedir. Bu biçimde mantolama [ Şekil-9 ] ‘da gösterilen kolonun kesme kuvveti taşıma gücünü artırmayı öngören bir onarım için uygundur.
Mantolama İle Kolon Güçlendirmesi Üzerine Öneriler
1- Kolonların betonarme mantolama ile güçlendirilmesinde boyuna donatı yüzdesi % 1′den az olamayacağı gibi, % 1′in çok üzerine de çıkılmamalıdır. Çünkü donatı yüzdesi % 1 olan kolonların sünek davranan en ekonomik donatı yüzdeli kolonlar olduğu deneysel olarak çıkarılmıştır.
2- Mantolama ile kolon güçlendirmesi için gereken en kesit ve donatı miktarının hesabı yapılabilir. Bu hesap yaklaşımı ile gereken en kesit hesabı ve seçilen et kalınlığı ve donatının taşıyabileceği yük hesaplanmalıdır. Yeni eklenen bölüm ile eski bölüm arasında tam bir kaynaşma, kuvvet aktarımı, olmasını beklemek gerçekçi olamaz.Bu nedenle güçlendirme için eklenen bölümün yük taşıma kapasitesinin teorik olarak hesaplanan miktarının en çok % 70′inin pratik olarak kullanılabileceği düşünülerek gereken en kesit ve donatı miktarı seçimi yapılmalıdır.
3- Beton kabuğu tümü ile dökülmüş, boyuna donatıları burkularak eğilmiş, bazı etriyeleri açılmış kolonların, bir diğer deyişle mafsallaşmanın son aşamasında ( [ Şekil-8 ] ) kolonlarında onarımı yapılabilir. Önce bütün paralanmış beton temizlenir. Bu arada kolonun askıya alınmış olması gerekir Kolon askıya alındığı zaman üzerindeki yük kalkmış olan boyuna donatılar kendiliğinden düzelebilir ya da burkulmuş boyuna donatılar ısıtılarak ya da başka yöntemlerle düzeltilir. Isıtma ile donatı düzeltilmesinde demire uygulanan ısı 500°C den fazla olmamalıdır. Düzeltilen boyuna donatılara yeni donatı parçaları [ Şekil-8 ] ‘de gösterildiği gibi kaynakla eklenir. Bu eklenen yeni donatıların çapları eski düzeltilmiş donatıların aynısı olabileceği gibi daha büyük çaplı donatı da konulabilir. Daha sonra bu bölüme yeniden sık aralıklarla ve çift etriye yerleştirilir. Son olarak bu bölüme yüksek dayanımlı beton doldurulur. Betondaki agrega boyutlarının büyük olmaması betonun bütün donatıları sarabilmesi için gereklidir. Kolondaki mafsallaşmanın derecesine göre bu onarım biçiminin çeşitli aşamaları vardır. Eğer boyuna donatı burkulup üzerindeki beton dökülmemiş ise yalnızca parçalanmış beton temizlenip bir miktar daha yeni etriye eklenmesi ve yeniden betonlama ile yetinilebilir. Bu onarım yönteminin etkinliğini belirlemek için yapılan deneylerde kolonların hasar öncesi dayanımlarının yeniden sağlanabildiği laboratuvar koşullarında gözlenmiştir (Augusti ve diğerleri 1980}.
4- Kolonların güçlendirilmesi sırasında kullanılacak betonun agrega boyutları hem eklenen en kesit alanının et kalınlığına hemde boyuna donatılar arasındaki aralığa bağlıdır. Genellikle kullanılan agreganın en büyük tane çapı, bu sözü edilen et kalınlığının yarısından büyük olmamalıdır. Yoksa donatıların arasına beton girmez, donatı ile tam olarak sarılmaz ve donatı ile beton arasındaki kenetlenme (aderans) gerçekleşmez.
5- [ Şekil-9a ]‘da gösterilen biçimde onarım ile kolonun kesme kuvveti taşıma kapasitesi artarken moment ve eksenel yük taşıma gücünde bir artış olmaz. Buna karşılık [ Şekil-9b ]‘deki gibi bir onarım ile mantolanmış bölüm boyuna donatılarının mevcut kolon boyuna donatıları ile bağlantısı sağlanmış ise kesme kuvveti taşıma gücünün artışı yanında moment ve eksenel yük taşıma gücünde de artışlar beklenmelidir. Ancak moment taşıma gücünü artırmak için kolon güçlendirilmesi öngörülmemektedir. Bu amaç için çerçeve açıklıklarına perde duvar yerleştirme yöntemi kullanılmalıdır.
6- Tankut ve Diğerleri (1989) yaptıkları deneylerde hasarsız kolonların güçlendirilmesinde kolon yükünün askıya alındığı ve onarımın yük altında yapıldığı durumlarda mantolamanın etkinliğinin %90′a ulaştığını, hasarlı kolonlarda yapılan mantolama sonrası yükleme deneylerinde ise kolonun yükünün askıya alınarak yapılan mantolamanın % 80 etkili olduğu, kolonun askıya alınmadan yük altında mantolamanın yapıldığı durumlarda ise etkinliğin ancak % 50 kadar olduğu gözlenmiştir. Bu açıdan hasarlı kolon onarımının kesinlikle kolonun yükü askıya alınarak yapılması önerilmektedir.
BETONARME KOLONLARIN "KANAT" EKLENEREK GÜÇLENDİRİLMESİ Kolonlarda uygulanan bir başka güçlendirme biçimi kolonun iki yanına kanat biçiminde perde duvar eklenmesidir ( [ Şekil-10] ). Bu yöntem ile perdenin yatay donatısı kolonun yatay donatılarına kaynaklanmaktadır. Daha sonra betonlama ile eski kolon betonunun yeni perde betonu ile tek parça olarak birlikte çalışması sağlanmaktadır. Kanat eklenerek takviye edilmiş kolonlar üzerinde Ohkubo (1991) tarafından yapılan deneylerde kanatsız ve kanatlı kolonun yatay yükler altında davranışı incelenmiştir. Kanat eklenmiş kolonlar ya eğilme etkisinden ya da kesme etkisinden kırılmaktadır. Kolonlara kanat eklenmesi ile hem moment hemde kesme kuvveti taşıma gücü 2-3 kat artmaktadır. İnce olan kanatlardaki basınç bölgesi betonunun etriyelerle kısıtlanması oldukça güç olduğu için genellikle süneklik artışları az olmaktadır. Ancak Bush ve Diğerleri (1986) yaptıkları deneylerde kolona ekledikleri kanatlar ( [ Şekil-11 ] ), kolon kalınlığında olduğu ve çekirdek betonu etriyeler ve boyuna donatı ile iyi sarıldığı ve de eklenen bölüm ile eski bölümler arasında tam bir yapışma sağladıkları için yüksek süneklik gerçekleşmiştir ( [ Şekil-12 ] ). Bu nedenle kolonlara kanal eklenerek dayanım ve sünekliğiu artırılması için
1) eklenen kanatlarla kolon bir perdeye dönüştürülmeli,
2) kanalların uçlarında özel olarak kısıtlanmış uç elemanları olmalı,
3) kanatların kalınlığı uçlardaki beton çekirdek alanının etriyelerle kısıtlayabilecek kadar olmalı ve
4) kanat çekirdek betonu alanı toplanı kanal alanına yakın olmalıdır. Kanat eklenmiş kolonların davranışı başlangıçta perde duvar davranışına yaklaşmakta daha sonra kanatların hasarının gelişmesinden sonra kanatsız kolonun davranışına yaklaşmaktadır ( [ Şekil-13 ] ).
ÇELİK KAFES İÇİNE ALINARAK GÜÇLENDİRME
Betonarme kolonların güçlendirilmesi kolonu profil demirlerle bir kafes içine alma yöntemi ile de yapılabilir ( [ Şekil-14 ] ). Bu yöntem ile kolonun moment ve eksenel yük taşıma kapasitesinde önemli bir artış olmamaktadır. Ancak çabuk yapılabilen ve hasarlı kolonun artçı depremlerde daha çok hasar görmesini önleyen ve kolonun paralanıp dağılmasını engelleyen ve kolon betonuna yanal destek vererek dayanımı artıran bir onarım-askıya alma yöntemi olarak uygulanabilir. Kolonun çevresine yapılacak çelik kafes de köşebent yada lama kullanılabilir ( [ Şekil-15 ] ). Çelik kafes ile betonun birbirine çok sıkı dokunması gerekir.
KOLONLARIN GÜÇLENDİRME YÖNTEMLERİNİN ETKİNLİĞİ [ Şekil-16 ]‘da değişik kolon güçlendirme yöntemlerinin karşılaştırmalı etkinliği verilmektedir. Öndökümlü pano eklenmesi, çelik kafes içine alma, betonarme mantolamadan daha etkin görünmektedir. Çelik lama ya da karbon lifi ile sarma önemli bir kesme kuvveti taşıma gücü artışı sağlamadığı görülmektedir. Suleiman ve diğerleri (1991) yaptıkları tersinir moment ve eksene! yükler altında deneylerde onarılmış kolon deney örneklerinin rijitliğinin monolotik olarak aynı boyutta ve donatıda yapılmış olan deney örneklerine göre % 75 kadar daha az olduğunu gözlemişlerdir. Güçlendirilmiş, daha önceden hasar görmemişse, kolonlarda ise güçlendirmenin etkinliği monolitik olarak yapılmış kolonlardan farklı olmadığı gözlenmiştir. Bu deneylerde kolonlarda ki güçlendirilen en kesitin boyuna donatıları [ Şekil-5 ]‘de görüldüğü gibi ankrajlanmıştır. Tassios (1989) kolonların mantolanmasında değişik parametrelerin etkinliğini inceleyen çalışmalarında et kalınlığı 5 cm olan manlolamada, et kalınlığı 10 cm olan mantolamaya göre V- demirlerinin kuvvet aktarımına daha çok katkısı olduğunu, buna karşılık 10 cm et kalınlıklı mantolamada ise 5 cm et kalınlıklı mantolamaya göre eski ve yeni beton arasında sürtünmenin kuvvet aktarımına daha çok katkısı olduğunu görmüştür. Ancak kuvvet aktarımında V-demirlerinin katkısı her zaman daha çoktur. Eski ve yeni beton arasında, diğer bir deyişle manto ile eski bolüm arasında relatif bir kayma oluşunca, milimetre düzeyinde bile olsa, V-demirlerinin katkısı ile kuvvet aktarım miktarı artmaktadır. Burada [ Şekil-a9 ]‘da sözü edilen kama donatısı ile kuvvet aktarma olayı gerçekleşmektedir.
Kaynak:sismiktasarim.com
Bu sayfa hakkında yorum ekle: