Betonarme 1 Ders Notları
Dr. Erdal COŞKUN
İKÜ, Mühendislik Fakültesi
İnşaat Mühendisliği
Bölümü
Ders İçeriği
1. Betonarme elemanlar; döşeme; kiriş; kolon; temel; beton ve çelik; malzeme
bilgisi; davranış eğrileri; hasır donatı
2. Çatlama; aderans; beton ve çeliğin beraber çalışması; kenetlenme; donatı
ekleri
3. Yükler; sabit hareketli yükler; elverişsiz yükleme durumları; yüklerin
birleştirilmesi; güvenlik; sınır durumlar
4. Taşıma Gücü, dikdörtgen kesitte basit eğilme; parabol-dikdörtgen gerilme
yayılışı; gerilme bloğu; dengeli donatı; zayıf kuvvetli donatılı kesit; çift donatılı
dikdörtgen kesit
5. Tablalı kesit; etkili tabla genişliği; basit eğilme
6. Dikdörtgen kesitte M+N etkisi; karşılıklı etki diyagramları
7. Kesme kuvveti etkisi; eğik çekme gerilmeleri
8. Kesme kuvvetinin karşılanması; etriye ve pliye kullanımı; moment kapama
diyagramı
9. Burulma etkisi; kesme kuvveti ile burulma etkisi
10. Narin kolon davranışı
11. Narin kolonlarda moment büyütme yöntemi; elastik hesap kabulleri
12. Dikdörtgen kesitte elastik hesap; taşıma gücü ile karşılaştırma
13. Çerçeve; kolon-kiriş birleşimi; yeniden uyum ilkesi; konstrüksiyon bilgisi
Hakkında
Betonarmenin Tarihçesi
• 1756 yılında İngiliz mühendis John Smeaton, kireçtaşı ve kil karışımı ile elde ettiği suyla sertleşen bir tür çimento bulmuş ve 18. yüzyılda Eddystone Feneri’nin yapımında kullanmıştır.
• 1824 yılında Joseph Aspdin adındaki İngiliz duvarcı, bugün kullanılan çimentoyu bulmuş ve ürettiği çimentonun patentini alırken, rengi Portland’daki taşlara benzettiğinden, adını “Portland Çimentosu” olarak tescil ettirmiştir.
• 1848 ’de İngiltere’nin Kent şehrinde ilk Portland çimento fabrikası kurulmuştur.
• 1848 ’de Fransız J.L. Lamport, çimento, kum, çakıl ve su karışımından imal ettiği tekneyi karesel ağ oluşturan demir çubuklarla güçlendirmiştir.
• 1855 ’de Monier, 130 m3 kapasiteli betonarme su deposu yapmıŞTIR.
• Coignet 1882 ’de Paris kentinin kanalizasyon sistemindeki 5 metre çaplı tünel kaplamasını betonarme ile gerçekleştirmiştir.
• 1892 ’de Percy tarafından yapılan 14 m açıklıklı Stanford Üniversitesi müze binası 1906 Kaliforniya depremini önemli bir hasar olmadan atlatmıştır.
TÜRKİYE’DE İLK BETONARME YAPILAR
• 1906: Beyoğlu/ İstanbul’da bulunan Saint Antuan kilisesi Türkiye’deki ilk betonarme uygulamasıdır. İstanbul doğumlu İtalyan mimar Giulio Mongeri tarafından yapılmıştır. Dünyanın da ilk betonarme kilisesi olduğu sanılmaktadır.
• 1918: Türkiye’nin ilk çok katlı betonarme yapısı Lâleli/İstanbul’daki Crawne Plaza Otel binasıdır. Mimar Kemaleddin Bey’in eseridir.
• 1918- 1922 arasında inşaa edilmiştir, eski adı Tayyare Apartmanları idi. 4 adet olan bu Apartmanlar aynı zamanda Türkiye’nin ilk toplu konutlarıdır.
• 1924–1929 yılları arasında inşa edilen, İzmir’in eski itfaiye binası şehrin ilk betonarme yapısıdır.
BETONARMENİN KULLANILDIĞI YERLER
• Çok katlı yapılar
• Her tür yapı için temel
• Köprü
• Baraj
• İstinat duvarı
• Tünel
• Viyadük
• Beton yol, hava alanı kaplaması
• Bordür ve parke taşı
• Dekoratif kaldırım
• Elektrik direği
• Kazık, keson temel
• Bacalar (fabrika, termik santral)
• Çit
• Travers
• Temiz ve atık su borusu (büz)
• Su deposu
• Arıtma tesisi
• Su kanalları
• Silo
• Nükleer reaktör zırhı
• Nükleer atık depoları
• Sanat eserleri (heykel)
BETONARMENİN TANIMI
• Çimentoya uygun oranlarda kum, çakıl ve su karıştırılarak elde edilen betonun çekme kuvvetlerine karşı dayanıklı olmadığı anlaşılarak, bu malzemenin çelik (demir de denilebilir) çubuklarla donatılıp güçlendirilmesi yoluna gidilmiş ve oluşturulan malzeme Betonarme olarak adlandırılmıştır.
• Bu konuda ilk patent 1855’ de, çağdaş yapı sistemlerinin ve bunlarla ilgili hesap yöntemlerinin de öncülüğünü yapan Fransız mühendisler Coignet ve 1857’de Monier tarafından alınmıştır.
• Betonarmé, Fransızca’dan dilimize geçmiş bir kelime olup, ‘Donatılmış Beton’ demektir.
BETONUN ELASTİSİTE MODÜLÜ
• Normal ağırlıktaki betonlar için “j” günlük betonun elastisite modülü,
• Ecj = 3250 fckj +14000 (MPa)
denklemi kullanılarak hesaplanabilir. Bu denklemdeki fckj değeri, “j” günlük betonun karakteristik silindir basınç dayanımıdır.
Darbe yüklemeleri için bu denklemden elde edilen değerler %10 artırılmalıdır. 28 günlük beton esas alınarak, çeşitli beton sınıfları için hesaplanan Ec değerleri Beton sınıfları ve dayanımları tablosunda verilmiştir.
RÖTRE (BÜZÜLME)
• Taze veya prizini almamış betonun su kaybederek veya ortam ile sıcaklık farklarından dolayı büzülerek çatlak meydana gelmesi durumudur.
• Bu suyun azalmasına bağlı olarak plastik rötre, hidratasyon rötresi, kuruma rötresi gibi tanımlar yapılmaktadır.
• Sertleşmiş betonda su kaybı sonucu olduğu için beton artık eski haline gelemez. Plastik rötre beton katılaşıncaya kadar görülür. İlk birkaç saatte tamamlanır. Hidratasyon rötresi aylarca sürebilse de büyük ölçüde ilk üç ayda gerçekleşmektedir. Kuruma rötresinin ise normal yapılarda bir yılda tamamlanacağı söylenebilir. Betonlarda nihai (en son) rötre %0,1-0,5 civarındadır.
SÜNME (CREEP)
• Sünme, betonun sabit yük altında artan şekil değiştirme özelliği olarak tanımlanır.
• Kalıcı yükler altında betonda oluşan gerilmelerin basınç dayanımının % 40’ından az olduğu durumlarda, sünmenin gerilme ile orantılı olarak arttığı, gerilmenin daha fazla olduğu durumlarda ise bu orantının kaybolduğu ve sünmenin daha hızlı arttığı bilinmektedir. Sünme, ancak betonda basınç gerilmeleri oluşturan, kalıcı yükler altında meydana gelir.
SARGI ETKİSİ
Sargı betona uygular, beton sünekliğini artırır.
• Etriye serbest açıklığı azalırsa, süneklik ve dayanım artar. Bu boy çiroz veya etriye sayısı artırılarak azaltılır.
• Etriye/ Fret aralığı (adımı) «s» azaldıkça, süneklik ve dayanım artar
• Donatı kesiti artışı olumlu etki yapar
BETON ÇELİĞİ (DONATI)
Mekanik özellikler:
Elastisite modülü: Es=2x105 N/mm2 (MPa)
Poisson oranı η=0.30
Birim sıcaklık genleşme katsayısı: αs=10-5 1/C0
Kütle : ρ=7850 kg/m3
Üretim çapı Ø :
Yaygın: 6, 8,10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 mm Nadir : 25, 40, 50 mm
Hasır donatı için: 4, 4.5, 5, 5.5,..., 11, 11.5, 12, 14, 16 mm Üretim boyu L:
Donatı çubukları yaygın olarak L=12 m boyunda üretilir. Projelerde çubuk çapı Ø ile gösterilir. Ø 18, çapı 18 mm olan donatı anlamındadır
BETON ÇELİĞİNİN DAVRANIŞI
Düşük karbonlu çelik sünektir. Kopma birim uzaması εsu büyüktür (iyi)
Yüksek karbonlu çelik gevrektir. Kopma birim uzaması εsu küçüktür (kötü).
• Sünek çeliğin akma eşiği (σy) belirgindir. Gevrek çelikte ise akma sınırı gözlenmez.
• Her iki tür çelik akma dayanımına kadar doğrusal-elastik davranır. Bu bölgede HOOKE kanunu geçerlidir (σs= Es εsu ). Çelik aktıktan sonra, HOOKE kanunu geçersizdir.
• tanα = Es çeliğin elastisite modülüdür, her iki çelik tipi için de aynıdır. Hesaplarda Es =2.0.105 N/mm2 alınır.
BETONARMEDE ADERANS
• Betonarmede beton ile çeliğin birbirine kaynaşmış olarak birlikte çalışması şarttır. Buna kenetlenme (aderans) denir.
• Aderans adı verilen çelik ve betonun birbirine yapışması olayı, her iki malzemenin genleşme katsayılarının aynı olması dolayısıyla sıcaklık değişimlerinden zarar görmez.
• Donatıların çevrelerini saran betona göre, eksenlerine paralel olarak kaymalarına karşı gelen bağ kuvvetlerine aderans adı verilir.
• Ankraj aderansı (dış aderans): Donatı çubuklarını, basınç veya çekme tesirleri ile, betondan sıyırmaya çalışan yük durumunda, aderansın donatı ankrajını sağlaması durumudur.
• İç aderans: Çekme ve eğilme etkileri altında, beton ve çeliğin birlikte çalışmasını sağlayan aderans çeşididir.
• Çelik‐beton arası aderansın sebepleri;
‐ yapışmaya neden olan molekülsel ve kapiler bağ kuvvetleri
‐ yüzey pürüzünden kaynaklanan sürtünme kuvvetleri ‐ nervürler nedeniyle oluşan mekanik dış kuvvetler
BETONARMEDE KOROZYON
Betonun çatlamasının, içindeki donatının paslanma şiddeti ile doğru orantısı bulunmaktadır. Çatlama donatı boyunca oluşur. Donatının çapı azalır. Paslanmanın görüldüğü ortamda %70-80 oranında bağıl nem vardır. Eğer donatı üzerinde kabuklanma şeklinde oluşum var ise pas donatının içine nüfuz etmiş ve yayılmıştır, tamir edilmez ve donatının değiştirilmesi gerekir. Onarılabilir korozyonlar uygun yapı kimyasalları ile tamir edilebilir.
YAPILARA ETKİYEN YÜKLER
Düşey Yükler
- Sabit Yükler (G,g) Yapının kendi ağırlığı.
- Hareketli Yükler (Q,q)
Yapı elemanına zaman zaman etkiyen ve yer değiştiren statik yüklerdir. İnsan, eşya yükleri, kar yükü gibi.
Yatay Yükler (W, E)
- Rüzgar Yükleri
- Deprem Yükleri
Özel Yükleme Halleri
- Patlama Yükleri
- Çarpma Yükleri
- Kar Yükü
- Su ve Toprak Yükü
- Farklı Oturma
- Isı Yükleri
DÜŞEY YÜKLER
SABİT YÜKLER :
Bir yapının kendi ağırlığı (taşıyıcı sistem, bölme duvarları,kaplamalar,kapılar, pencereler, tesisat vb.)
HAREKETLİ YÜKLER:
İnsan, eşya yükleri
YAPI GÜVENLİĞİ
• Betonarme yapıların yapısal çözümleme ve kesit hesabının amacı, yapının kullanım süresi boyunca kullanım amacına uygun davranmasını sağlamaktır. Yapı ve yapı elemanları, yapım ve kullanım süresi içinde yapıyı etkileyebilecek tüm yük ve şekil değiştirmeler altında belli bir güvenliği sağlayacak ve kullanımı bozmayacak biçimde tasarlanmalıdır.
• Tasarımda, yapının kullanım süresi boyunca, hem yıkılmaya karşı gerekli güvenlik sağlanmalı, hem de çatlama, şekil değiştirme, titreşim gibi olayların yapının kullanımını ve zaman içinde dayanıklılığını etkileyebilecek düzeye ulaşması önlenmelidir. Bunu sağlamak amacıyla, yapı üzerindeki yük etkileri, belli oranlarda büyütülerek, malzeme dayanımları da belli oranlarda küçültülerek tasarımda göz önüne alınmalıdır. Bu oranların belirlenmesinde istatistik veriler esas alınır. (TS500-Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları).
apı elemanlarının herbirinin azaltılmış Rd , tasarım dayanımları (malzeme dayanımları) kullanılarak hesaplanan taşıma gücü değerlerinin, artırılmış Fd , tasarım kuvveti ile hesaplanan iç kuvvet değerlerinden hiçbir zaman küçük olmadığı kanıtlanmalıdır.
YAPISAL ÇÖZÜMLEME VE KESİT HESAPLARI
Elle veya bilgisayarla yapılan çözümleme ve kesit hesaplarının başında “Tasarım İlkeleri” adı altında aşağıdaki bilgiler özet olarak verilir:
• Yapının taşıyıcı sistemini açıklayan krokiler
• Temel zemini cinsi, temel kotu, zemin özellikleri ve zemin emniyet gerilmesi
• Kullanılan donatı çeliği sınıfı
• Kullanılan beton sınıfı
• İlgili yük şartnamesi, varsa özel yükleme hallerine ait bilgiler
• Deprem yönetmeliğinden alınan bilgiler (etkili yer ivme katsayısı, süneklik düzeyi, davranış katsayısı vb)
• Yapının maruz kalacağı çevre şartları ve buna göre maksimum çatlak genişlikleri
• Yatay ve düşey doğrultularda izin verilen yer değiştirme sınırları
• Yapı ve varsa bağımsız bölümünün duraylılık (stabilite) emniyet katsayıları
• Yararlanılan standardlar, şartnameler ve kaynakların adları
HİPERBOLOİD KABUKLAR
Hiperboloid kabuklar, Bir düzlem içerisinde hiperbol eğrisinin simetri ekseni etrafında döndürülmesiyle oluşturulur.
KUBBELER
• Betonarme küresel kubbelerin rijitlikleri büyük olduğu için kalınlıkları d=L/(300-400) alınır.
• Eğilmeye çalışan betonarme düzlem plaklarda bu kalınlık d=L/(20-30) dir.
• Çelik kubbelerde ise d=L/1000 civarındadır.
Yazar: İkü İnşaat Blog
0 yorum :
Yorum Gönder