Deprem Kuvvetleri

Deprem kuvvetleri etkisinde beton ve çelik davranışı

Yapı sistemlerinin deprem kuvvetleri etkisindeki davranışını belirlemek için genellikle doğrusal yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler, yapıların deprem kuvvetleri etkisi altında elastik sınırlar içinde kalacağı varsayımına dayanmaktadır. Doğrusal yöntemler, yapının elastik kapasitesinin belirlenmesi ve ilk elastik ötesi davranışın nerede olabileceğinin tespit edilmesini sağlayabilmekle beraber yapının göçme seviyesinin belirlenmesini sağlayamaz. Doğrusal olmayan deplasmanların sistem üzerindeki etkilerini belirlerken şekil değiştirmelerin plastik mafsal olarak adlandırılan belirli mesnet noktalarında toplandığı, yapı sisteminin bunun dışında kalan kısımlarının elastik davrandığı kabul edilen plastik mafsal hipotezinden yararlanılmaktadır.

Beton

Beton, basınç mukavemeti yüksek, buna karşılık çekme mukavemeti düşük gevrek bir malzemedir. Betonun basınç dayanımı arttıkça gevrekliği de artmaktadır. Beton, çelik ile birlikte kullanıldığında ise davranışı sünek hale gelir. Beton zamana ve üzerine uygulanan basınç kuvvetine göre şekil değiştirmeye maruz kalır. Sertleşmeye bırakılan beton, zamana ve bulunduğu ortamın özelliklerine göre hacim değiştirir. Betonun içinde bulunan suyun buharlaşması ile büzülme (rötre), bulunduğu ortamdaki nemden veya suya maruz kalmaktan dolayı içindeki suyun artması ile de şişme meydana gelir. Her iki şekil değiştirme etkisi de yüklemeden bağımsız olarak sadece zamana ve betonun içinde bulunduğu ortama bağlı olarak oluşur.

Çelik

Çelik malzemenin basınç mukavemeti düşük, çekme mukavemeti yüksektir. Çelik, sünek davranış sergiler ancak basınç kuvveti etkisinde burkulamaya maruz kalır. Bu nedenle beton ile birlikte kullanıldığında daha etkin sonuçlar elde edilmektedir. Çeliğin yük altındaki davranışı elastik ve plastik deformasyon bölgesi olarak değerlendirilir. Elastik deformasyon bölgesi, yük uygulanıp kaldırıldığında malzemenin kalıcı şekil değiştirmeye maruz kalmadığı ve eski halini alabildiği bölgedir. Plastik deformasyon bölgesi ise malzemenin yük altında kalıcı şekil değiştirmeye uğradığı bölgedir.

Betonarme deprem kuvvetleri davranışı

Betonarme; basit olarak, beton ile çelik donatı çubuklarının bir araya getirilerek birbirlerinin eksiklerini tamamlayan sistem bütünü olarak tanımlanabilir. İki malzemenin bir arada çalışması, her bir malzemenin zayıf yönlerinin tolere edilmesini sağlar. Ayrıca beton ile sarılan çelik malzeme; korozyon, ısı etkileri gibi dış etkilere maruz kalmaktan da korunmuş olur. Betonarme yapıların düşey yükler ve deprem yükleri etkisi altında sünek davranış sergilemesi beklenir. Süneklik; yapıdaki elemanların ya da yapı sisteminin düşey yükler veya deprem yüklerinde önemli değişiklikler olmaksızın elastik sınırların ötesinde şekil değiştirme ve yer değiştirme kapasitesi olarak tanımlanır.

Yapının; seyrek meydana gelen ancak şiddeti fazla olan deprem kuvveti etkilerini elastik ötesi şekil değiştirerek karşılaması beklenir. Yapının elastik sınırların ötesine geçerek sünmesi ve kesit tesirlerinde yüksek artışlar olmadan şekildeğiştirme yapabilmesi istenir. Yapı eğer sünekse deprem esnasında zeminden yapıya gelen enerji, yapının dayanımı önemli bir kayba uğramaksızın yutulur.

Süneklik sayesinde yüklerin aşırı artması nedeniyle akma sınırına ulaşıp plastik şekil değiştirme yapan elemanlar, iç kuvvetlerin daha az zorlanan elemanlara dağıtılmasını sağlar. Bu şekilde plastik şekil değiştirerek hasar gören elemanların müsaade edilen oranı süneklikle orantılıdır. Deprem kuvvetleri etkisindeki yapının yeterli sünekliğe sahip olamaması toptan göçmeyi oluşturan büyük hasarlara sebep olmaktadır.