Beton dolgulu çelik kutu kolonlar ve dolu gövdeli çelik kirişlerden oluşan çerçevelerin yapı davranış katsayısının (R) irdelenmesi

Abstract

Mevcut modern deprem şartnamelerinde yapıların (özel yapılar hariç) ekonomik ömürleri süresince olası şiddetli deprem yüklerine maruz kaldıklarında can güvenliği korunacak biçimde elastik olmayan davranış sergileyerek sınırlı hasar almalarına izin verilmektedir. Öte yandan, ilk deprem şartnamelerinden beri depreme dayanıklı yapı tasarımında, spektral kuvvetlerle elastik ötesi hesap yerine azaltılmış spektral kuvvetler ile elastik hesaba yer verilmiştir. Azaltılmış spektral kuvvetlerin eldesi sırasında kullanılan katsayı (R), çeşitli şartnamelerde farklı isimlerle anılır, sistem davranış katsayısı, kuvvet azaltma katsayısı, sismik tepki düzeltme katsayısı, vb. Kuvvete dayalı tasarım yöntemleri, neredeyse 80 yıldır dünya ölçeğinde yaygın kullanım alanına sahiptirler. Kaldı ki, günümüzün gelişmiş bilgisayar teknolojisine rağmen mühendislik yapılarının dinamik deprem yükleri altında zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesaplamalar esas alınarak boyutlandırılması çok da pratik değildir ve kuvvet esaslı elastik tasarım yöntemleri daha uzun yıllar kullanılmaya devam edilecek gibi gözükmektedir. Ancak, başlangıçta şartname hazırlayan teknik heyetlerin tecrübe ve gözlemlerine dayanılarak tayin edilen "R" katsayılarının sayısal değerleri, günümüzde dahi pek çok taşıyıcı sistem tipi için henüz bilimsel çalışmalarla doğrulanmamıştır. Pek çok bilim adamı ve mühendis tarafından çeşitli yayınlar aracılığıyla ?R? katsayılarının sistematik olarak kalibre edilmesi gerektiği belirtilmiştir. Bu gereksinime paralel olarak, bu çalışmada gerek ekonomik olmaları, gerekse sismik yükler altındaki performanslarının iyi olması sebebiyle, özellikle gelişmiş ülkelerde kullanımı gün geçtikçe artan beton dolgulu kompozit çelik kutu kolonlar ve çelik (I) kirişlerden tasarlanmış çerçevelerin yapı davranış katsayıları irdelenmiştir. Bu bağlamda, yeterli yaklaşıklıktaki kabuller çerçevesinde, fiber analiz metodu kullanılarak hazırlanan bilgisayar programı vasıtasıyla kompozit kesitlerin doğrusal olmayan davranışları ve moment eğrilik ilişkileri belirlenmiştir. Çalışma kapsamında toplam 12 farklı çerçeve boyutlandırılmıştır. Bu çerçeveler geometrik olarak iki farklı çerçeve gurubuna ayrılmış ve bu guruplar da kendi içlerinde EN1998 de belirtilen süneklik düzeylerine göre tekrar gruplandırılarak, EN1998, EN1994, EN1993 esas alınarak tasarlanmıştır. Bahsi geçen kompozit çerçevelerin Sap2000 V10 programı kullanılarak analitik modelleri oluşturulmuş ve belirlenmiş performans kriterleri çerçevesinde itme analizi yöntemi ile `taban kesme kuvveti - tepe yerdeğiştirmesi' ilişkisi elde edilmiştir. Uang'ın "R" formülasyonu esas alınarak, her bir çerçeve için itme analizinden elde edilen dayanım fazlalığı katsayısı, ayrı ayrı Newmark, Nassar-Krawinkler ve Miranda'nın süneklik kaynaklı kuvvet azaltma katsayıları ile çarpılarak üç farklı yaklaşımla R katsayısı elde edilmiştir.Yapılan değerlendirme neticesinde EN1998 ve EN1994 in öngörmüş olduğu tasarım ilkelerinin konservatifliği ve kompozit kesitlerin elastik ötesi davranışlarında etkin olan yüksek pekleşme oranı sebebiyle Eurocode'a göre tasarlanmış kompozit çerçevelerin tasarımında kullanılan R katsayısının konservatif olduğu sonucu çıkartılmıştır.