Deprem Etkisinde Kolon Davranışının İncelenmesi

Deprem, yer kabuğundaki kırılmalar neticesinde ortaya çıkan enerjinin yeryüzünü sarsması olayıdır. Oluşan bu sarsıntılar neticesinde yapılarda dinamik kuvvetler meydana gelmekte ve yapı zorlanmaktadır. Bu yüzden bizler inşaat mühendisleri olarak yapıları tasarlarken bu dinamik kuvvetlerin oluşturacağı etkiyi dikkate alarak tasarım yapmaya özen gösteririz. Biz de bu yazımızda kolonun çalışma prensibine, deprem anında kolonda oluşan hasar tiplerine ve deprem etkisindeki kolon davranışına değineceğiz.

Kolon Nedir? Kolon Türleri Ve Uygulamaları

Kolon Nedir ve Çalışma Prensibi Nasıldır? 

Döşeme ve kirişlerden aldıkları yük ve kuvvetleri zemine ileterek yapının ayakta kalmasını sağlayan düşey taşıyıcı elemanlar kolon olarak adlandırılmaktadır. Kolonların yük ve kuvvetlerin zemine aktarılmasında tabiri caizse köprü görevi görmesinden ötürü, kolonlarda meydana gelebilecek kırılmalarda kolonlar taşıdıkları yükleri zemine sağlıklı bir şekilde aktaramayacağından dolayı üst katındaki elemanlarında göçmesine yol açarak çoğu zaman sistemin çökmesine sebebiyet vermektedir.

Kolonlardaki kırılmaların çoğu zaman bölgesel göçmeye değil, sistemin tamamının göçmesine sebebiyet vermesinden ve kolondaki  kırılmanın gevrek kırılma olmasından dolayı göçmenin ne zaman olacağının kestirilememesinden kaynaklı betonarme kolon tasarımları önem teşkil etmektedir.

Ek Bilgi: Kolonun donatı ve betonunun yapımındaki hatadan dolayı ortaya çıkacak olumsuz bir sonuç tüm sistemi etkilerken kirişler için bu durum geçerli değildir. Kirişlerde ortaya çıkan olumsuz bir sonuç halinde kirişin taşıdığı yük yeni bir yük kombinasyonuyla başka kirişe aktarılması sonucu sistem kendi içinde sorunu bertaraf ederek taşıyıcılığını sürdürmektedir.

Kolonlardaki Hasar Tipleri

Deprem etkisinde kolon davranışını tam olarak kavrayabilmek adına kolon elemanının çalışma prensibinin ne olduğunun yanı sıra kolonlarda meydana gelen hasar tiplerine de hakim olmak önem teşkil etmektedir. Ben de yazımın bu bölümünde kolanlarda meydana gelebilecek hasar tiplerine değineceğim. Betonarme kolonlarda 4 çeşit hasar meydana gelebilmektedir:

Eğilme Kırılması

Deprem etkisinde oluşan eğilme momentinin kolon uçlarını zorlayarak mafsallaştırması sonucu oluşan hasar tipidir.

Kesme Kırılması

Kolonun kesme kuvveti taşıma gücünün yetersiz olması sonucu oluşan hasar tipidir.

Basınç Kırılması

Deprem sırasında kolona gelen düşey yükün, kolonun düşey yük taşıma kapasitesinin %50’sinden daha büyük olması durumunda basınç kuvveti sonucu oluşan hasar tipidir. Bunun nedeni ise kolonun en dış lifindeki beton, akmaya başladığında donatının henüz akma birim uzamasına ulaşamamış olmasıdır.

Burulma Kırılması

Bu hasar tipinde kolonun bir yüzünde diyagonal şeklinde çatlaklar ve betonda kırılmalar gözükürken kolonun diğer yüzünde ise basınç ezilmeleri oluşmaktadır. Yapının kütle ve rijitlik merkezleri birbirleriyle çakışmıyorsa kolonlarda oluşacak burulma kırılmaları da önemsenmeli ve  incelenmelidir.

Deprem Etkisinde Kolon Davranışı

• Deprem esnasında kat yüksekliğine bağlı olarak kolonlara gelen basınç kuvvetinde yerine göre artma-azalmalar meydana gelmektedir. Buna karşılık deprem sırasında ortaya çıkan eğilme momenti, düşey yöndeki yükün oluşturduğu momente göre daha etkindir. Başka bir deyişle de kolonlar normal kuvvetin eğilme momentine göre daha etkin olan elemanlar olarak kabul edilirken deprem esnasında oluşan dinamik kuvvetler neticesinde bu durum tersine dönebilmektedir.
• Deprem esnasında meydana gelen eğilme momentleri çerçeveli yapılarda kolonun alt ve üst uçlarında daha etkindir. Bundan ötürü kolonun alt ve üst uçları daha fazla zorlanmakta ve bu uç bölgelerinde mafsallaşma meydana gelmektedir. Oluşan mafsallaşma sonucu kolonda hasar oluşmaktadır.
• Kolonlarda meydana gelen normal kuvvetler kolonda basınç gerilmesi oluşturmaktadır. Basınç gerilmesi betonun enine şekil değiştirmesine sebebiyet verebileceğinden ötürü bu durumu engellemek amacıyla sargı donatısı kullanılması önemlidir. Sargı donatısı kullanımı sayesinde betonun dayanımında ve sünekliğinde artış sağlamak mümkündür.
• Kolon elemanına eğilme momenti ve normal kuvvetin yanı sıra kesme kuvveti de etkide bulunmaktadır. Tasarımlarda kolanlar, kesme kuvveti kapasitesi eğilme momenti kapasitesinden daha büyük tutularak tasarlanmalıdır. Bu suretle kesme kuvveti donatısı tasarımlarında, tasarım kesme kuvveti değeri yerine  elamanın uç kesimlerinde oluşan eğilme momenti değerini dikkate alarak hesaplanan  kesme kuvveti değeri baz alınmalıdır.
• Kesme kuvveti kapasitesinin eğilme momenti kapasitesinden daha büyük alarak tasarım yapmamızın nedeni ise; deprem anında kolonda oluşacak zorlamalar neticesinde meydana gelecek güç tükenmesinin sünek olmasını sağlayarak sünek olmayan kesme kuvveti güç tükenmesinden kaçınmaktır.
• Deprem anında oluşan kesme kuvveti değerinin düşey yüklerden kaynaklı oluşan kesme kuvveti değerinden daha büyük olması durumunda beton ters davranacaktır . Dolayısıyla betonda meydana gelen çekme ve basınç gerilmelerinin yönleri değişecektir. Bu da deprem anında kolon hakkında  bilinmesi gereken önemli hususlardan biridir.

Not: Kesme kuvvetinin yön değiştirdiği bu tarz durumlarda kesme kuvvetinin yalnızca etriye ile karşılanması tavsiye edilir. Kesme kuvveti değerinin pilye ile karşılanması ek çatlamalara ve gerilme yığılmalarına sebebiyet vermesinden dolayı pilyenin kesme kuvvetinin yön değiştirdiği durumlarda kullanılması uygun görülmemektedir.

Kaynaklar / References

• Deprem Mühendisliğine Giriş ve Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı, Zekai CELEP

• Yapı Teknolojileri 2, Prof.Dr. Metin ARSLAN

• Kolonlarda Kesme Kuvveti Hasarı, Bartın Üniversitesi