Burulma Momenti Etkisi

Betonarme elemanlar burulma momenti yanında genellikle eğilme momenti ve kesme kuvveti etkisinde de bulunurlar. Burulma etkisinin yalnız başına çıktığı duruma ender olarak rastlanır. Yapı elemanlarında ortaya çıkan burulma etkisi iki bölümde incelenebilir.

Uygunluk Burulması

Uygunluk Burulması hiperstatik sistemlerde şekil değişimlerin sürekliliği sonucu ortaya çıkar. Taşıyıcı sistemde burulma momenti göz önüne alınmaksızın denge oluşturulabilir.Uygunluk burulmasının hesabında elemanların eğilme rijitlikleri yanında burulma rijitliklerine de ihtiyaç vardır. Bu rijitliklerdeki değişiklik etkilerin değerlerinde farklılığa neden olur. Betonarme elemanlarda meydana gelen çatlamalar, hem eğilme hem de burulma rijitliklerinin azalmasına neden olur. Ancak, burulma rijitliğinde bu azalma eğilimindekine göre çok daha fazladır. Kesit parametrelerine bağlı olmakla beraber, çatlama ile burulma rijitliği 1/10 – 1/30 mertebesinde azalır. Bunedenle statik bakımdan belirsiz sistemlerde çözüm yapılırken rijitliklerdeki ve özellikle burulma rijitliğindeki azalmanın göz önüne alınması önemli olur. Betonarme elemanlarının davranışı nedeniyle sünek davranış sağlandıktan sonra statik bakımdan uygun moment değişimlerinin belirlenmesinde belirli bir serbestlik vardır. Kullanma yükleri altında çatlak genişlikleri yer değiştirmeler kontrol edilmek kaydıyla statik çözümlemelerde çatlamış kesitlerin rijitlikleri kullanılabilir ve genellikle bu durum uygun sonuç verir.

Örneğin, ana bir kiriş tek taraflı olarak diğer bir kirişe mesnetlik yapıyorsa, ana kirişte burulma momenti ortaya çıkar. Kullanma yükleri altında bu kesitin dönmesinin yerleştirilen burulma donatısına bağlı olmadığı söylenebilir. Ancak burulma donatısının fazlalığı oranında bu kesit dönmesi daha büyük burulma momenti oluşturur. Bu gibi durumlarda bir minimum burulma donatısı öngörerek, çatlağın sınırlandırılması ve büyük burulma momentleri ortaya çıkması önlenebilir. Taşıyıcı sistem çözümlemesinde de burulma rijitliğinin sıfır alınması kolaylık sağlar. Ancak, bu durumda çözümlemede elde edilmese de burulma momenti oluşması beklenen elemanlarda, kullanma yükleri altında büyük çatlamalar oluşmasını önlemek için uygun yerleştirilmiş etriyenin bulunması önerilir. Diğer bir örnek de kenar kirişlerle ona mesnetlenen döşeme arasında ortaya çıkan burulma etkisidir. Gerçekte güç tükenmesine yaklaşıldığında meydana gelen çatlamalar sonucunda kiriş burulma rijitliği önemli derecede azaldığı için oluşan burulma momenti de ihmal edilecek seviyede küçülür. Bu tür burulma momentinin ihmal edilmesi taşıyıcı sistemde çatlamalara ve etkilerin yeniden dağılarak yeni bir denge düzeninin oluşmasına sebep olur.

Denge Burulması

Taşıyıcı sistemde dengenin sağlanması bakımından göz önüne alınması gereken burulma etkisidir. Bu tür burulma momentinin ihmal edilmesi taşıyıcı sistemde dengenin sağlanamamasına sebep olur. Bu sebepten hesap edilerek karşılandığının gösterilmesi önemlidir.

Şekil A’da verilen elemanlarda karşılanacak burulma momenti elemanların rijitliklerinden bağımsız olarak denge denklemlerinden bulunabilir. Oluşan bu tür burulma momenti taşımaması durumunda taşıyıcı sistemde denge oluşmaz. Buna karşılık Şekil B’de gösterilen elemanlarda sistem statik bakımdan belirli duruma getirilerek burulma momentinin oluşmadan dengenin sağlandığı görülebilir. Uygunluk burulmasının ortaya çıkmasında elemanların burulma ve eğilme rijitliklerinin oranı etkili olur. Örneğin taşıyıcı sistem hesaplarında A ve B noktalarında sadece kesme kuvvetinin iletimini sağlayacak bir bağın bulunduğunun kabul edilmesi burulma momentinin meydana gelmesini engeller. Uygunluk burulma momentinin karşılanmaması durumunda taşıyıcı sistemde, kesit tesirlerinin seviyesine bağlı olarak, şekil değiştirmeler ve çatlaklar oluşur, ancak taşıyıcı sistem burulma momentinin karşılanmamasıyla taşıyıcılığını yitirmez.

Betonarme kesitte burulma momentine göre donatının belirlenmesi, burulma momenti oluştuğu kabul edilen kafes sistem benzeşiminde çekme kuvvetlerinin donatılarla ve basınç kuvvetlerinin de beton basınç çubukları ile karşılanması kabulüne dayanır.

Betonarme yapıların monolitik özelliği nedeni ile yapı elemanlarının büyük bir çoğunluğu, diğer etkilere ek olarak burulmaya maruzdur. Burulma momenti sistemin geometrisinden veya simetrik olmayan yük uygulamalarından da kaynaklanabilir. Pratikte tüm yapı elemanlarının burulma hesabının yapılması gerekmez, çünkü çoğu kez burulma momenti diğer etkilere oranla ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Hiperstatik bir sistemde yapı elemanına etkiyen burulma momentinin malzemenin doğrusal elastik davrandığı varsayımına göre hesabı, gerçekçi sonuçlar vermemektedir. Bunun nedeni çatlayan bir betonarme kirişin burulma rijitliği büyük ölçüde azaldığından, sistemde ihmal edilemeyecek kadar bir uyum oluşmakta ve bu aşamadan sonra elastisite teorisine dayanan yöntemlerle hesaplanan burulma momenti gerçek değerlerin çok üstüne çıkmaktadır.

Burulma momenti elemanda kayma gerilmeleri oluşturur. Kesme nedeni ile oluşan kayma gerilmelerinden farklı olarak, bu gerilmeler elemanın karşılıklı iki yüzünde birbirlerine ters yöndedir. Bu nedenle ve burulmanın birlikte etkidiği durumlarda, kesme burulmadan oluşan kesme gerilmeleri, elemanın bir yüzünde aynı yönde iken, karşı yüzünde ters yöndedir. Dolayısı ile burulma momenti elemanın bir yüzünde bu kayma (kesmeden doğan) gerilmelerini, dolayısı ile asal çekme gerilmelerini arttırdığından eğik çatlak oluşmasına neden olur. Bu  sebeplerden dolayı burulma konusu betonarmede büyük önem taşır.

Betonarme elemanların burulma hesabında başlıca iki aşama vardır.
a)Burulma momentinin hesaplanması
b)Kesitin taşıyabileceği burulma momentinin hesabı (taşıma gücü).

Eğilmeden farklı olarak burulma momentinin saptanmasında, çatlamayı ihmal eden doğrusal-elastik bir yöntem kullanmak çok yanıltıcı sonuçlar verebilir. Çünkü burulma çatlaması eğilme ve kesme çatlamasından farklı olarak rijitliği büyük ölçüde değiştirmekte ve oluşan uyum ihmal edilemeyecek boyutlara ulaşmaktadır. Bu nedenle burulma momenti hesaplanırken burulma çatlamasının etkisi hesaplara mutlaka katılmalıdır.