Kirişlerde Kesme Donatısı Nedir? Ne İşe Yarar? Neden Önemlidir?

Kesme Donatısı

Betonarme yapılardaki kiriş ve döşeme gibi yatay taşıyıcı elemanlar düşey ve yatay yükler nedeni ile eğilmeye çalışırlar. Bu elemanlar genelde eğilmeye ek olarak kesme kuvveti de taşımaktadır. Kesme donatısı bulunmayan kirişlerde kesme etkisi ani ve gevrek olur. Kirişlerde kesme donatısı genellikle üç şekilde uygulanabilir.

Kesme donatıları;

• etriyeler
• pilyeler
• hasır donatılardır.

Pilyelerin kesme kuvvetinden daha ziyade boyuna donatı olarak çalışması yani kesme kuvvetine olan katkısı etriyelerin yanında ihmal edildiğinden artık kesme donatısı olarak isimlendirilmemektedir. Pilyeler kesit içinde tek bir yönde kıvrıldıklarından dolayı deprem gibi yön değiştiren kuvvetlerde asal çekme gerilmelerine karşı etkisiz kalmaktadırlar.

Hasır donatılar ise uygulamada zor olduğu için kesme donatısı olarak kullanılması tercih edilmemektedir.

Dolayısıyla kesme donatısı olarak kullanılan ana donatı etriyelerdir. Etriyelerle ilgili detaylı yazımıza buradan ulaşabilirsiniz. (Etriye Nedir? Ne İşe Yarar?)

Eğilme etkilerini karşılamak için betonarme kirişlerde önce boyuna donatı hesabı sonrasında ise kesme etkilerini karşılamak için de enine donatı yani etriye hesabı yapılır.

Çekme gerilmelerinin donatı çubukları ile karşılanması için çekme gerilmeleri yönünde donatılar yerleştirilir. Kesme donatısının temel işlevi, elamanın kesmeden kırılmasını önleyerek, eğilme kapasitesine ulaşmasını sağlamaktır. Kesme donatısı eğik çatlamayı önlemeyecektir. Ancak gerektiği gibi yerleştirilen donatı, eğik çatlakları kılcal düzeyde bırakacak ve kiriş eğilmede taşıma gücüne erişebilecektir.

Yapılan araştırmalarda (Ersoy, Uğur, ve Özcebe, Güney. Betonarme, Evrim Yayınevi, İstanbul, 2001), kesme donatılı bir kirişin, eğik çatlama oluşuncaya kadar donatısız kiriş gibi davrandığı gözlemlenmiştir. Eğik çatlağın oluşması ile çatlakla kesişen etriyelerde aniden büyük gerilmeler oluşmaktadır. Yeterli etriye bulundurulmaması veya etriyelerin çok seyrek yerleştirilmesi durumunda eğik çatlamanın oluşması ile kiriş sanki donatısız kiriş gibi davranarak gevrek kırılma sergileyecektir.

Bu nedenle TS500-TBDY 2018 yönetmeliklerinde en büyük etriye aralığı d/2 olması gerektiği ifade edilmiştir. Bahsi geçen aralığa uygun yerleştirilen donatılar sayesinde eğik çatlak birden fazla etriye ile karşılaşacağından etriyeler görevlerini yerine getireceklerdir. Ancak etriyeyi sınırsız aktararak kırılmaları önlemek mümkün değildir. Çünkü donatılar dolayı gövdede oluşan asal basınç gerilmeleri büyücek ve beton asal basınç gerilmeleri yönünde ezilerek gevrek kırılma gerçekleştirecektir. Bu nedenle de kesme kuvveti için üst sınır konulmuş ve Vd ≤ Vmax olmalıdır. Ayrıca belirli kiriş sınır değerleri belirlenmiştir. (Kiriş Sınır Değerleri TBDY – Minimum Kiriş Boyutları -Donatı Sınırları)

Kesme davranışının betonarme kirişler üzerindeki etkisini anlayabilmemiz için bu davranışı etkileyen etmenleri de bilmemiz gerekmektedir. Bu etmenlerden biri de kesme açıklığının (a), faydalı yüksekliğe (d) bölümüyle elde edilen orandır (a/d). Kesme açıklığı (a), kiriş üzerine gelen yükün mesnet ile olan mesafesidir. Bu oranın aralığı için farklı dayanım, göçme ve çatlak oluşumları görülmektedir.
3<a/d=4.7<7 durumunda eğilme çatlakları oluşur. Eğilme çatlakları kiriş eksenine dik şekilde gerçekleşir ve yükün artmasıyla beraber tarafsız eksene doğru uzar. Eğilme çatlağı, tarafsız eksene uzarken asal çekme gerilmelerine dik yönde eğikleşir. Şekil’de 4 numara ile gösterilen eğik çatlak oluşur. Eğik çatlama, donatıya paralel olacak şekilde aderans çatlaklarını da oluşturduktan sonra yükün de artmasıyla Şekil’deki 5 ve 6 numaralı ile gösterilen çatlakları oluşturur. Bu çatlaklar aniden gelişir ve gevrek bir şekilde kırılır.

Kesme Kapasitesini Etkileyen Temel Parametreler

Kesme donatılı bir kirişte kesme kuvveti aktarımının en belirgin türleri aşağıdaki gibidir:

1. Çatlamamış betonun karşıladığı kesme kuvveti,
2. Çatlak yüzeyleri arasında kesme kuvveti aktarımı,
3. Kaldıraç etkisi,
4. Kemerlenme etkisi,
5. Kesme donatısı etkisi.

Bu mekanizmalar değişik yapı elemanlarında değişik şekillerde oluşur. Şekil’de etriyeli betonarme kirişte eğik çatlak ve bu çatlak boyunca oluşan iç kuvvetler görülmektedir. Boyuna kuvvetler olan Fs ve Fc elemanın eğilme dayanımı ile ilişkilidir. Eğik çatlak boyunca oluşan kuvvetler Vx ve Vy çatlak yüzeyleri arası kesme kuvveti aktarımı ya da aderans etkisine bağlıdır. Vw ve Vdw kuvvetleri sırasıyla; etriyenin aldığı kesme kuvveti ve boyuna donatılarca taşman kaldıraç kesme kuvvetidir. Vcc ise, çatlamamış beton tarafından karşılanan kesme kuvvetidir.

Kaynaklar:

Ersoy, Uğur, ve Özcebe, Güney. Betonarme, Evrim Yayınevi, İstanbul, 2001

Canberk YAMAN-CAM FİBER PLAKALARLA KESMEYE KARŞI GÜÇLENDİRİLMİŞ BETONARME KİRİŞLERDE ANKRAJ SAYISININ ETKİSİNİN ANALİTİK OLARAK MODELLENMESİ