Donatı Çeliği: Dayanım Değil, Süneklik

1. Kırılmış donatılar

İTÜ’nün 6 Şubat raporu, yıkım nedenleri arasında donatı çeliğinin kalitesini ayrı bir madde olarak sayar: Kullanılan çeliğin yönetmelikte öngörülen özelliklere sahip olmadığı ve hasarlı elemanlarda çok sayıda kırılmış boyuna ve enine donatı görüldüğü belirtilir (bkz. DEP-03). Bir depremde donatının kopması, betonarmenin bütün süneklik varsayımının çökmesi demektir.

2. Bir donatının üç evresi

TBDY 2018, doğrusal olmayan değerlendirme için donatı çeliğine üç bölgeli bir model tanımlar (Ek 5A, Denk. 5A.7): elastik bölge (E_s = 200.000 MPa), akma gerilmesinde sabit kalan akma platosu ve gerilmenin ikinci dereceden bir eğriyle çekme dayanımına yükseldiği pekleşme. Pekleşmenin sonundaki birim şekil değiştirme, kopmadır.

Tablo, TBDY Tablo 5A.1’in değerleridir. Kopma birim şekil değiştirmesi, B420C ve B500C’de akmanınkinin yaklaşık 30–40 katı, S220’de 100 katından fazladır: Bir donatının asıl değeri, akmadan sonra ne kadar uzayabildiğindedir.

3. Neden iki yönlü bir sınır?

Tablodaki f_su/f_sy oranı hem alttan (1,15) hem de üstten (1,35) sınırlıdır. Bu iki sınırın mühendislik gerekçesi şöyle açıklanabilir:

• Alt sınır: Akmadan sonra dayanım yeterince artmazsa plastik şekil değiştirme, kesitin tek bir noktasında toplanır; pekleşme ise plastikleşmeyi elemanın bir boyuna yayar ve dönme kapasitesini artırır.
• Üst sınır: Çeliğin gerçek dayanımı tasarım değerinin çok üstündeyse, kapasite tasarımı bozulur: Kiriş beklenenden güçlü çıkar; kolona ve kesmeye aktardığı kuvvet, hesaplananı aşar. Güçlü kolon–zayıf kiriş ilkesi, çeliğin "fazla güçlü" olmamasını da gerektirir.

TBDY bu yüzden deprem etkisindeki elemanlarda TS 708’deki B420C ve B500C nervürlü çeliklerini ister; S420 ancak çekme/akma dayanımı oranının 1,35’ten küçük ve eşdeğer karbon oranının %0,55’i geçmemesi koşuluyla kullanılabilir (Madde 7.2.5.3(b)).

4. Göçmenin Önlenmesi sınırı: kopmanın çok gerisinde

TBDY, şekil değiştirmeye göre değerlendirmede Göçmenin Önlenmesi performans düzeyi için donatıya izin verilen birim şekil değiştirmeyi ε_s(GÖ) = 0,4·ε_su olarak sınırlar (Denk. 5.5). B420C ve B500C için bu 0,032’dir: kopmanın %40’ı. Aradaki pay, çevrimsel yüklemenin, burkulmanın ve malzeme belirsizliğinin karşılığıdır.

5. Sitenin motorlarında bulduğumuz

Bu yazıyı hazırlarken sitenin motorlarını bu modelle karşılaştırdık:

• Mevcut bina değerlendirme motorundaki ε_su değerleri Tablo 5A.1 ile aynıdır.
• Moment–eğrilik (lif kesit) motoru donatıyı elastik–tam plastik modeller; pekleşme ve kopma yoktur, göçme betonun ezilmesiyle tanımlanır. Tipik donatı oranlarında bu, kopma sınırını aşmaz (göçme anında çelik birim uzaması %1,3–5). Ancak az donatılı kesitlerde çelik, beton ezilmeden önce GÖ sınırını geçer: 300×500 mm, ρ = %0,22 bir kesitte göçme anında ε_s = 0,050 > 0,032. Motor artık bu durumda bir uyarı verir; TBDY Denk. (5A.7) modeli de ayrı bir fonksiyon olarak eklendi (Şekil 87’deki eğriler bu fonksiyondan çizildi).

6. Kurallar

1. Sınıf, dayanımdan çok sünekliği anlatır. "C" harfi, kopmadan önce uzayabilme garantisidir.
2. Malzeme bir varsayım değil, bir denetim konusudur. Şantiyedeki çeliğin sertifikası ve deneyi, hesabın kendisi kadar önemlidir.
3. Fazla güçlü çelik de bir sorundur. Kapasite tasarımı, malzemenin üst sınırına da dayanır.
4. Az donatılı kesitlerde çeliği de denetleyin. Orada göçmeyi beton değil, donatı belirleyebilir.