Çerçeve yapısı, açık ve basit güç iletimi nedeniyle yapı mühendisleri tarafından tercih edilen çok katlı binaların en sık kullanılan yapısal formlarından biridir.

Bununla birlikte, ülkemdeki ilk evlerin çoğu depremlere karşı takviyeli değildi, bu da sismik takviyeler olmadan birçok demirbeton çerçeve yapısının varlığına neden oldu. Seismik takviyesiz bu tür binaların kiriş-sütun eklemleri genellikle yapıda kusurludur ve eklemlerin çekirdek alanında daha az çerçeve var, bu da yapının seismik kapasitesini büyük ölçüde azaltır. Binanın güvenliğini sağlamak için, çerçevenin bütünlüğünü geliştirmek için bina şu anda güçlendirilmektedir.

Takviye yapısını gerçekleştirmeden önce, çerçeve yapısının arıza modunu analiz etmek önemlidir. Hepimiz, çerçeve yapısında duvarın yük taşıyan olmadığını, sadece muhafaza ve izolasyon rolünü oynadığını biliyoruz. Sütun, tüm yapının dikey yükü ve yatay kuvvetinden kaynaklanan ek yükü taşıyan ana yük taşıyan bileşendir. Çerçeve sütunlarının yaygın arıza formları esas olarak aşağıdakileri içerir:

Bending failure

Bending failure is a common failure form of frame columns in earthquakes, which mainly occurs when the column shear span is relatively large, the axial compression is relatively small and the reinforcement is reasonable. This situation is controlled by the flexural capacity.

The main failure modes are: the plastic hinge area at the top or bottom of the column is completely cracked horizontally, the longitudinal bars yield, and the concrete is obviously crushed and peeled off when the final failure occurs. The whole process absorbs large seismic energy, which belongs to ductile failure.

Bükme hatası

Bükme arızası, depremlerde çerçeve sütunlarının yaygın bir arıza biçimidir, bu da esas olarak sütun kesme aralığı nispeten büyük olduğunda, eksenli sıkıştırma nispeten küçük olduğunda ve takviye makul olduğunda meydana gelir. Bu durum esneme kapasitesi tarafından kontrol edilir.

Ana arıza modları şunlardır: sütunun üstündeki veya altındaki plastik menteşe alanı tamamen yatay olarak çatlanır, uzunluk çubukları verir ve beton son arıza oluştuğunda açıkça kırılır ve soyulur. Tüm süreç büyük sesmik enerjiyi emir, bu da esnek bozulmaya aittir.

Kesme başarısızlığı

Kesme başarısızlığı, çerçeve sütunlarının sismik tasarımında önlenecek bir başarısızlık yöntemidir, bu da esas olarak kesme aralığı nispeten küçük olduğunda, eksenli basınç nispeten büyük olduğunda ve beton mukavemeti veya sıkıntı yetersiz olduğunda meydana gelir. Bu durum kesme taşıma kapasitesi tarafından kontrol edilir. Stiruplar başarısız olduğunda, uzunluk çubukları asla teslim olmaz. Kesme taşıma kapasitesine ulaştıktan sonra, sütun tarafından taşınan yatay kuvvet deformasyonun artmasıyla hızlı bir şekilde azalır.

Ana arıza modları şunlardır: beton açık bir kesme kayması gösterir ve kırılgan kesme arızası eğik çatlaktan sonra hızlı bir şekilde ortaya çıkar. Özel arıza formuna göre, kesme sıkıştırma arızası, kesme gerilim arızası ve kesme kablo çekme arızasına bölünebilir.

Bükme kesme başarısızlığı

Bükme kesme başarısızlığı, bükme başarısızlığı ve kesme başarısızlığı arasındadır. Çeşitli nesnel koşulların sınırlanması nedeniyle, gerçek tasarımda kesim arızasının oluşumundan tamamen kaçınılmaz, bu nedenle yapının deformasyon kapasitesi tasarımda sıkıca kontrol edilmelidir. Bükme-kesme başarısızlığının özelliği, deformasyon arttıkça, sütunun uzunluk çubukları önce verir ve plastik menteşeler sütunun sonunda görünür. Kesme diyagonal çatlakların gelişimi nedeniyle, betonun etkili kesme alanı azalır ve toplam oklüzal kuvvet azalır. Bir plastik deformasyon döneminden sonra, sütunun kesme taşıma kapasitesi deformasyonun artmasıyla azalır. Deformasyon artmaya devam ettikçe, plastik menteşe bölgesindeki çaplar verir ve sütun kesme arızasından geçer. Bu anda, sıkıştırma kenarındaki beton son sıkıştırma gerilimine ulaşmaz.

Başarısızlık süreci esas olarak uzunluk takviye verimi, beton kapağının yırtılması, takviye maruz kalması, çarpma verimi ve uzunluk takviye bükülmesi içerir. Bükme-kesme başarısızlığından önce, üye, belirli bir esneklik ve enerji dağılım kapasitesi gösteren nispeten istikrarlı bir bükme tepkisi sunar.

Ayrıca, ilk günlerde inşa edilen birçok demirbeton sütununun uzunluk çubukları bağlanmamıştır ve kucak eklemleri ile temin edilmiştir. Depremin etkisi altında, kucak uzunluğu yetersiz olduğunda ve kucak tarafından sağlanan etkili sıkıştırma yetersiz olduğunda, kucak eklemi, sütunun sismik performansını etkileyen bağ bozulmasına eğilimlidir. Çerçeve sütununun sismik performansını iyileştirmek istiyorsanız, sütunun taşıma kapasitesini ve deformasyon kapasitesini iyileştirmek için yukarıdaki arıza mekanizmalarından başlamak gerekir. Şu anda en yaygın kullanılan yöntemler, bölüm takviye yöntemini genişletmek, çelik takviye yöntemini dış kaynak vermek, çelik levha takviye yöntemini yapıştırmak, karbon fiber takviye yöntemi vb.

Bölüm güçlendirme yöntemini genişletmek

Kesim takviye yöntemi, demirlenmiş beton üyesinin kesit alanını artırmak ve yeni eklenen betonda taşıma kapasitesini artırmak için miktarlı çapları yapılandırmaktır.  

Takviye mekanizması, düğümün çekirdek alanının kesme alanını artırmaktır. Bölgenin yeni eklenen kısmı doğrudan kesme direncine katılır ve aynı zamanda, orijinal düğümün çekirdek alanındaki beton üzerinde belirli bir sınırlama etkisine sahiptir, bu da düğümün kesme gücünü ve sertliğini iyileştirir, çatlakların gelişimini engeller ve düğümde kesme deformasyonunu azaltır.

Ayrıca, düğümün kesimi arttıktan sonra, düğümdeki kiriş uzunluk takviyesinin demirleme uzunluğu nispeten artar, bu da kiriş uzunluk takviyesi ile düğümün çekirdek alanındaki beton arasındaki bağlama performansını etkili bir şekilde iyileştirir. Ayrıca, kiriş uzunluk takviyesinin bağlantı ve demirleme arızası nedeniyle kırılgan arıza önlenmektedir.

Çelik takviye yöntemi dış kaynak

Çelik takviye yönteminin dış kaynaklanması, takviye yöntemi iki türe ayrılır: kuru tip ve ıslak tip. Kuru tip dış çelik yönteminde orijinal bileşen ve kesim çelik arasında bir bağ yoktur ve ikisi arasında genel bir güç iletimi yoktur. ıslak dış kaynak çelik yöntemi, orijinal bileşeni ve kesim çeliğini epoksi reçine veya lateks çimento gibi bir bağlayıcı ile doldurur, böylece iki malzemenin birlikte çalışma yeteneğine sahiptir. Beton bölümünün boyutunu aşırı derecede artırmadan taşıma kapasitesini büyük ölçüde arttırması gereken yapılar için uygundur.

Dışarıya sarılmış profil çelikle takviyeli çerçeve bağlantıları genellikle profil çelikle kaplı demirbeton bileşenlerinin dört veya iki köşesine atıfta bulunur ve dış profil çelik, sarılmış bileşenlerle yakından bağlı bir çelik çerçeve oluşturmak için bir bütün olarak çapraz çizgiler veya çizgilerle bağlanır. Dış çelik, düğümün çekirdek alanı üzerinde kısıtlayıcı bir etkiye sahiptir, bu da çatlakların gelişimini sınırlar ve çekirdek alanındaki betonun nihai taşıma kapasitesini büyük ölçüde geliştirir. Takviye sonrası, kesim çeliği ve orijinal beton üyeleri birlikte gerilenir.

Bağlama çelik levha güçlendirme yöntemi

Bağlama çelik takviye yöntemi, çelik levhayı beton üyesinin yüzeyine yapısal yapıştırıcı ile bağlamak ve cıvatalarla demirlemek ve iki malzemenin ortak kuvveti yoluyla üyesi güçlendirmektir.

Çelik yapıştırma yöntemiyle kiriş ve sütunları güçlendirme mekanizması, yapıştırılmış çelik levhalar aracılığıyla doğrudan kesme taşıma kapasitesi sağlamak ve aynı zamanda çekirdek alanındaki beton üzerinde kısıtlamalar sağlamak, çekirdek alanındaki çatlakların gelişimini geciktirmek ve çekirdek alanındaki kiriş uzunluk çubuklarının bağlanmasını ve demirlenmesini artırmaktır. Bu şekilde, eklem grubunun sertliği ve kesme gücü artar ve böylece eklemin sismik kapasitesini artırır.

Karbon fiber takviyesi

Karbon fiber kumaş takviye teknolojisi (karbon kumaş takviye teknolojisi), kompozit bir yapı oluşturmak için karbon fiber kumaşı beton yüzeyine yapıştırmak için özel yapısal yapıştırıcı kullanmaktır. CFRP, bileşenleri veya yapıları güçlendirmek ve mekanik performansı geliştirmek için betonla işbirliği yapar.

Karbon fiber takviye yöntemi, eksenli sıkıştırma taşıma kapasitesini, eğimli bölüm taşıma kapasitesini ve çerçeve sütunlarının kayma esnekliğini etkili bir şekilde geliştirebilir. Çerçeve sütunu, orijinal yapıya en az rahatsızlık veren, temelde ağırlığı arttırmayan ve yapının şeklini etkilemeyen karbon fiber bezle güçlendirilmiştir.