Ankraj kapasitesine etki eden faktörler

Ankraj dayanımını etkileyen faktörler iç ve dış faktörler olmak üzere ikiye ayrılır (Mazılıgüney, 2007). Đç faktörler (kimyasal formülasyon, imalat işlemleri ve süresi, paketleme) tasarımcının kontrolünde olmayan işlemlerdir. Bizim için önemli olan beton dayanımı, donatı dayanımı, ankraj derinliği gibi tasarımcının elinde olan faktörlerin ankraj dayanımına etkisidir.

3.1.5.2.1. Beton dayanımı

Eğer ankraj kapasitesi beton özellikleri ile kontrol ediliyorsa, göçme modunu belirleyen etken betonun çekme dayanımıdır. Bilindiği gibi, çekme dayanımı basınç dayanımıyla ilişkilidir. Ancak çekme-basınç dayanımı ilişkisi agrega tipi, dağılımı ve tane büyüklüğü gibi karmaşık durumlardan etkilenir (Erdoğan, 2003). Bu nedenle agregada segregasyona izin veren yapı uygulamalarında çekme dayanımı, basınç dayanımına göre daha çok değişkenlik gösterir. Betonda segregasyon ise betonun slump sonucuyla (düşme yüksekliğiyle) ve yerleştirme sırasındaki vibrasyon miktarıyla alakalıdır. Yapıda ankrajların yapıldığı yere göre kapasitelerinin değişmesinin temel nedeni budur. Mazılıgüney (2007) tarafından yapılan tez çalışması bu kanıyı doğrulamaktadır. Çalışmada yıkım kararı verilen bir binanın kolonlarında Φ ve 2016 Φ donatılarla, 3 farklı ankraj derinliği için toplam 60 adet çekip çıkarma deneyi yapılmıştır. Her kolonun, deneylerden önce alınan karot numuneleri yardımıyla beton dayanımı belirlenmiş ve sonuçlar dayanıma göre sınıflanmıştır. Çizelge 3.5.’de örnek olarak bir kat kolonunda yapılan 5 adet deney sonucu gösterilmiştir. Görüldüğü gibi 3 m boyundaki bir kolonda aynı donatı özellikleri ve aynı derinlikle yapılan ankrajlarda 63176 N – 93195 N arası kırılma yükü elde edilmiştir. Bu kadar geniş bir aralık olması yukarıda açıklanan beton etkilerini doğrulamaktadır.

Çizelge 3.5. Mazılıgüney (2007) tarafından yapılan çalışmadaki bazı deney sonuçları No Donatı çapı (mm) Ankraj derinliği (mm) Ankrajın Yapıldığı Kolon Kolonda Beton Basınç Dayanımı (MPa) Kırılma Yükü (N) 1 16 10Φ S318 6.6 77695 2 16 10Φ S318 6.6 71515 3 16 10Φ S318 6.6 93195 4 16 10Φ S318 6.6 63176 5 16 10Φ S318 6.6 70142

Yapılan araştırmalar, mevcut sistemle birlikte yapılmış ve sonradan eklenmiş ankrajlarda bağ dayanımının (epoksi) beton basınç dayanımıyla olan ilişkisinin Şekil 3.19.’da ki gibi olduğunu göstermektedir (Cook, 1998). Görüldüğü gibi sonradan yapılan ankrajlarda bağ dayanımı, beton dayanımının 40 MPa değerine kadar doğrusal artmakta, daha yüksek beton dayanımlarında ise sabit kalmaktadır.

Gesoğlu (2005) yaptığı çalışmada, beton dayanımının ankraj dayanımına etkisinin, ankraj derinliğine bağlı olduğunu belirtmiştir. Buna göre küçük gömülme boylarında ankraj göçmesi, betonun koni şeklinde ayrılması ile gerçekleştiğinden beton etkisi daha belirgin olmaktadır. Yeterli gömülme boylarında ise kırılma şekli, sıyrılma yada donatı hasarı ile oluştuğundan beton etkisi azalmaktadır.

3.1.5.2.2. Donatı dayanımı

Sonradan yapılan kimyasal ankrajlarda genişleyen, dübel şeklinde, kapsüllü ve enjekte biçiminde ankrajlar yapılabilir. Donatıda kopma ancak yeterli uzunluktaki kenetlenme boylarıyla sağlanabilir. Kırılma türü olarak donatı hasarı kabul edildiğinde bağ dayanımının çelik dayanımıyla orantılı olarak artacağı açıktır. Nervürlü donatılar düz donatılara göre, kırılma tipi olarak bağlayıcı hasarı kabul edildiğinde daha büyük dayanım oluştururlar.

3.1.5.2.3. Kenar mesafesi

Eğer ankraj beton kenarına çok yakın yerleştirilirse, ankrajın göçme konisi kenar ile örtüşeceğinden kırılma yükü azalabilir. Bu nedenle kenar mesafesi kenar koni göçme modunu önleyecek yeterlilikte olmalıdır. ACI 349-85 (2001) bu mesafeyi aşağıdaki gibi tanımlamaktadır. Burada d0: ankraj donatısının çapı (mm), fut: ankraj çeliğinin çekme dayanımı (MPa), fc’: beton basınç dayanımı (MPa), c1: kenar mesafesini (mm) göstermektedir.

' 0 1

.

54

,

3

.

f

f

d

c =

ACI 318-02 (2002)’de, ankrajın taşıma gücünü belirleyen betonun kopması ise dayanım Denklem 3.6’daki gibi ifade edilmektedir.

b N N CB

N

A

A

N

.

.

.

ψ

ψ

=

Bu denklemde ψ2, ankrajın beton serbest yüzüne olan mesafesine bağlı olarak değişen bir katsayıdır. Eğer ankraj çubuğundan beton serbest yüzeyine olan aralık mesafesi, en az ankraj derinliği kadarsa ψ2 = 1.0 olmaktadır. Eğer bu aralık ankraj derinliğinden az ise ψ2 <1 olmaktadır. Ankrajın kopması sırasında oluşan beton koni yüksekliği ankraj derinliği (hef) kadar olduğu için kenar mesafe için de önerilen değer

budur. Ancak ACI 318-02 (2002) kenar mesafesi çok azalsa bile ψ2 katsayısını 0.7’den aşağı düşürmemektedir. Kenar mesafesi hef/2 yapıldığı takdirde ψ2 = 0.8 olmakta, yani dayanım ancak %20 düşmektedir. Ayrıca 9 inçten (22,86 cm) büyük olan ankraj derinliklerinde ankraj donatısı kenar yüzeye yakınlıktan etkilenmemekte ve donatı göçme moduna sınırlanmaktadır (Cannon, 1995). Ankraj derinliğini seçerken bu etkinin göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

3.1.5.2.4. Ankraj Aralığı

Eğer bir ankraj grubundaki ankrajlar birbirlerine çok yakın yerleştirilirse, kırılma konileri üst üste geleceği için genel bir göçme konisi oluşup ankrajların hepsi betonla birlikte ayrılabilir. Dolayısıyla ara mesafesi büyük olan bir ankraj grubuna göre daha düşük bir kırılma yükü elde edilebilir. Kırılma Şekil 3.20.’de gösterildiği gibi olur.

Şekil 3.20. Birbirine yakın ankrajlarda göçme modu

Kenar mesafesi bölümünde verilen ACI 318-02’deki Denklem 3.6.’da AN0; tek bir ankrajın kopartacağı beton piramidin beton yüzeydeki izdüşümü alanını göstermektedir. AN ise bir ankraj grubunun toplam beton kopma alanı izdüşümüdür.

Yani birbirine yakın ankrajlarda oluşan bileşke beton konisi alanı, tek bir ankrajın kopmasıyla oluşan beton alanına göre daha büyük olmakta, bu da kırılma yükünün arttığını göstermektedir. Ancak artış donatı sayısıyla orantılı olmamaktadır. Örnek olarak 4 donatıdan oluşan bir ankraj grubunun dayanımı, tek bir ankrajın taşıdığı yükün 4 katı kadar olmamakta, her bir ankrajın oluşturduğu konilerin çakışmasıyla daha düşük bir kırılma yükü elde edilmektedir. Donatılar arasında ankraj derinliği kadar mesafenin olması bu etkiyi önemli ölçüde azaltmaktadır.

3.1.5.2.5. Ankraj Derinliği

Gesoğlu (2005), ankrajın sıyrılma kapasitesi için en önemli etkenin ankraj derinliği olduğunu belirtmiştir. Ankraj ve beton özellikleri sabit tutulduğu taktirde, sıyrılma kapasitesi ankraj derinliğiyle birlikte nerdeyse lineer olarak artmaktadır. Unterweger (1998) kimyasal ankrajlarda, etkili gömülme boyunun ankraj donatısının veya bulon çapının 10 katı kadar olduğunu belirtmiştir. TDY-2007 de, perde ilavesiyle güçlendirmelerde kullanılması gereken minimum ankraj donatısı çapının 16 mm, ankraj derinliğinin ise çubuk çapının en az 10 katı olması gerektiğini belirtmektedir. Yani güçlendirme uygulamalarında yapılacak ankraj derinliği TDY- 2007’ye göre en az 160 mm’dir. Cook (1998) ise yaptığı çalışmada, ankraj derinliğinin en az 12 Φ olmasını tavsiye etmektedir (Şekil 3.21.).