Bu bölümde, sanayi yapılarında kullanılan kolon taban levha uygulamalarında ve uygulamada sıklıkla kullanılan çelik taşıyıcı sisteme sahip yaya üst geçitlerinde, ankastre direklerde (trafik veya reklam tabelası taşıyan kolonlar) yapılan hatalardan örnekler sunulmuştur. Bu tip yapılarda genellikle kolon ayağı tipi olarak açıkta kolon taban levhası uygulanmaktadır. Çoğu uygulamada, üst yapıdan gelen yüklerin temel beton bloğuna düzgün yayılmasını sağlayacak olan harç tabakasının olmadığı görülmektedir. Sanayi yapılarında kullanılan kolon-taban levha bağlantısı ve detaylarının tasarımı AISC Base Plate and Anchor Rod Design Guide 1 (2010)'a göre, belirtilen diğer yapılardaki kolon taban levha bağlantılarının tasarımı AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials, 2010) standardına göre yapılabilmektedir.
Şekil 9.1 ile 9.4 arasında sanayi yapılarında kullanılmış olan açıkta kolon taban levhaları örnekleri görülmektedir. Şekil 9.1'de beton blok üzerine direk yerleştirilmiş bir kolon taban levhası ve uzun bulonlar görülmektedir. Burada, tezde incelenen yönetmeliğe göre gerekli harç tabakası bulunmamaktadır. Ayrıca ankraj bulonlarının taban levhası üzerinde çok uzun bırakılmış olduğu görülmektedir. AISC Base Plate and Anchor Rod Design Guide 1(2010)'da, ankraj bulonlarının boşta kısmının uzun bırakılması durumunda, bulonun çekme dayanımını elde edebilmek için belirlenen gömme miktarının yeterli olmayacağı belirtilmektedir.
ġekil 9.1. Beton blok üzerine direk yerleştirilmiş bir kolon taban levhası ve uzun bulonlar Şekil 9.2 ʼde bu uygulamada taban levhasının simetrik olarak yerleştirilmemiş olması, ankraj bulonlarının simetrik olmaması, nervürlerin kolon başlıkları hizasında olmaması gibi pek çok hatanın yapıldığı bir kolon-taban levha bağlantısı görülmektedir.
Şekil 9.3 ʼte bulonların çok uzun olduğu görülmektedir.
ġekil 9.3. Ankraj bulonlarının dışta kalan bölümlerinin çok uzun olduğu görülmektedir Şekil 9.4 ʼte görülen kolon taban levhası uygulamasında ise sadece bir doğrultuda kolon kesitinin dışında taban levhası bulunmaktadır.
ġekil 9.4. Kolon taban levhası uygulamasında sadece bir doğrultuda kolon kesitinin dışında taban levhası bulunması durumu
Kolon taban levha birleşimi için kullanılan temel beton bloğunun kalitesinin iyi olması gerekmektedir, aksi halde betonda çatlamalar meydana gelebileceğinden üst yapıya zarar verebilmektedir. Şekil 9.5ʼte beton dökününde segregasyonun meydana geldiği bir temel beton bloğuna mesnetlenmiş ve taban levhasında kalkmanın meydana geldiği bir kolon ayağı görülmektedir. Şekil 9.6'da beton bloğunda kullanılan donatının paspayının yetersiz olmasından dolayı donatının korozyona uğradığı ve temel beton bloğunun hasar gördüğü bir çelik kolon ayağı görülmektedir.
ġekil 9.6. Donatının korozyona uğramasından dolayı hasar görmüş bir temel beton bloğu Kolon taban levha birleşiminde beton döküm işleminden önce ankraj bulonlarının sabitlenmesi için çelik destek kullanılmaktadır. Bu desteklerin temel betonunun dökümünden sonra yerinde bırakılmaması gerekmektedir, ancak Şekil 9.7'de çelik kalıp, taban levhasının yerleştirilmesinden sonra yerinde bırakılmıştır.
ġekil 9.7. Taban levhası yerleşimindean sonra yerinde bırakılmış çelik destek
Çelik kolon taban levha birleşiminin yükü temele düzgün aktarması için taban levhası ve temel beton bloğu arasında harç tabakası yer alması gerekmektedir. Şekil 9.8ʼde taban levhası ve temel beton bloğu arasında harç tabakasının olmadığı açık bir
şekilde görülmektedir. Şekil 9.9'da ise taban levhası ile beton blok bağlantısı dört adet levhaya kaynaklanarak sağlanmıştır.
ġekil 9.8. Taban levha ve temel arasında harç tabakasının yer almaması
Taban levhasının zaman içinde korozyona uğramasından veya kalınlığının yeterli gelmemesinden kaynaklanan ezilme nedeniyle levhanın kalkmaması için Şekil 9.10ʼda gösterildiği gibi levhaya değişik elemanlar kaynaklanmıştır.
ġekil 9.10. Levhaya değişik elemanlar kaynaklanmış
Şekil 9.11ʼde gösterilen taban levhasındaki, ankraj bulonundan levha dış kenarına olan boşluk, kolon-taban levha birleşimi büyük yüklere maruz kaldığında bulonun işlev görememesine neden olabilmektedir. Taban levhasında ankraj bulonunun levha dış kenarına yetersiz mesafede yerleştirilmesi ve gereksiz boşluk bırakılması bulonun levhadan ayrılmasına neden olabilmektedir.
ġekil 9.11. Taban levhasında ankraj bulonun levha dış kenarına yetersiz mesafede yerleştirilmesi Uygulamada yapılan hatalardan biri de bulonlarda gereksiz yere fazla bırakılan boşlukları doldurmak için düzensiz şekilde ek levhaların rondela gibi kullanılmasıdır. Şekil 9.12ʼde daha önce yerleştirilmiş olan kolon taban levhasının üzerine başka bir kolon taban levhası getirilerek önceki kolon taban levhasına bulonlarla bağlanmıştır. Bulonların sadece ikisinde kalan boşluğu doldurmak için düzensiz bir şekilde ilave ek levha kullanılmıştır. Bu şekilde kolon taban levhasının yetersiz kalınlık nedeniyle eğildiği görülmektedir.
ġekil 9.12. Mevcut bir taban levhası üzerine kolon taban levha birleşimi
Şekil 9.13ʼte ise çok düzensiz ankraj bulonu bağlantılarına sahip bir kolon temel birleşim detayı verilmiştir. Burada çelik kolon taban levhasının kalınlığının yeterli
olmadığı levhada ortaya çıkan deformasyondan açıkça görülmektedir. Ayrıca beton temel bloğu da deformasyona uğramıştır.
ġekil 9.13. Bulonla uzun ve değişik levhalarla bağlanmış kolon taban levhası
Şekil 9.14 ve 9.15 ʼde uzun ve kısa ankraj bulonu görülmektedir. AISC; Base Plate and Anchor Rod Design Guide 1 ʼe göre ankraj bulonu uzun ise gerekli çekme dayanımını sağlamak için gömme miktarı yeterli olmayacaktır, ankraj bulonu kısa olduğunda ise bulon çıkıntısı temel altında kalabilmektedir (Fisher ve Kloiber 2010).
ġekil 9.15. Kısa ankraj bulonu
Kolon taban levha uygulamasında öncelikle ankraj bulonları yerleştirilmektedir. Ankraj bulonlarını yerleştirirken kaldırım seviyesini de göz önünde bulundurmak gerekmektedir, Şekil 9.16 ʼda kolon taban levha birleşimi kaldırım seviyesinin altında kalmakta ve bulonların kısa olduğu görülmektedir.
ġekil 9.16. Kaldırım seviyesinin altında kolon taban levha birleşimi
10. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER
10.1 Sonuçlar
Bu çalışmada tek katlı bir çelik sanayi yapısı ve altı kattan oluşan bir çelik bina için üst yapıdan gelen yükler belirlenerek kolon taban levhası boyutları ve detaylarının AISC Base Plate and Anchor Rod Design Guide 1 yönetmeliğinde yer alan LRFD ve ASD yöntemlerine göre boyutları belirlenmiştir. AISC yönetmeliğnde, beş ayrı yük durumu ele alınmaktadır. Bu iki yöntem için hesap esasları değişmekte ve kritik yükler farklı yük kombinasyonlarına göre belirlenmektedir. Kolon taban levha boyutları ve detayları belirlendikten sonra ASDIP-steel programında hesap kontrolü yapılmış ve RFEM 5.05 programında ise kolon taban levhası birleşimi ve detay elemanları için sonlu eleman yöntemi ile analiz gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu incelemelerden elde edilen sonuçlar aşağıda açıklanmaktadır.
LRFD ve ASD yöntemleri arasında genel bir karşılaştırma yapılırsa; LRFD yönteminde faktörlü yüklere göre hesap yapılmakta ve dayanım azaltma katsayısı (φ) kullanılmaktadır. ASD yönteminde ise servis yüklerine göre hesap yapılmakta ve emniyet katsayısı (Ω) kullanılmaktadır.
SAP 2000 programında LRFD ve ASD yük kombinasyonlarına göre yapılan analizde, tek katlı sanayi yapısında büyük moment durumu, 6 katlı binada ise büyük eksenel yük durumu elde edilmiştir.
Sanayi yapısı ve bina için taban levhası ve ankraj bulonu detayları dikkate alınan yük durumuna bağlı olarak farklı bulunmuş, ancak levha kalınlığı her iki yapı için yaklaşık 2 in (50.8 mm) olarak belirlenmiştir
ASDIP-steel programında yapılan hesaplamada, sanayi yapısında, çekme ve kesme yükleri etkisi durumlarında LRFD yöntemine göre hesaplanan göçme modlarına karşı dayanım oranları ASD yöntemine göre hesaplanan dayanım oranlarından daha büyük değerlerde bulunmuştur. Binada kolon tabanında eksantirisitenin küçük olmasından dolayı çekme yükleri etkisi durumu dikkate alınmadığından dayanım oranları sıfır elde edilmiştir. Kesme yükleri etkisinde ise ASD yöntemine göre yapılan hesapta LRFD'ye göre daha büyük dayanım oranları elde edilmiştir.
RFEM 5.05 programında kolon taban levha bağlantısında kolon tipi ve levha kalınlığı değiştirilerek, ayrıca ek rijitleştirici levha eklenerek sonlu eleman analizi yapılmış ve kolon taban levha bağlantısında oluşan dört tip gerilme dağılımı elde edilmiştir. Von Mises ve Tresca gerilmelerinde taban levhası üzerindeki gerilme dağılımı benzerlik göstermiştir. Bach gerilmesinde, Von Mises ve Trescaya göre gerilmeler taban levhası üzerinde daha geniş alana yayılmıştır. Rankine gerilmesinde ise diğer üç gerilmeye göre taban levhası üzerinde en fazla dağılım gözlenmiştir.
Kolon taban levha bağlantısı analizinde eksenel yük sabit tutularak, yatay yük 22.046 kip (100 kN), 44.092 kip (200 kN), 66.139 kip (300 kN) ve 88.185 kip (400 kN) büyüklüğünde uygulanmıştır. Yatay yük artıkça deplasman ve gerilme değerlerinde artış ve kolon taban levha bağlantısında kritik bölgelerin oluştuğu görülmektedir. Kolon taban levha tiplerinde kritik bölgeler daha çok bulonlar etrafında oluşmakta ve bazı bağlantı tiplerinde istenmeyen deplasman ve gerilme değerleri elde edilmektedir.
Sanayi yapısında, I profil kesitli kolon ve 2 in (50.8 mm) kalınlığında taban levhası kullanıldığında levhada gözlenen gerilmeler bulon etrafında ve kolon başlıklarında yoğunlaşmakta, analizde dikkate alınan 22.046 kip (100 kN) yatay yüke göre Von Mises gerilmesi 450.46MPa ve deplasman 5.3 mm olmaktadır. I profil kesitli kolon ve 2 in (50.8 mm) kalınlığında taban levhası bağlantı tipi referans eleman olarak dikkate alınarak diğer tiplerde meydana gelen davranış bununla karşılaştırılmıştır. Taban levhası kalınlığı 1 in (25.4 mm) olarak azaltıldığında referans tipe göre deplasman ve gerilmeler çok fazla artmakta, gerilme yığılması yine en çok bulon etrafında ve kolon başlıklarında oluşmaktadır. Referans kolon taban levha bağlantısına göre Von Mises gerilme oranı 3.65 ve kolon üst ucu deplasman oranı 4.89 olmaktadır. Rijitleştirilmiş kolon taban levha bağlantısı kullanıldığında ise referans tipe göre deplasman ve gerilmeler azalmakta, gerilmeler daha çok rijitleştirici nervürlerde ve bulonların etrafında oluşmaktadır. Referans kolon taban levha bağlantısına göre Von Mises gerilme oranı 0.96 ve kolon üst ucu deplasman oranı 0.60 olmaktadır. Kutu kesitli kolonlu taban levha bağlantısı kullanılması durumunda deplasmanlar artarken gerilme değerleri azalmaktadır. Buna ilave olarak gerilme dağılımları levha üzerinde referans tipe göre daha fazla, kolonda ise levhaya göre daha az yayılmaktadır. Bu tip kolonda, referans kolon taban levha bağlantısına göre Von
Mises gerilme oranı 0.92 ve kolon üst ucu deplasman oranı 1.25 olmaktadır. Boru kesitli kolonlu taban levha bağlantısı kullanıldığında ise referans tipe göre deplasman ve gerilmeler artmakta, gerilmeler levhada daha fazla, kolonda ise çok az yayılmaktadır. Bu tip kolonda, referans kolon taban levha bağlantısına göre Von Mises gerilme oranı 1.81 ve kolon üst ucu deplasman oranı 2.49 olmaktadır.
Binada, I profil kesitli kolon ve 2 in (50.8 mm) kalınlığında taban levhası kullanıldığında levhada gözlenen gerilmeler en çok bulon etrafında ve kolon başlıklarında oluşmaktadır. Analizde dikkate 22.046 kip (100 kN) yatay yüke göre Von Mises gerilmesi 1059.98 MPa ve deplasman 8.1 mm olmaktadır. I profil kesitli kolon ve 2 in (50.8 mm) kalınlığında taban levhası referans eleman olarak dikkate alınarak diğer tiplerde meydana gelen davranış bununla karşılaştırılmıştır. Taban levha kalınlığı 1 in (25.4 mm) olarak azaltıldığında referans tipe göre deplasman ve gerilmeler çok fazla arttmakta, gerilme yığılması yine en çok bulon etrafında ve kolon başlıklarında oluşmaktadır. Referans kolon taban levha bağlantısına göre Von Mises gerilme oranı 7.79 ve kolon üst ucu deplasman oranı 12.74 olmaktadır. Rijitleştirilmiş kolon taban levha bağlantısı kullanıldığında referans tipe göre deplasman ve gerilme değerleri azalmakta, gerilmeler daha çok bulonların etrafında oluşmakta, rijitleştirici nervür üzerinde ise çok az dağılım elde edilmektedir. Referans kolon taban levha bağlantısına göre Von Mises gerilme oranı 0.88 ve kolon üst ucu deplasman oranı 0.54 olmaktadır. Kutu kesitli kolonlu taban levha bağlantısı kullanıldığında referans tipe göre deplasman ve gerilmeler artmakta, gerilmeler levha üzerinde fazla, kolonda ise çok az yayılmaktadır. Referans kolon taban levha bağlantısına göre Von Mises gerilme oranı 1.59 ve kolon üst ucu deplasman oranı 1.83 olmaktadır. Boru kesitli kolonlu taban levha bağlantısı kullanıldığında referans tipe göre deplasman ve gerilmeler artmakta, gerilmeler yine levhada daha fazla, kolonda ise çok az yayılmaktadır. Referans kolon taban levha bağlantısına göre Von Mises gerilme oranı 2.24 ve kolon üst ucu deplasman oranı 3.01 olmaktadır.
RFEM 5.05 programından alınan sonuçlara göre sanayi yapısı ve binada en küçük deplasman ve gerilme değerleri, kalınlığı 2 in (50.8 mm) olan rijitleştirilmiş kolon taban levha bağlantısı kullanıldığında görülmektedir. Genel olarak rijitleştirilmiş levha kullanılan kolon taban levha bağlantı bölgelerinde
levha üzerindeki hasarın rijitleştirici nervürlere kaydığı gözlenmiştir. En büyük deplasman ve gerilme değerleri ise taban levha kalınlığının 1 in (25.4 mm) olarak azaltıldığı taban levhalı I profili kolon-taban levha bağlantısında elde edilmiştir. Ancak, sanayi yapısında kutu kesitli kolon kullanıldığında daha düşük gerilme değerleri bulunmuştur.
Genel olarak, sanayi yapısında kullanılan taban levhası üzerinde, binada kullanılandan daha çok yayılı gerilme dağılımı elde edilmiştir.
Sonuç olarak, bu çalışmada tek katlı bir sanayi yapısı ve 6 katlı bina için I profil kolon kullanılması durumunda bulunan dikdörtgen taban levha boyutları kullanılarak, değişik kolon kesitleri ve levha kalınlığı olması durumunda dört farklı yatay yük değeri için oluşan gerilme dağılımları gösterilmiştir. Tüm tipler için kullanılan kolon kesitlerinin yeterli olduğu görülmüştür. Ancak taban levha kalınlığının 1 in (25.4 mm) olarak azaltıldığı tipte, kolon taban levhasının yeterli olmadığı belirlenmiştir. Yapılan sonlu eleman analizlerinden elde edilen gerilme ve yatay deplasman değerlerine göre kolon taban levha tasarımındaki en etkili parametrelerden birinin taban levhası kalınlığı olduğu belirlenmiştir.
10.2 Öneriler
Bu çalışmada kullanılan kolon taban levha bağlantıları ile ilgili deneysel çalışma yapılması, farklı yönetmeliklerdeki çelik kolon taban levha tasarım esaslarının incelenmesi, kolon taban levha boyutları değiştirilerek veya daire kesitli taban levhası kullanılarak sonlu eleman yöntemiyle analiz yapılması ve kolon taban levha bağlantılarında kullanılan ankraj bulonları ile ilgili detaylı bir inceleme yapılması gibi çalışmalar önerilmektedir.
KAYNAKLAR
ACI-318, 2008. Building code requirements for structural concrete and commentary. Appendix D- Anchoring to concrete. Farmington Hills, MI, ACI committee 318. ACI-318, 2011. Building code requirements for structural concrete and commentary.
Appendix D- Anchoring to concrete. Farmington Hills, MI, ACI committee 318. ACI-349, 2006. Code requirements for nuclear safety-related concrete structures and
commentary. Farmington Hills, MI, American concrete institute.
Adany S, 2000. Numerical and experimental analysis of bolted end-plate joints under monotonic and cyclic loading.
Adany S, Calado L, Dunai L, 2000. Experimental studies on cyclic behaviour modes of base-plate connections. Proceedings of the Third International Conference on
the Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas (STESSA 2000) 97-104, 21-
24 August 2000, Montreal, Canada.
AISC-Committee, 2011. Design examples version 14.1, United States of America,
American institute of steel construction.
AISC-LRFD, 1999. Load and resistance factor design specification for structural steel buildings. Chicago, Illinois, American Institute of Steel Construction.
AISC-Seismic, 2002. Seismic provisions for structural steel buildings. Chicago, Illinois,
American Institute of Steel Construction.
Amaral PM, 2014. Steel column bases under biaxial loading conditions, University of
porto Porto, Portugal.
ANSI/AISC360, 2005. Specification for structural steel buildings. Chicago, Illinois,
American Institute of Steel Construction.
Astaneh-Asl A, Bergsma G, 1993. Cyclic behavior and seismic design of steel base plates. Structural Engineering in Natural Hazards Mitigation, 409-14.
Astaneh A, Bergsma G, Shen J, 1992. Behavior and design of base plates for gravity, wind and seismic loads. Proceedings.
Balut N, Moldovan A, 1997. A model for the behavior of column base connections. the
Second Conference STESSA, Kyoto, Japan.
Beer FP, Johnston Jr ER, DeWolf J, 2009. Mechanics of materials, The McGraw-Hill
Companies.
Borzouie J, MacRae G, Chase G, Clifton C, 2014. Experimental studies on cyclic behaviour of steel base plate connections considering anchor bolts post tensioning.
Burda JJ, Itani AM, 1999. Studies of seismic behavior of steel base plates, Center for Civil Engineering Earthquake Research, Department of Civil Engineering,
University of Nevada.
Correia R, 2013. Dimensionamento de bases de pilares metálicos - Versão para discussão.
DBYBHY, 2007. Deprem bölgelerinde yapılacak binalar yakkında yönetmelik. Ankara,
Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Afet İşleri Genel Müdürlüğü.
DeWolf JT, 1978. Axially loaded column base plates. Journal of the Structural
Division, 104, 5, 781-94.
DeWolf JT, Ricker DT, 1990. (Column base plates)Steel Design Guide Series No. 1,AISC, Chicago, Illinois.
DeWolf JT, Sarisley EF, 1980. Column base plates with axial loads and moments.
Journal of the Structural Division, 106, 11, 2167-84.
Dlubal-company, 2013. Program RFEM 5 Spatial Models Calculated Acc. to Finite Element Method, Program Description.