ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
ÖNGERĐLMELĐ BETON
KÖPRÜ KĐRĐŞLERĐNĐN YAPISAL ONARIMI
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Bülent PEKYER
Anabilim Dalı : Đnşaat Mühendisliği Programı : Yapı Mühendisliği
ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
ÖNGERĐLMELĐ BETON
KÖPRÜ KĐRĐŞLERĐNĐN YAPISAL ONARIMI
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Bülent PEKYER
(501021109)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 24 Aralık 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 03 Şubat 2010
Tez Danışmanı : Doç. Dr. Turgut ÖZTÜRK (ĐTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Kutlu DARILMAZ (ĐTÜ)
Yrd. Doç. Dr. Nilgün AKTAN (YTÜ)
ÖNSÖZ
Günümüzde hızlı üretilmesi ve ekonomik olmasi sebebi ile kullanım alanı sürekli artan öngerilmeli köprü kirişlerdeki hasarların onarımı önem kazanmaya başlamıştır. Yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışma uygulanabilir öngerilmeli köprü kirişlerinin onarım yöntemlerini incelemektedir.
Tez çalışmam süresince desteğini benden esirgemeyen aileme ve danışmanım Doç. Dr. Turgut Öztürk’e, ayrıca beni yüksek lisans yapmam için teşvik eden babam Mustafa Pekyer’e teşekkürlerimi sunarım.
ŞUBAT 2010 Bülent PEKYER
ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖNSÖZ ... iii ĐÇĐNDEKĐLER ...v KISALTMALAR ... vii ÇĐZELGE LĐSTESĐ... xi
ŞEKĐL LĐSTESĐ... xiii
ÖZET ...xv
SUMMARY... xvii
1. GĐRĐŞ ... 1
1.1 Tezin Kapsamı Ve Amacı ... 1
1.2 Tezin Ana Hatları... 2
2. LĐTERATÜRÜN GÖZDEN GEÇĐRĐLMESĐ VE TEMEL BĐLGĐLER... 3
2.1 NCHRP 12-21 Projesi ... 3 2.2 Onarım Teknikleri... 8 2.2.1 Halat ekleme ... 9 2.2.2 Art germe ... 10 2.2.3 Korozyonun hafifletilmesi ... 11 2.3 Artgermesiz CFRP Onarımı ... 13
2.4 Artgermeli ve Öngerilmeli CFRP Onarımları ... 14
2.4.1 Ankrajlar ... 17
2.4.2 Piyasada Mevcut PCFRP Sistemi... 19
2.5 Beklenen Hasar ... 22
3. ENVANTER DURUM DEĞERLENDĐRMESĐ... 23
3.1 Gözden Geçirilen Köprü Envanteri... 23
3.2 Öngerilmeli Beton Kirişlerdeki Hasarın Kaynakları ... 28
3.3 Öngerilmeli Beton Köprü Kirişlerindeki Hasar Tipleri ... 34
4. ÖNGERĐLMELĐ TĐPĐK KĐRĐŞ SEÇĐMĐ ... 39
4.1 Hasar Sınıflandırması... 40
4.2 Analiz Saptama Örneği ... 42
4.3 Onarım Örnek Seçimi... 43
5. ÖRNEK ONARIM TASARIMLARI ... 45
5.1 Malzemeler ... 45
5.2 Varsayımlar Ve Yalınlaştırmalar ... 48
5.3 Analiz Tasarım Yöntemi ... 49
5.4 Köprü Yüklemesi ... 51
5.5 Öngerilmesiz CFRP Şeridinin Onarımları... 54
5.6 Tasarım Örneği AB 4-0-0... 54
5.7 Ek Örnekler... 66
5.8 Öngerilmesiz CFRP Kumaşla Onarım ... 66
5.9 Öngerilmeli CFRP Şeritle Onarım ... 69
5.10 Art Germeli CFRP Đle Onarım ... 75
5.12 Harici Çelik Art Germe...81
5.13 Ön Yük Tekniği ...83
6. SONUÇLAR ...85
6.1 Onarım Tipinin Seçilmesi ...86
6.2 Kiriş Biçimi ...87
KISALTMALAR
AASHO : Amerikan Eyalet Karayolu Birliği
AASHTO : Amerikan Eyalet Karayolu ve Ulaştırma Birliği AB : Bitişik Kutu Kesitli Kiriş
ACI : Amerikan Beton Enstitüsü
CERP : Karbon Elyafla Güçlendirilmiş Polimer CFCC : Karbon Elyaf Kompozit Kablolar FRP : Elyafla Güçlendirilmiş Polimer IB : I-Kiriş (veya AASHTO Kirişi)
NCHRP : Ulusal Kooperatif Karayolu Araştırma Programı PCFRP : Öngermeli Karbon Elyafla Güçlendirilmiş Polimer SB : Kutu Kesitli Kiriş
VOC : Uçucu Organik Bileşenler Af : FRP kesit alanı
Ap : Çekme öngerilmeli güçlendirme alanı b : Elemanın sıkıştırma yüzünün genişliği Ce : Çevre azaltma faktörü
c : Beton sıkıştırma elyafından nötr eksene olan uzaklık
cg halat : Elemanın altından hesaplanmış olarak halatlarınağırlık merkezi df : FRP eğilme güçlendirmesinin etkin derinliği
dp : Beton sıkıştırma elyafından öngerilmeli beton donatıya olan mesafe Ec : Beton elastisite modülü
Ef : FRP’nin elastisite çekme modülü
Eps : Öngerilme çeliği elastisitesinin çekme modülü e : Elemanın öngerilme çeliğinin eksantrisitesi fc’ : Betonun basınç dayanımı
fc’DECK : Betonun döşemedeki öngörülen basınç dayanımı ffe : FRP’deki etkin gerilme
ffu :FRP’nin tasarım maksimum çekme gerilmesi
flu* : Đmalatçı tarafından bildirilen FRP malzemesinin maksimum çekme gerilmesi
fps : Nominal dayanımda öngerilmeli donatıdaki gerilme fpu : Öngerme çeliklerinin çekme dayanımı
Ksplice : Halat eklerinin sertliği
Lexposed : Öngerilme halatlarının görünür uzunluğu Ltr : Öngerilme halatının transfer uzunluğu I : Kesitin atalet momenti
M : Halatlardaki eksantrik öngerilme kuvvetinden kaynaklanan moment MDECK : Döşemeden kaynaklanan kiriş üzerindeki moment
MDW : Yıpranan yüzeyden kaynaklanan kiriş üzerindeki moment
MEXTmax : Önyükleme tekniği için yapıya tatbik edilen maksimum dış moment MHS20 : Bir HS20 kamyonundan kaynaklanan kiriş üzerindeki moment MHS25 : Bir HS25 kamyonundan kaynaklanan kiriş üzerindeki moment MJB : Jersey bariyerinden kaynaklanan kiriş üzerindeki moment
MLANE : AASHTO (2007) şerit yükünden kaynaklanan kiriş üzerindeki moment
Mn : Kirişin nominal eğilme dayanımı
Mnf : Kirişin nominal eğilme dayanımına FRP’nin katkısı
Mnp : Kirişin nominal eğilme dayanımına öngerilme çeliğinin katkısı MSW : Kirişin kendi ağırlığından kaynaklanan kiriş üzerindeki moment MTAN : AASHTO (2007) tandem yükten kaynaklanan kiriş üzerindeki
moment
Mu : Kirişin tasarım maksimum eğilme dayanımı n : FRP donatısının katman sayısı
Pe : Öngerilme donatısındaki etkin kuvvet (bütün kayıplardan sonra) r : Bir kesitin atalet yarıçapı
S : Kesit modülü
tf : Bir FRP donatı katmanının nominal kalınlığı yb : En alt elyaftan kesit merkezine olan mesafe yt : Üst elyaftan kesit sentroidine olan mesafe α
α α
α : Betonda bir eşdeğer dikdörtgen gerilme dayanımını tayin etmeye yönelik ampirik katsayı
β β β
β1 : Eşdeğer dikdörtgen dayanım bloğu derinliğinin nötr eksen derinliğine oranı
∆splice : Uzunluktaki değişim veya “halat eklerinde” kısalma
εbi : FRP montajı sırasında beton alt tabakadaki deformasyon düzeyi (çekme pozitiftir)
εc : Betondaki deformasyon düzeyi
εc’ : Serbest betonun f’c’ye karşılık gelen maksimum deformasyon
εcu : Serbest betonun maksimum eksenel deformasyonu εfd : Harici olarak bağlanmış FRP donatısının ayrılma yaratan
deformasyonu
εfd* : Harici olarak bağlanmış artgermeli FRP donatısının ayrılma yaratan deformasyon
εfe : Kırılmada FRP donatısında ulaşılan etkin deformasyon düzeyi εfu : FRP donatısının maksimum tasarım kırılma deformasyonu εfu* : FRP donatısının tasarım kırılma deformasyonu
εpe : Kayıplardan sonra öngerilme çeliğindeki etkin deformasyon εpi : Öngerilmeli çelik donatıdaki başlangıç deformasyon düzeyi εpnet : Öngerilme kuvvetinin düşülmesinden sonra sınır durumda eğilme
öngerilme çeliğindeki net deformasyon
εps : Nominal dayanımda öngerilmeli donatıdaki deformasyon εpt : Artgermeli FRP donatısında yaratılan deformasyon ψf : FRP dayanım azaltma faktörü
Bu tezde bütün değerler ABD ve SI birimleri açıklayıcı olması için birlikte verilmiştir. Aşağıdaki “katı” çevirme faktörleri kullanılmıştır:
1 inç = 25.4mm 1 kip = 4.448 kN 1ksi = 6.89 Mpa 1 psi = 6.89 Pa
1 k-in = 0.115 kNm 1 k-ft = 1.38 kNm
Defarmasyon birim uzaması cm/cm veya in/in olarak verilmiştir.
Donatı çubuğu boyutları, ilgili kaynakta belirtilen ifade kullanılarak belirtilmektedir. Bir “#” işareti kullanılarak belirtilen bir çubuk (örn. #4), ABD’de kullanılan standart inç-pound ifadesine işaret etmektedir; buradaki kullanılan rakam, bir inçin sekizde biri olarak çubuk çapıdır.
ÇĐZELGE LĐSTESĐ
Sayfa
Çizelge 2.1 : Onarım seçim ölçütleri (Shanafelt ve Horn, 1980)... 8
Çizelge 2.2 : Çeşitli kiriş sayısal ve genel derecelerin karşılaştırılması... 12
Çizelge 2.3 : CFRP malzemesi ve geometrik özellikleri (Sika 2008a ve 2008c). .... 21
Çizelge 3.1 : Eyalet çapındaki ve Bölge 11’deki öngerilmeli köprü envanterinin özeti... 24
Çizelge 3.2 : Araştırılması için seçilen köprüler... 26
Çizelge 3.3 : Gözlemlenen hasarın kaynakları... 28
Çizelge 3.4 : Gözlemlenen hasarın tipleri... 35
Çizelge 4.1 : Önerilen hasar sınıflandırmaları. ... 41
Çizelge 4.2 : Onarım örnekleri... 43
Çizelge 5.1 : Tipik kiriş malzemeleri ve geometrik özellikler... 46
Çizelge 5.2 : CFRP malzemesi ve geometrik özellikleri... 47
Çizelge 5.3 : Art gerdirme çelik malzemesi ve geometrik özellikleri... 47
Çizelge 5.4 : Onarım tasarımları için hedef ve onarılmış eğilme kapasiteleri... 50
Çizelge 5.5 : AASHTO tarafından öngörülen dağıtım faktörü g= 0.285 ile AB yüklemesi. ... 52
Çizelge 5.6 : g=0.5 dağılım faktörüyle AB yüklemesi. ... 52
Çizelge 5.7 : g=0.648 dağılım faktörüyle SB yüklemesi... 53
Çizelge 5.8 : g=0.592 dağılım faktörüyle IB yüklemesi... 54
Çizelge 5.9 : Öngerilmesiz CFRP şeritle onarım sonuçları. ... 62
Çizelge 5.10 : CFRP kumaşla onarım sonuçları. ... 67
Çizelge 5.11 : Öngerilmeli CFRP onarım sonuçları... 70
Çizelge 5.12 : Art gerdirmeli CFRP ile tamir sonuçları. ... 75
ŞEKĐL LĐSTESĐ
Sayfa
Şekil 2.1 : “Germe donanımı” tipi halat ekleme onarım yöntemi... 5
Şekil 2.2 : Halat sıkma aynaları. ... 6
Şekil 2.3 : “Germe donanımı” tipi halat eki... 6
Şekil 2.4 : Çoklu halat “germe donanımı” tipi halat eki... 6
Şekil 2.5 : Wight vd. tarafından test edilen numune kesitleri. ... 13
Şekil 2.6 : Wight vd. tarafından test edilen moment-deplasman çizimleri... 14
Şekil 2.7 : Doğrudan öngerilme sistemi. ... 17
Şekil 2.8 : Sika CarboStress Sistemi. ... 20
Şekil 3.1 : Araç darbesinden kaynaklanan AASHTO kirişinde kesit kaybı. ... 29
Şekil 3.2 : Hafif araç darbesinden kaynaklanan sıyrılma ... 29
Şekil 3.3 : I-kirişinde darbe hasarı... 30
Şekil 3.4 : Araç darbesi sonucu ortaya çıkan ve kesilen halat. ... 30
Şekil 3.5 : Çarpışma sonucunda araç darbesi... 31
Şekil 3.6 : Bitişik kutu kirişlerin üzerindeki su... 31
Şekil 3.7 : Öngörülemeyen kaynaklardan gelen su. ... 32
Şekil 3.8 : Bariyer desteklerinin yerlerinin değişmesinin halatlarda yarattığı hasar. 32 Şekil 3.9 : Yeterli paspayı olmayan ve halatlar arasında mesafenin değişken olduğu kiriş. ... 33
Şekil 3.10 : Ekstrem olaylar... 34
Şekil 3.11 : Korozyon hasarları. ... 36
Şekil 3.12 : Temsili kesme tehlikesi... 37
Şekil 3.13 : Temsili eğilme tehlikesi. ... 37
Şekil 4.2 : SB kiriş kesiti. ... 40
Şekil 4.3 : IB kiriş kesiti. ... 40
Şekil 4.4 : Analiz saptama örneği... 42
Şekil 5.3 : CFRP şeridiyle onarılmış AB moment-eğrilik çizimi. ... 65
Şekil 5.4 : CFRP şeridiyle tamir edilmiş SB momenti-eğrilme çizimi. ... 65
Şekil 5.5 : CFRP kumaş onarımları... 66
Şekil 5.6 : CFRP kumaşla onarım moment-eğrilik çizimi... 69
Şekil 5.7 : Öngerilmeli CFRP ile onarılmış AB... 72
Şekil 5.8 : Öngerilmeli CFRP ile onarılmış SB. ... 72
Şekil 5.9 : Öngerilmeli CFRP ile onarılmış IB. ... 73
Şekil 5.10 : Öngerilmeli CFRP ile onarılmış AB moment-eğrilik çizimi. ... 73
Şekil 5.11 : Öngerilmeli CFRP ile tamir edilmiş SB moment-eğrilik çizimi. ... 74
Şekil 5.12 : Öngerilmeli CFRP ile onarılmış IB moment-eğrilik çizimi... 74
Şekil 5.13 : Art gerdirmeli CFRP ile onarılmış AB. ... 77
Şekil 5.14 : Art gerdirmeli CFRP ile onarılmış SB... 77
Şekil 5.15 : Art gerdirmeli CFRP ile onarılmış IB... 78
Şekil 5.16 : Art gerdirmeli CFRP ile onarılmış AB moment-eğrilik çizimi... 78
Şekil 5.18 : Art gerdirmeli CFRP ile onarılmış IB moment-eğrilik çizimi. ...79
Şekil 5.19 : Dış art gerdirmeli çelikle onarılmış IB 6-2-1 çizimi. ...82
Şekil 5.20 : Dış art gerdirmeli çelikle onarılmış IB 10-2-1...82
ÖNGERĐLMELĐ BETON KÖPRÜ KĐRĐŞLERĐNĐN YAPISAL ONARIMI ÖZET
Her yıl çok sayıda öngerilmeli beton köprü kirişi aşırı yüklü araçlar ve çevresel etkiler sebebi ile yapısal olarak hasar görmektedir. Bu yapısal hasarlar köprüyü güvensiz hale getirmekte ve onarım gerektirmektedir. Eskiyen ve yapısal olarak hasar gören öngerilmeli beton köprü elemanlarının hizmetten alınması ve değiştirilmesi genel bir uygulamadır. Ne var ki, bu uygulama malzemelerin ve kaynakların verimli şekilde kullanıldığı bir uygulama değildir. Girişimci ve eğitim kuruluşları tarafından önerilen ve öngerilmeli beton kiriş eğilme mukavemetini geri kazandıran ve hem malzeme hem ekonomik kaynaklardan tasarruf sağlayan çok sayıda onarım tekniği vardır. Hiç kuşkusuz, bütün onarım yöntemleri her durumda uygulanabilir nitelikte değildir; bu nedenle, her kirişin geometrisinin ve onarım senaryosunun amaçlarına dayalı olarak değerlendirilmesi gerekir. Bu tez, öngerilmeli beton köprü kiriş onarım yöntemlerinin pratik uygulaması üzerinde yoğunlaşmaktadır.
Bu belgede, üç tip öngerilmeli beton köprü kirişi için onarım yöntemleri sunulmaktadır. Bu kirişler farklı düzeyde hasara sahip, bitişik kutu kesitli (AB), ayrık kutu kesitli (SB) ve AASHTO I tipi (IB) kirişlerdir. Burada ele alınan onarım teknikleri karbon elyaflarla güçlendirilmiş polimer (CFRP) şeritlerinin, CFRP kumaşının, öngerilmeli CFRP’nin, art germeli CFRP, halat ekleme ve harici çelik art germe teknikleridir. Hasar düzeyini (veya hasar aralığını) doğrudan doğruya belli onarım tipleriyle ilintilendiren genel sınıflandırmalar yapılmamıştır. Yine de, bir kirişteki halatların %25’i artık kirişin kapasitesine katkıda bulunmuyorsa, kirişin değiştirilmesinin daha uygun bir çözüm olacağı sonucuna varılmaktadır.
STRUCTURAL REPAIR OF PRESTRESSED CONCRETE BRIDGE BEAMS
SUMMARY
Each year a lot of prestressed concrete beams are damaged by overwheight vehicles and environmental effects. These structural damage maybe highly visible, the bridge could be unsafe and need to repair is usually urgent. It is common practice that aging and structurally damaged prestressed concrete bridge members are taken out of service and replaced. This, however, is not an efficient use of materials and resources since the member can often be repaired. There are numerous repair techniques proposed by entrepreneurial and academic institutions which restore prestressed concrete girder flexural strength and save both material and economic resources. Of course, not all repair methods are applicable in every situation and thus each must be assessed based on girder geometry and the objectives of the repair scenario. This document focuses on the practical application of prestressed concrete bridge girder repair methods.
In this document, repair methods are presented for three prototype prestressed concrete highway bridge girder shapes: adjacent boxes (AB), spread boxes (SB), and AASHTO-type I-girders (IB), having different damage levels. Although not applicable to all structure types or all damage levels, the repair techniques covered include the use of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips, CFRP fabric, prestressed CFRP, post-tensioned CFRP, strand splicing and external steel post tensioning. Therefore, no broad classifications have been presented directly linking damage level (or a range of damage) to specific repair types. Nonetheless, it is concluded that when 25% of the strands in a girder no longer contribute to its capacity, girder replacement is a more appropriate solution.
1. GĐRĐŞ
Bilhassa köprüler olmak üzere ulaşım altyapısına olan talep son yıllarda önemli ölçüde artmıştır. Bu gelişimi, trafik hacminde ve tasarım yüklerindeki artıştan anlamaktayız (AASHTO 1960 ve 2007). Aşırı yük artışları ve çevresel etkiler sebebi ile her yıl köprü kirişlerinde yapısal hasarlar oluşmaktadır. Öngerilmeli beton köprü kirişler, köprü envanterinin göreceli olarak yeni kısmını oluşturmaktadır, bu yapıların en eskisi henüz 50 yaşına ulaşmamıştır. Bu nedenle, öngerilmeli beton köprü elemanlarının onarımına, diğer ve daha eski yapıların onarımı kadar dikkat edilmemiştir. Feldman (1996) yaptığı araştırmada öngerilmeli beton köprü kirişlerinin onarımının mümkün olduğunu göstermiştir, fakat çok yaygın bir uygulama alanı bulamamıştır (Feldman, vd.1996). Uygun onarım teknolojileri ve saha uygulamaları konusunda daha fazla eğitim verilmesi, konu ile daha fazla bilgi sahibi olunmasına, köprü kirişlerinin değiştirilmesi yerine onarılmalarının daha fazla tercih edileceği ve böylece kaynak tasarrufu sağlanacağı önerilmektedir. Kiriş dayanımını yeniden sağlayan ve hem malzeme hem iktisadi kaynaklardan tasarruf sağlayan, girişimci ve akademik kurumlar tarafından önerilen çok sayıda onarım tekniği vardır. Bu tezde, öngerilmeli beton köprü kirişi onarım yöntemlerinin pratik uygulaması üzerinde durulmaktadır.
1.1 Tezin Kapsamı Ve Amacı
Bu tezin amacı, dayanımın yeniden sağlanması üzerine odaklanılarak, hasarlı öngerilmeli beton köprü kirişlerine yönelik pratik yapısal onarım çözümlerini en son tekniklerle sunmaktadır. Yaygın onarım teknikleri arasında çelik mantolama, halat ekleme, artgermeli ve artgermesiz karbon elyafla güçlendirilmiş (CFRP) uygulamalar yer almaktadır. Bu tezde, üç kiriş tipi için her onarım yönteminin uygulanabilirliği ve sınırlılıkları irdelenmektedir: Ayrık kutu kesit (SB); Bitişik kutu kesit (AB) ve ASSHTO tipi I-kirişler için temsili onarımlar hesaplamalarla birlikte sunulmaktadır. Bu hesaplamalara dayalı olarak, her yöntemin uygulanabilirliği, avantajları ve
dezavantajları irdelenmektedir. Kapsam olarak sınırlı olmasına karşın, onarım veya değiştirme kararını vermek için gereken parametreler önerilmektedir.
1.2 Tezin Ana Hatları
Bu tezin 2. Bölüm’ünde, öngerilmeli beton köprü kiriş onarım tekniklerine ilişkin gereken temel bilgiler verilmektedir. Bölüm 3’te, Amerika’nın Pennsylvania eyaletindeki öngerilmeli beton köprü envanteri gözden geçirilmekte ve sonraki bölümler için temel işlevi görmektedir. Temsili yapılar Bölüm 3’te gözden geçirilenler arasından seçilmekte ve Bölüm 4’te açıklanmaktadırlar. Bölüm 5’te CFRP onarımlarını, halat ekleme ve çelik art germe onarımlarını içeren onarım tasarımları açıklanmaktadır. Son olarak, Bölüm 6’da bu tezde sunulmuş olan çalışma özetlenmekte, bir onarım seçim matrisi önerilmekte ve tavsiyeler belirtilmektedir.
2. LĐTERATÜRÜN GÖZDEN GEÇĐRĐLMESĐ VE TEMEL BĐLGĐLER
Bu literatür gözden geçirmesi, öngerilmeli beton köprü kirişlerine ilişkin onarım, güçlendirme ve iyileştirme tekniklerine ilişkin gerekli temel bilgiyi sunmaktadır. Ulusal Kooperatif Karayolu Araştırma Programı (NCHRP) 12-21 Projesinin (Shanafelt ve Horn 1980) yayınlandığı tarih itibarıyla teknik ve uygulamadaki en son noktayı temsil etmektedir. Tez, ana kaynak olarak NCHRP 12-21’in elde ettiği bulgulardan yararlanılarak gerçekleştirilmiştir; bu nedenle, NCHRP 12-21’in sonuçları özetlenmekte ve bu konunun 1980’li yıllar öncesinde nasıl ele alındığı gösterilmektedir. NCHRP 12-21’e dayalı onarım teknikleri, art germeli ve art germesiz CFRP onarım sistemleri, CFRP için ankraj sistemleri ve beklenen hasar esasları ele alınmaktadır.
2.1 NCHRP 12-21 Projesi
NCHRP Raporu 226 (Shanafelt ve Horn 1980), hasarlı öngerilmeli beton köprü kirişlerinin değerlendirilmesine, muayenesine ve onarımına ilişkin yönlendirici bilgiler üzerinde yoğunlaşmıştır. Uygun teknikler, aletler ve formlar dâhil olmak üzere standart incelemeye ilişkin tavsiyelerde bulunulmuştur.
Mevcut hasarı ölçmesine olanak veren bir hasar sınıflandırma sistemi önerilmiştir. Shanafelt ve Horn, hasarı üç kategori şeklinde sınıflandırmışlardır:
Küçük hasar, sığ kabarmalar, çentikler çatlaklar, sıyrıklar ve biraz ufalanma, pas
veya su lekeleri olarak tanımlanmaktadır. Bu düzeydeki hasar, elemanın kapasitesini etkilememektedir. Onarım işlemleri estetik veya engelleyici amaçlara yöneliktir.
Orta derece hasar, daha büyük çatlakları ve halatların görünmesine yol açacak kadar
yüzey kabarmaları veya beton kaybını içerir. Orta derece hasar eleman kapasitesini etkilemez. Onarımlar, elemanın daha fazla kötüleşmesini önlemeye yöneliktir.
Ciddi derece hasar, yapısal onarım gerektiren her türlü hasar. Bu düzeydeki tipik
hasar önemli çatlama ve kabarma, korozyon ve görünür duruma gelen ve kopan halatları içerir.
Küçük ve orta derece hasar, yamama ve boyama teknikleriyle onarılabilir. Küçük ve orta derece hasarlar yapısal onarımlar gerektirmeyeceğinden, burada ciddi derece hasar üzerinde durulmaktadır.
Rapor 226’da, ciddi derece hasar durumu için onbir farklı onarım yöntemi geliştirilmiş ve ayrıntılı şekilde irdelenmiştir; ne var ki, hiçbiri kanıtlanmamış veya test edilmemiştir. Her onarım tekniği, süreçlere ve yöntemin avantajlarına ve sınırlılıklarına ilişkin bir genel bakış sağlayacak şekilde değerlendirilmiştir. Servis yükü kapasitesi, sınır yük kapasitesi, aşırı yük kapasitesi, yorgunluk ömrü, dayanıklılık, maliyet, kullanıcı bakımından rahatsızlık ve onarım hızı, estetik ve uygulanabilirlik alanına dayalı genel önerilerde bulunulmuştur.
Rapor 226’da değerlendirilen onarım yöntemleri art germe, çelik mantolama ve halat ekleme, bu yöntemlerin bir bileşimi ve değiştirme şeklindedir.
Art germe; kiriş üzerine, genellikle kirişin yanına (bazen de alt yüzeyine) dökülen veya monte edilen konsollar veya destekler ile ankrajlanan çelik çubuklar veya halatlar kullanılarak gerçekleştirilir. Daha sonra çelik çubuklar veya halatlar krikolama yoluyla desteğe doğru gerdirilir.
Art germeli onarım sistemlerindeki destek elemanları, büyük sıkıştırma kuvvetlerine maruz kaldıkları için zorlanan bölgelerdir. Ayrıca, art gerdirme kuvvetini aktarmak için destek ile mevcut kiriş arasında, yeterli kesme (kırılma) kapasitesi sağlanmalıdır. Etkili kesme (kırılma) aktarması, kiriş boyunca yeterli sürtünme kuvvetlerinin sağlanması amacıyla, kirişin art gerilmesini gerektirir.
Çelik mantolama; kiriş dayanımını tekrar sağlamak için kirişi muhafaza etmek üzere çelik levhaların kullanılması tekniğidir. Bu onarım tekniğiyle, art germe kuvveti ancak önyüklemeyle sağlanabilir.
Bu onarım yöntemi, çelik manto ile alt tabaka kiriş arasında kırılma aktarımı sağlamak için saplamalar veya geçiş çubukları da gerektirecektir. Çelik mantolamanın çok hantal bir teknik olduğu düşünülmektedir. Çoğu uygulamada, mantoyu kapatmak için sahada kaynak yapılması gerekecektir. Ayrıca, kiriş uzunluğu boyunca boyutsal farklılıkları telafi etmek amacıyla mantonun derzlenmesi gerekecektir.
Halat ekleri; kopan halatları yeniden bağlamak için tasarlanmıştır. Eklenen halata öngerilme kuvvetini yeniden verme yöntemleri önyükleme, halat ısıtma ve halat
ekinin tork edilmesidir; bu sonuncusu en yaygın olanıdır ve halat ekini bir tür germe donanımı durumuna getirir. Halat ısıtma, halatın ısıtıldığı bir yöntemdir; halat eki elyafa sabitlenir ve halatın soğuması beklendiği için büzülür ve böylece halata tekrar germe kuvveti sağlanır. Konvansiyonel yüksek dayanımlı ön germe yaratan halatın ısıtılmasının, makul herhangi bir ön deformasyon yaratabilecek çok akla yatkın bir yöntem olduğuna inanılmamaktadır. Halatlar büyük uzunlukta ısıtılmalı, ya da kısa uzunlukta yüksek bir sıcaklıkta ısıtılması gerekmektedir. Birinci seçenek bir köprü kirişinde uygulanamaz, ikincisi ise halatın malzeme özelliklerini etkileyecektir. Halat ısıtma tavsiye edilmemektedir.
Piyasada mevcut olan halat ekleri, ters dişli ankrajlara bağlanan bağlayıcılara sahiplerdir; bağlayıcı döndürüldüğünde, iki ankraj birbirine doğru çekilir ve bağlanmış olan halatta bir öngerilme yaratır (bkz. Şekil 2.1).
Şekil 2.1 : “Germe donanımı” tipi halat ekleme onarım yöntemi.
Halat ekleme yöntemleri (Shanafelt ve Horn 1980). Halatları eklemek için kullanılan halat sıkma aynaları Şekil 2.2 de gösterilmiştir. Montaj sırasında germe yaratmak için halatlar ısıtılmıştır. Şekil 2.3 ’te bağlayıcı, halat uçlarını birbirine doğru çeker. Ortasında halatı tekrar bağlamak ve germe kazandırmak için sıkılan bir somun bulunan bir halat eki vardır. Şekil 2.4 ‘te yuvarlak çelik çubuk; aktarma plakasına sonra da halatları tekrar bağlamak için halatlara bağlanır.
Şekil 2.2 : Halat sıkma aynaları.
Şekil 2.3 : “Germe donanımı” tipi halat eki.
Şekil 2.4 : Çoklu halat “germe donanımı” tipi halat eki.
Onarım teknikleri birleştirip de kullanılabilir. Onarım tekniklerinin birleşimi, kullanıcının her onarım tekniğinin avantajlarından yararlanmasına olanak verecektir. Kiriş dayanımını tekrar sağlamak için art germeyle birlikte çelik mantolama kullanılabilir.
Rapor 226’da önerilen onarımların çoğunda, kiriş onarımı sırasında ön yükten yararlanılmaktadır. Ön yük, onarım sırasında kirişe geçici olarak bir düşey yük uygulanmasıdır. Ön yük, ya düşey mantolama ya da bir yüklenmiş araç tarafından sağlanır. Eğer söz konusu hasar halatları koparmadan beton kaybına yol açmışsa, beton iyileştirmesi sırasındaki ön yükleme, herhangi bir ön gerilme yaratmadan kiriş mukavemetini tekrar sağlayabilir. Ön yükleme onarılan bölgeye kısmen veya tamamen ön gerilme kazandırmak için kullanılabildiğinden, hareketli yük uygulamalarında onarılan bölgedeki gerdirmeyi önemli ölçüde azaltır. Đşte bu yüzden, bilhassa yamama dâhil olmak üzere onarım yöntemlerinin çoğunda ön yükleme tavsiye edilmektedir. Yapıya fazla yük vermemek veya önyükleme kuvvetinin yarattığı aşırı lokal gerilmeler sonucunda hasar meydana gelmesine yol açmamak için bir yapıya ön yükleme yapılırken dikkat edilmesi gerekir.
Ayrıca Shanafelt ve Horn’un, Rapor 226’da, sadece 16 halata sahip küçük öngerilmeli elemanları ele aldıklarını belirtmek gerekir. Bu durumda, art germe kuvveti yaratmak için gerekli olan ön yük göreceli olarak küçüktür. Elemanlar büyüdükçe (bir köprüde olduğu gibi, gereken ön yük düzeyi çok büyür ve pratikte uygulanması mümkün değildir) ön yükün işe yararlılığı, azaltılan sabit ve hareketli yük oranlarıyla geliştirilir.
NCHRP Rapor 226, öngerilmeli kirişler için Çizelge 2.1 ’de gösterildiği gibi onarım yöntemlerinin seçilmesine yönelik seçim matrisi oluşturmuştur. Her onarım yöntemi için belirtilen ana esaslar aşağıda açıklanmaktadır. Bu çalışmada değerlendirilen kirişlerde sadece 16 halat vardır.
NCHRP 12-21 projesinin ikinci aşaması ve NCHRP Rapor 280’in (Shanafelt ve Horn 1985) odak noktası, hasarlı öngerilmeli beton köprü elemanlarının değerlendirilmesine ve onarımına ilişkin olarak bir pratik kullanıcı kılavuzu sağlamaktı. Önemli olan husus, önceki Rapor 226’da sunulan onarım yöntemlerinin bazısının yük testinden geçmiş olması ve bunların uygulanmasına yönelik tavsiyelerde bulunulmasıdır. Bu noktada, kirişlerin asla maksimum kapasitelerine kadar yüklenmediklerini belirtmek yerinde olacaktır. Bütün testler, yapay hasarlı tek bir kiriş üzerinde gerçekleştirilmiştir ve her test için onarım tekniklerinden biri kullanılmıştır. Bu nedenle, bütün onarım yöntemlerini test etmek amacıyla, kiriş göçme noktasına kadar yüklenmemiştir. Her onarımın davranışını ölçmek için tek bir I-kiriş üzerinde on farklı yük testi gerçekleştirilmiştir.
Çizelge 2.1 : Onarım seçim ölçütleri (Shanafelt ve Horn, 1980).
Onarım Yöntemi Değerlendirme Faktörü
Art Germe Halat Ekleme
Çelik Mantolama
Kiriş Değiştirme Sınır Yük Mükemmel Mükemmel Mükemmel Mükemmel
Aşırı Yük Mükemmel Mükemmel Mükemmel Mükemmel
Yorgunluk Mükemmel Sınırlı Mükemmel Mükemmel
Hasarlı Olmayan Kirişlere Dayanım
Kazandırılması
Mükemmel - Mükemmel -
Ekleme Yöntemlerinin
Kombinasyonu Mükemmel Mükemmel Mükemmel -
Ekleme Tendonları ve
Halatlar Sınırlı - Mükemmel Mükemmel
Eklenmiş Halatların
Sayısı Sınırlı Sınırlı Fazla Sınırlı
Gerekli Ön Yük Belki Evet Muhtemelen Hayır
Beton Kaybının Geri
Kazanılması Mükemmel Mükemmel Mükemmel Mükemmel
Onarım Hızı Đyi Mükemmel Đyi Kötü
Dayanıklılık Mükemmel Mükemmel Mükemmel Mükemmel
Maliyet Düşük Çok düşük Düşük Yüksek
Estetik Vasat Mükemmel Mükemmel Mükemmel
2.2 Onarım Teknikleri
NCHRP 12-21’de açıklanan teknikler, öngerilmeli beton kirişlere tekrar mukavemet ve işlerlik kazandıran birçok onarım yöntemi sağlamıştır. Bunun sonucunda düzenlenen 226 ve 280 raporları, her onarım yönteminin uygulanabilirliğini test eden
önemli miktarda araştırma için bir zemin sağlamıştır. Bu bölümde, NCHRP 12-21 raporlarının yayınlanmasından bu yana mevcut olan literatür gözden geçirilmektedir. Aşağıda irdelenen teknikler halat ekleme, çelik art germe ve kiriş mantolama; bunların geleneksel onarım yöntemleri olduğu düşünülmektedir.
2.2.1 Halat ekleme
Az sayıda hasarlı halatı tamir ederken, halat ekleme etkili, hızlı ve basit bir çözüm sağlar. Halat ekleri kopan halatları yeniden bağlar ve halatın yeniden gerilmesine olanak verir. Ne var ki, çoklu halat ekleri kullanıldığında, eklenen halatlar ile kiriş davranışı arasındaki karşılıklı etkileşimin araştırılması gerekmektedir. Tork anahtarı yöntemine dayanan halat ekleme gerdirmesinin (örn. bir halet eki bağlayıcısına bir öngörülmüş tork değerinin tatbik edilmesi), halat eki boyunca sürtünme gerilmelerindeki değişiklik ve dolayısıyla halata verilen gerilmenin değişmesi nedeniyle tatmin edici bulunmamıştır (Labia, vd. 1996). Gerilmeyi hesaplamak için halat sıkma aynaları veya ekleme uçları arasındaki deplasmanı ve malzeme özelliklerini kullanın somun döndürme yöntemi daha kolay gerçekleştirilebilir ve güvenilir bulunmuştur (Labia, vd. 1996 ve Olson, vd. 1992). Bu yöntem, bir halata mantolanırken, halatın uzatılmasıyla uygun öngerilme sağlama yöntemiyle aynıdır. Yapılan test, halat eklerinin orijinal kiriş dayanımını tekrar sağlayabildiklerini göstermiştir (Labia, vd. 1996).
Bazı durumlarda, halat ekleri boyutunun sorun yarattığı saptanmıştır. Kiriş geometrileri ve beton paspayı miktarı halat eklerinin kullanımını sınırlandırmaktadır. Genellikle, halatlar birbirine çok yakın aralıklarla konumlandırılmaktadır veya beton paspayı halat ekini barındıramayacak kadar küçüktür. Ayrıca, germe donanımlı halat ekleri, halatların kendisinden çok daha büyük eksenel ve eğilme sertliğine sahiplerdir. Bu durum, bilhassa eğer ekleme onarımı kiriş çapraz kesitinde simetrik değilse kiriş davranışını etkilemektedir. Olson vd. (1992), orijinal kiriş kapasitesinin %82’sinin altında gerilmede kopan bir halat ekleme sistemi ile onarılan test kirişini rapor etmektedir. Gerilme kopmasının olası nedenleri arasında şunlar yer almaktadır: a) Yorgunluk programı sırasında halat hasarının artması: gerilme aralıkları, kirişin hasarlı olmayan tarafında çoğalmış olabilir.
b) Germe donanımlı halat ekleri, kirişin hasarlı kısmında ankraj olarak çalışmış olabilirler
c) Bu iki faktörün birleşimi şeklinde olabilir.
Halat eklerinin dayanımının sağlanması önemlidir. Zobel ve Jirsa (1998), çeşitli halat ekleme onarımlarının performansını incelemişlerdir. Bütün halat ekleri, halatın nominal dayanımının %85’i kadar bir minimum dayanım verdiler. Bu çalışmaya dayanılarak, şu durumlarda halat ekleri önerilmektedir:
a) Kalan hasarsız halatlarla birlikte kirişin maksimum eğilme dayanımı faktörlü tasarım momentinden daha büyük olduğunda, diğer halatlar üzerine uygulanan gerilme değer aralığını düşürmek için iç halat eklemeyle onarım kullanılabilir. b) Eğer yorgunluk önemli düzeyde kaygı verici değilse, bir hasarlı kirişe tekrar maksimum eğilme dayanımı kazandırmak için iç ekleme yöntemleri kullanılabilir. Her halükarda, tek bir kiriş içindeki toplam halat sayısının %10-15’inden fazlasının onarılması tavsiye edilmez (Zobel ve Jirsa, 1998).
Günümüzde piyasada mevcut bilinen tek bir halat eki vardır. Grabb-it Halat Eki, bir ters dişli bağlayıcı kullanır. Oluşturulabilecek öngerilme kuvvet 175.7 kN (39.5 kips) ile sınırlıdır ve 1.27 cm (0.5 inç) lik halat için öngörülen çekme dayanımından (fpu)
daha fazladır (Law Engineering 1990).
Halat ekleme dayanımının şöyle olması gerektiğine inanılmaktadır:
a) Halat eki kopması olasılığını en aza indirmek için halat dayanımından en az %15 daha fazla (Labia, vd. 1996).
b) 4.13 cm (1.625 inç) lik halat eki çapı beton paspayını ve halat ara mesafe gerekliliklerini potansiyel olarak etkilemektedir. Her halükarda, ikinci sorun, söz konusu halat eklerinin bir elemanın uzunluğu boyunca kademelendirilmesini gerektirmektedir (Grabb-it teknik literatürü 2008).
2.2.2 Art germe
Art germe, öngerilmeyi ve ayrıca kiriş dayanımını tekrar sağlamaya yardımcı olmak için kullanılabilir. Bu, dayanımın ve hizmet verebilirliğinin arzu edildiği şekilde yeniden sağlanması için tasarımın isteğe uygun gerçekleştirilmesine olanak verir. Örneğin, Preston vd. tarafından (1987) incelenen bitişik kutu kesitli (AB) kirişde, belli bir beton gerilme koşulunu sağlamak için orijinal halat formu tayin edildi. Onarımın halat öngerilmesini orijinal tasarım amacıyla tutarlı bir şekilde sağlaması önemliydi. Art germeli onarımda, dört tane öngerilmeli 1.27 cm (0.5 inç) çapında,
epoksi kaplamalı, düşük gerilme boşalımlı ve kiriş alt yüzeyinin 5.08 cm (2 inç) altında monte edilmiş, her biri 95.6 kN (21.5 kips) ’da gerdirilmiş ve ankrajlanmış halatlar kullanılmıştır. Onarımın toplan derinliği 7.62 cm (3 inç)’ dir. Art germe halatlarını oturturken bazı sorunlar ortaya çıkmıştır; çünkü kayıplar beklendiğinden daha büyüktü ve bu nedenle ortaya çıkan çekme kuvvetinin bu kayıpları karşılayacak şekilde artırılması gerekiyordu. Buna karşın, kirişin tam maksimum kapasitesi ve ayrıca kayıp öngerilme kuvvetinin bir kısmı tekrar sağlanmıştır.
Aynı konsept, ön germe malzemesi olan çelik yerine CFRP kullanılarak da gerçekleştirilebilir. El-Hacha ve Elbadry (2006), beton kirişlerin güçlendirilmesi için art germeli 7-telli CFRP kablolarının kullanımını incelemişlerdir. Yapılan deney, çelik art germeli onarımlarla benzer sonuçlar vermiştir.
2.2.3 Korozyonun hafifletilmesi
Korozyona uğramış halatın onarımı söz konusu olduğunda, korozyon kaynağının değerlendirilmesi önemlidir. Örneğin, kirişteki çatlaklar nedeniyle başlayan korozyon, çatlakların onarılmasını gerektirir. Öngerilme halatlarının çelik kalitesi düşük olduğundan korozyondan çabuk etkilenir. Bu nedenle, öngerilmeli beton kirişler, özellikle kiriş uçlarında, korozyona duyarlıdırlar. Öngerilmeli halatlar kiriş uçlarında ankrajlandıkları için, bu bölgedeki halat korozyonu kiriş dayanımına zarar verebilir. Tabatabi vd. (2004), kiriş uç bölgesinin (kirişten önceki 60 cm’ lik (2 feet) mesafe içindeki bölge) onarımı üzerinde yoğunlaşmışlardır. Deneysel olarak hızlandırılmış korozyon programı başlamadan önce bazı kiriş uçlarına bir koruyucu kaplama konularak bunun halat korozyonu derecelerini nasıl etkilediğine bakılmıştır. Daha sonra, kiriş uçları, korozyon sürecini hızlandırmak için bir etkili elektrik akımıyla birlikte tuzlu su püskürtüsüne tabi tutulmuştur. Önce altı aylık bir maruz bırakma süresinden sonra, işlem görmeyen kiriş uçlarından biri dışında hepsi CRFP sargı kullanılarak veya bir koruyucu kaplamayla boyanarak korunduktan sonra, korozyon sürecinin bir yıl daha devam etmesi sağlanmıştır. Yüzey işlemlerinin ve kaplamalarının kısa vadede etkili olduğu, fakat eğer kaplama klorür kirlenmesinden önce tatbik edilmediyse uzun vadede etkili olmadığı sonucuna varılmıştır. Beklendiği üzere, en kötü performansı başlangıç koruması olmayan bir yama onarımı göstermiştir. Çizelge 2.2’de, kiriş dereceleri karşılaştırılmakta ve en etkili önlemler gösterilmektedir.
Çizelge 2.2 : Çeşitli kiriş sayısal derecelerinin ve genel derecelerin karşılaştırılması. (Tabatabi vd. 2004)
Kiriş
Ucu Açıklama Klorürler* Çatlama* Korozyon*
Genel Derece 1A 1. Günden Đtibaren Epoksi Kaplanmış 1 2 3 6 1B 6 Ay Maruz Kalma Sonrasında Epoksi Kaplanmış 2.5 4 7 13.5 2A Hiçbir işlem yapılmamış 2 6 5.5 13.5 2B 6 Ay Maruz Kalma Sonrasında Yamayla Onarım 8 7 8 23 3A 1. Günden Đtibaren Tatbik Edilen Yalıtım
Maddesi 1 5 3.5 9.5 3B 6 Ay Maruz Kalma Sonrasında Tatbik Edilmiş Yalıtım Maddesi 2 8 5.5 15.5 4A 6 Ay Maruz Kalma Sonrasında Tatbik Edilmiş Polimer Reçine
Kaplama 4.5 3 6 13.5 4B 6 Ay Maruz Kalma Sonrasında Tatbik Edilmiş FRP Sargı 2.5 1 7 10.5 5A 1. Günden Đtibaren Tatbik edilen Polimer
Reçine Kaplama
1 1 2 4
5B 1. Günden Đtibaren
Tatbik Edilen FRP 1.5 1 2 4.5
* kriter dereceleri, 1-8 arasında derecelendirmeye sahip cetvele dayanmaktadır; 1 en iyi etkiyi, 8 en kötü etkiyi göstermektedir. Genel derecelendirme, 3-24 arasında derecelendirilmiş bir cetvele dayanmaktadır; 3 en iyi durumu ve 24 ise en kötü dürümü göstermektedir.
Yapılan çalışmalar, FRP kompozit sargıların gelecekteki korozyon hasarının hafifletilmesinde etkili olduklarını göstermişlerdir (Taratabi vd. 2004 ve Klaiber vd. 2004). Genel olarak konuşacak olursak, katodik koruma da etkilidir, fakat yüksek bakım maliyetleri ve yöntem karmaşıklığı nedeniyle yaygın şekilde kullanılmamaktadır (Broomfield ve Tinnea 1992 ve Tabatabi vd. 2004).
2.3 Artgermesiz CFRP Onarımı
Öngerilmeli beton kirişlere bağlanan karbon halatla güçlendirilmiş polimer (CFRP) şeritler, kirişin eğilme kapasitesini artırabilir. Hasarlı kirişlerin eğilme kapasitesine eski durumuna geri döndürmek için dışarıdan monte edilen CFRP şeritlerinin kullanılması araştırılmıştır. (Scheibel, vd. 2001, Tumialan vd. 2001, Klaiber vd. 2003; Green vd. 2004; Reed ve Peterman 2004; Wipf vd. 2004; Reed ve Peterman 2005; Reed vd. 2007). Çoğu durumda, onarımlar beklendiği ve tasarlandığı şekilde gerçekleştirilmiştir. Genellikle, erken ayrılma olasılığını azaltmak için, CFRP’yi ve alt yüzeyde bulunan beton yamayı yerinde ‘tutmaya’ yardımcı olmak için enine U-sargılı CFRP şeritler kullanılmıştır. (Scheibel vd. 2001; Tumialan vd. 2001; Klaiber vd. 2003; Green vd. 2004; Reed ve Peterman 2004; Wipf vd. 2004 ve Reed ve Peterman 2005). Beton yamasının ek olarak bağlı tutulması, yamanın pörtlemesine ve kabarmasını hafifletmeye yardımcı olur.
Öngerilmeli beton kirişlerde, art germesiz CFRP’ nin etkilerini göstermek için Wight vd. (2001) tarafından rapor edilen sonuçlar kullanılmaktadır. Şekil 2.5, Wight vd. (2001) tarafından kullanılan test numunelerinin kesitini göstermektedir.
Şekil 2.5 : Wight vd. tarafından test edilen numune kesitleri (2001).
Bir numune CFRP ile güçlendirilmedi (kontrol numunesi olarak kullanılması için), bir numune öngerilmelisiz CFRP tabakalarıyla güçlendirildi ve kalan iki tanesinde ise art germeli CFRP tabakaları kullanılmıştır. Her güçlendirilmiş eleman, açıklığın ortasında toplam 0.47 inç2 (3 cm2) CFRP için 5 CFRP tabakasıyla güçlendirildi (burada sonraki her tabaka önceki tabakadan 7.87 inç (2 cm) daha kısaydı ve numunenin gerilme yüzü üzerinde ortalanmıştır). Şekil 2.6, deneysel olarak
gözlemlenen yük-sapma davranışı özetlenmektedir. Şekil 2.6’dan görüleceği üzere, kontrol kirişiyle karşılaştırıldığında, CFRP ile güçlendirilmiş kirişin orta-açıklık moment kapasitesinde %20’lik bir artış olmuştur.
Şekil 2.6 : Wight vd. tarafından test edilen moment-deplasman çizimleri.
2.4 Artgermeli ve Öngerilmeli CFRP Onarımları
Öngerilmeli ve öngerilmesiz CFRP onarımları ile öngerilmeli ve konvansiyonel donatılı beton kirişler arasında bir paralellik kurulabilir. Çeliğin öngerilmesi, kirişin çekme zonunda betonda ön sıkışma gerçekleştirir. Kirişe yükleme yapıldığında, öncelikle halatların yarattığı sıkıştırma gerilmesini yenmelidir; böylece beton eleman daha dayanıklı (tamamen öngerilmeli elemanlar servis yükleri altında çatlamazlar) duruma gelir. Uygulama öncesinde CFRP şeritlerinin gerilmesinin faydaları, bir beton kirişte bir öngerilmeli halat kullanılmasıyla aynıdır. Bir öngerilmeli CFRP onarım tekniğinin kullanılmasının sağladığı dört ana avantaj şunlardır (Nordin ve Taljsten 2006):
a) Onarım malzemesinin daha iyi kullanılması. b) Betonda daha küçük ve daha iyi dağılmış çatlaklar. c) Çelik donatının boşaltılması (gerginlik azaltma). d) Daha yüksek çelik akma yükleri.
Konvansiyonel olarak kullanılan CFRP malzemeleri, 1862 MPa ‘lık (270 ksi) çelik öngerme halatının çekme gerilmesinin yaklaşık 1.5 katına ve çeliğin yaklaşık %55 Young modülüne sahiptir; dolayısıyla, daha yüksek bir deformasyona ulaşabilirler. Onarım için CFRP’nin gerilmesi, kirişe öngerilme kuvvetinin tekrar geri verilmesini sağlar ve böylece halatlardaki ve betondaki gerilmelerin yeniden dağıtılmasına ve azalmasına olanak verir (Kim vd. 2008b). Böylece, yeniden yüklendiğinde, mevcut halatlardaki gerilme düzeyleri, onarılmamış kirişle karşılaştırıldığında azalacaktır. Başka bir deyişle, öngerilmeli CFRP sistemleri bir aktif yük taşıma mekanizması yaratırlar. Bu mekanizma, sabit yükün o kısmının CFRP tabakaları tarafından taşınmasını sağlarken, öngerilmeli olmayan CFRP şeritleri sadece CFRP’nin yapıya montajından sonra tatbik edilen yükleri destekleyebilirler (Wight vd. 2001; El-Hacha vd. 2003; Kim vd. 2008a ve Kim vd. 2008c). Öngerilmeli CFRP’nin yerleştirilmesini takip eden yükleme sonucunda;
a) Malzeme en verimli şekilde kullanılır.
b) CFRP şeridi kullanılarak eğilme kapasitesi artar. Dış art germe CFRP sistemleri üç şekilde uygulanır;
Öngerilmeli CFRP: CFRP, dış reaksiyon yoluyla çekilerek gerilir ve gerilme altındayken beton alt yüzeyine tatbik edilir. Bağlayıcı yapıştırma maddesi kuruyuncaya kadar, dış reaksiyondan yararlanılarak gerilme muhafaza edilir. Reaksiyon gösteren gerilme serbest bırakılır ve öngerilme alt tabaka betona aktarılır. Bu öngerme yöntemi, gerilme transferinde büyük kayıplara ve yapıştırma sisteminin sünmesi nedeniyle uzun vadeli kayıplara potansiyel olarak hassastır. Ayrıca, CFRP şeritlerinin sonunda ayrılmayı hafifletmek için detaylar (FRP U-sargıları gibi) sağlanmalıdır. Öngerilmeli CFRP sistemleri, gerilmenin bağ yoluyla yapısal elemana aktarıldığı öngerilmeli beton sistemlerine benzer.
Ayrık art germeli CFRP: CFRP, reaksiyon sağlamak için, onarılmakta olan eleman yoluyla çekilerek gerilir. Gerilme, mekanik ankrajla elemana aktarılır. Genelde, germe uygulamak için bir hidrolik veya mekanik germe sistemi kullanılır. Ankraj yöntemine bağlı olarak, ankrajdaki sünme nedeniyle uzun vadeli kayıplar görülür. Böyle sistemler, aşındırma potansiyelini hafifletmek amacıyla CFRP ile alt katman betonu arasında yeterli mesafe bırakılarak tasarlanmalıdır.
Bağlanmış art germeli CFRP: CFRP, bağlanmamış sistemlerle aynı şekilde gerilir ve ankrajlanırlar. CFRB ankrajdan sonra beton alt tabakayı bağlanır ve bunun sonucunda CFRP ankrajlama sonrasında tatbik edilen yükler bakımından bir kompozit sistem yaratırlar. Yapıştırma sistemi, art germe kuvveti nedeniyle gerilme altında olmadığı için, yapıştırıcı sünmesi bu sistemde kaygı uyandıracak kadar önemli değildir. CFRP’nin bağlanması, aynı zamanda, ankrajlama ile ilgili sünme kayıplarını hafifletmeye de yardımcı olabilir.
PCFRP sistemlerini kullanmanın bir başka avantajı, yapının deplasmanlarının veya performansının geri kazanılmasıdır. PCFRP sistemleri beton üzerinde (ve daha da önemlisi herhangi bir yama malzemesi üzerinde) bir sınırlama etkisine sahiplerdir, çünkü betonu sıkışma durumuna getirirler. Bu nedenle, bu teknik kullanıldığında, çatlamanın başlamasında bir gecikme ve çatlak genişliklerinde bir azalma sağlandığı tespit edilmiştir (Wight vd. 2001; El-Hacha vd. 2003; Kim vd. 2008a; Kim vd. 2008c ve Yu vd. 2008b).
Deneysel olarak gözlemlenen yük-eğilme eğrileri Şekil 2.6’da gösterilmektedir. Bağlı PCFRP için orta-açıklık moment kapasitesi, hem güçlendirilmemiş kontrol kirişlerinden hem de öngerilmesiz CFRP güçlendirilmiş kirişlerinden daha fazladır (Şekil 2.6’daki bu eğri, “Öngerilmeli FRP ile Güçlendirilmiş” olarak adlandırılmaktadır). Bağlı PFRP onarımının eğilme kapasitesi, kontrol numunesininkinden %35-40 daha fazladır. Ayrıca, bağlı art-germe onarımı, kontrol numunesininkinden %150 daha fazla bir çatlama yükü göstermiştir. Çatlama yükündeki artış, öngerilmenin yarattığı sıkıştırma kuvvetinin tekrar kazandırılmasından kaynaklanmaktadır ve kirişi onarım öncesinden daha sağlam duruma getirmektedir.
Öngerilme yapan CFRP şeritleriyle ilgili bazı önemli zorluklar sözkonusudur. Bunların en bariz olanı, şeridin ön gerilmesini gerçekleştirme aracıdır. Önerilen bir çözüm, CFRP şeridinin Şekil 2.7’de gösterildiği gibi CFRP şeridinin kiriş ucuna doğru art gerdirmesinin gerçekleştirilmesidir (Wight vd. 2001 ve El-Hacha vd. 2003).
Şekil 2.7 : Doğrudan öngerilme sistemi (Wight vd. 2001).
Bu yöntem, şeritlerin kirişin bir ucunda (genellikle ‘ölü uç’ olarak adlandırılır) ankrajlanması ve öte yandın diğer, hareketli uçta (‘krikolama ucu’ olarak adlandırılır) krikolama kuvvet tatbik edilmesidir. Ankrajlama sağlamak için şeridin her bir ucuna çelik makaralar bağlanır. Krikolama ucuna bağlanan makaralar, bir hidrolik şahmerdana (hidrolik kriko) bağlı olan çelik öngerilme halatlarına bağlanırlar. Hareketli uç makaralar, istenilen uzatma konumuna kaldırılır ve kalıcı olarak ankrajlanır.
2.4.1 Ankrajlar
Öngerilmeli CFRP uygulamalarında, CFRP şeridindeki öngerilme kuvveti, bağlama maddesi (yapıştırıcı) yoluyla kirişe aktarılmaktadır. Bağ arabirimindeki yüksek deformasyonlar nedeniyle, şeridin ayrılması önemli bir kaygı kaynağıdır. Bütün kuvvetin yapıştırıcı katmanı yoluyla kirişe aktarılması esastır; aksi takdirde, onarım tasarlandığı şekilde davranmayacak ve erkenden sorun yaratacaktır. Ayrıca, uygun yüksek performanslı epoksi yapıştırıcıların çoğu önemli ölçüde sünme gösterir ve bu nedenle ek ankraj olmadan büyük bir öngerilme kuvvetini muhafaza etmeye uygun değildirler. Eğer mekanik ankrajlar yerinde bırakılırsa, sistem bir art germeli CFRP sistemidir (ki bu bağlanabilir veya ayrılabilir). Öngerilme kuvvetine karşı koymak ve erken ayrılma ve soyulma sorunu olasılığını azaltmak için kalıcı ankrajlar
kullanılabilir (Wight vd. 2001; El-Hacha vd. 2003; Kim vd. 2008a ve Yu vd. 2008b). CFRP şeritlerinin uçlarındaki ankrajlar, erken bozulma olasılığını en aza indiren öngerilme kuvvetiyle bağlantılı olarak yapıştırıcı katmanın içinde meydana gelen kırılma deformasyonunu azaltırlar (El-Hacha vd. 2003). Đster ankraj ister yapıştırıcı kullanılmış olsun, bir sistemin kırılmayı aktarabilme yeteneği, beton alt tabakanın kırılma kapasitesiyle sınırlıdır. ACI 440 (2008), aktarılan kırılma gerilmesinin her halükarda 1377.95 Pa (200 psi) ile sınırlı olmasını tavsiye etmektedir.
El-Hacha vd. (2003) bir yuvarlak çubuk, elips çubuk ve bir düz plaka ankrajını içeren üç farklı metal ankrajı test etmiştir. Elde edilen sonuçlar, bir düz plaka ankrajın en etkili ankraj olduğunu göstermiştir ve ankraj bölgesinin CFRP U-sargısıyla güçlendirilmesi daha büyük göçme yükleri yaratmıştır. CFRP U-sargısı ankrajla birlikte kullanıldığında, ankraj bölgesinin uzağında göçme yaşanmıştır. Bu sonuçların umut verici görünmesine karşın, çelik ve CFRP şeritleri doğrudan doğruya temas ettiklerinde ankrajda galvaniz korozyonu sorunu ortaya çıkmaktadır. Galvaniz korozyonunun hafifletilmesine, konvansiyonel olarak bir yalıtım tabakasıyla (Cadei vd. 2004) çözüm getirilmektedir. Bu tabaka CFRP’den daha yumuşaktır ve bu nedenle gerilim aktarmasının verimliliğini etkiler.
U-sargılı CFRP şeritleri, metal ankraj sistemlerine alternatif olarak kullanılmaktadır (Kim vd. 2008a, kim vd. 2008b ve Yu vd. 2008b). CFRP-U sargılarına yönelik metal-olmayan birçok mekanik ankrajlama sistemi araştırılmıştır (Kim vd. 2008 ve kim vd.2008b). Bunlar arasında;
a) CFRP U-sargı, b) Mekanik ankraj,
c) Mekanik ankrajlı öngerilmeli CFRP U-sargı, d) CFRP sargı ankrajlı sistemler yer almaktadır. Yapılan testler sonucunda;
a) Metal-olmayan ankrajlara sahip kirişlerin, CFRP ankrajların katkısı nedeniyle göçme gösterdikleri,
b) Mekanik olarak ankrajlanan U-sargılarına veya yan tabakalara sahip kirişlerin kontrol kirişininkine yakın bir kapasite gösterdikleri,
c) Metal-olmayan ankrajlar takılmış kirişlerin, çelik ankrajlara sahip kirişle karşılaştırıldığında gerilimin daha iyi dağıldığı görülmüştür (Kim vd. 2008b).
Bir ankraj sistemi kullanıldığında, ankrajlanan öngerilmeli tabakaların, ankrajlanmamış öngerilmeli tabakalardan daha dayanıklı olduğu görülmüştür. Çünkü ankrajlama, onarım esnasında erken ayrılma olasılığını büyük ölçüde azaltmıştır (Wight vd. 2001, El-Hacha vd. 2003; Kim vd. 2008a;Kim vd. 2008b ve Yu vd. 2008b).
Bir özel yaklaşımda ise ankraj kullanılmamış, bunun yerine şeridin ucundaki kuvvet sıfır oluncaya kadar şeridin öngerilme kuvveti kademeli olarak azaltılmıştır (Aram vd. 2008). Elde edilen sonuçlar, kademeli ankrajlama yönteminin etkili olmadığını ve erken ayrılma sorunu yaşandığını göstermektedir.
2.4.2 Piyasada Mevcut PCFRP Sistemi
Piyasada mevcut tek bilinen ‘standart’ (yani her uygulamaya göre uyarlanamayan) PCFRP sistemi, SIKA Corporation şirketi tarafından yapılmakta ve esasen Avrupa’da pazarlanmaktadır. SIKA CarboStress sistemi Şekil 2.8’de gösterilmektedir.
a) Ölü uç ankrajı. b) Hareketli çerceve içinde uç ankrajın krikolanması.
c) Bir yerde çoklu canlı uç ankrajları. d) Gerilim kafası sistemi. Şekil 2.8 : Sika CarboStress Sistemi (SIKA).
Ankraj 300 kN (67 kips) kapasiteye sahiptir ve maksimum 200 kN (45 kips) tatbik edilmiş öngerilme kuvvetine yönelik olarak tasarlanmıştır. CFPR şeritlerinin malzeme özellikleri Çizelge 2.3’de gösterilmektedir.
Çizelge 2.3 : CFRP malzemesi ve geometrik özellikleri (Sika 2008a ve 2008c).
Özellik Sika CarboDur şeritler
SikaWrap Hex 103C (Sikadur Hex 300 epoksiyle birlikte) Malzeme tipi Biçimlendirilmiş CFRP
şeridi CFRP kumaşı
Çekme dayanımı, ffu 2800 MPa (406 ksi) 717 MPa (104 ksi)
Sıkıştırma dayanımı - -
Young Modülü, Ef 159,964 MPa (23,200 ksi) 651,30 MPa (9,446 ksi)
Kırılma deformasyonu, εfu 0.017 0.0098
Malzeme kalınlığı 1.2 mm (0.047 inç) 0.1 mm (0.004 inç)
Boyut/ambalaj 50 mm (1.97 inç) şeritler 80 mm (3.15 inç) şeritler 100 mm (3.94 inç) şeritler 635 mm x 15.24 mt rulo 635 mm x 91.44 mt rulo
Bu sistem, her uçta imal edilmiş olan ve gerilim kafaları olarak adlandırılan CFRP ankrajlarına sahip CFRP şeritlerinden oluşur. Bu gerilim kafaları, betona monte edilmiş çelik ankrajlarla (Şekil 2.8a) veya krikolama donanımıyla (Şekil 2.8b ve Şekil 2.8d) tutulur. Bir ankraj sabittir (Şekil 2.8a), diğeri ise krikolama ucudur (Şekil 2.8b). Krikolama ucu gerilim kafası, bir hidrolik krikoya bağlı bir hareketli çelik çerçeveye bağlanır ve bu suretle şeride gerilim sağlanmasına olanak verir. Gereken gerilim düzeyine ulaşıldığında, CFRP’deki gerilimi muhafaza etmek için mekanik olarak kilitlenebilir veya CFRP şeridi kelepçelerle kriko ucuna yakın ankrajlanabilir (Şekil 2.8c). Ankraj noktaları aynı zamanda kiriş diyaframlarında yer alırlar. Şeritlerde yaratılan gerilim, yapısal ihtiyaçlara göre değişkenlik gösterebilir ve şeridin çekme dayanımıyla sınırlıdır (çoğu durumda, kirişin ankraj yerindeki dayanımı, tatbik edilebilecek öngerilme kuvvetinin miktarını kontrol eder). Herman (2005), bu sistemin iki tane öngerilme beton kutu kesitli kiriş köprü üzerindeki uygulamasını rapor etmektedir. Öngerilme beton kutu kesitli kirişlerin arzu edilen onarımı, eğilme kapasitesini yeniden sağlamak ve ayrıca kayıp öngerilme kuvvetlerinin bir kısmını geri kazandırmaktır; onarım tekniği olarak Carbostress sisteminin kullanılmasının, eğilme kapasitesinin ve öngerilme kuvvetinin tekrar sağlanmasında başarılı olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca, bu yöntem hem para hem
malzeme kaynakları bakımından tasarruf sağlamış ve yapım süresini ve yolu trafiğe kapama süresini en aza indirmiştir.
2.5 Beklenen Hasar
Onarım önlemleri tasarlanırken, tasarımcının onarım öncesinde elemanın durumunu anlaması son derece önemlidir. Yapının durumuna ilişkin yanlış varsayımlar, kötü veya uygun olmayan onarım tasarımıyla sonuçlanır. Ayrıca, hasarı anlamak hasarın kaynağına yönelik hareket etmek ve aynı zamanda onarımın kolaylaştırılmasını sağlamak için hasarın niteliğinin veya nedeninin değerlendirilmesi de önemlidir. Örneğin, Lake View Drive Köprüsünün çökmesiyle ilgili olarak yapılan araştırma sonucunda elde edilen bulgulara dayanılarak (Harries 2006 ve Naito vd. 2006), halatlardaki gözlemlenebilir korozyon hasarı değerlendirilirken, gözlemlenemez halatların, hasarlı yapının derecelendirilmesinde dikkate alınması şeklinde bir tavsiyede bulunulmuştur. Bu tavsiyelere dayalı olarak PennDOT, kayıp öngerilme halatı alanının değerlendirilmesinde ‘%150 kuralını’ benimsemiştir. Bir öngerilmeli kirişteki korozyon hasarını değerlendirirken, korozyon nedeniyle etkili olamayacağı varsayılan öngerilmeli halatın alanı, görsel muayene ile saptananın %150’si olarak alınacaktır.
Aynı şekilde, bir çarpma hasarına uğrayan bir kirişin dayanım kapasitesi önemli ölçüde değişebilir. Örneğin, bir öngerilmeli beton yapısına bir kamyon çarpar ve sadece bir halat görünür ve kopar. Halatların arasındaki mesafenin az olması halatlar arasında az beton olması sonucunu yaratır. Bu durumda, bitişik halatı/halatları çevreleyen beton bu halatların öngerilme kuvvetinin yapıya aktarılmasını sağlamak için yeterli olmayabilir. Bunun sonucunda, çarpmanın yakınındaki öngerilme kuvvetinin bir kısmının veya tamamının etkisiz olabileceğini göz önüne almak gerekir.
3. ENVANTER DURUM DEĞERLENDĐRMESĐ
Bu tezde köprü tipleri ve hasarları için Pennsylvania’daki bütün öngerilmeli köprü yapılarının incelenerek gözden geçirildiği araştırma envanter çalışması olarak kullanılmıştır.
Veriler, eyalet çapında ve sadece Bölge 11 için (Allegheny, Beaver ve Lawrence ilçeleri) değerlendirilmiştir. Bu işlemin amacı, Pennsylvania’daki öngerilmeli beton envanterinin durumunun küçük bir portresini sunmak ve sonraki çalışma için (Bölge 11) değerlendirilen köprülerin eyalet dağılımını temsil etmelerini sağlamaktır.
3.1 Gözden Geçirilen Köprü Envanteri
Çizelge 3.1’de, eyalet çapında ve Bölge 11 verilerini değerlendirerek köprü tipine dayalı olarak elde edilen verilerin bir özeti sunulmaktadır. Bu çalışma için, sadece yapısal kusurlu (SD) olarak nitelendirilmiş yapılar ele alınmaktadır. Ayrıca, veriler herhangi bir nedenle kusurlu olarak nitelendirilen köprüler ve sadece üstyapı kusuru olan köprüler şeklinde bölünmüştür; bu çalışma, üstyapı hasarları üzerinde yoğunlaşmaktadır. Çizelge 3.1 ’i okurken, “Sayısı” Sütunlarında belirtilen yüzdeler, rapor edilen öngerilmeli köprülerin toplam sayısına dayalı olarak tayin edilmektedir. Eyalet çapında öngerilmeli köprülerin %33’ü ‘basit kompozit kutu kesitli kirişlerdir.
Çizelge 3.1 : Eyalet çapındaki ve Bölge 11’deki öngerilmeli köprü envanterinin özeti.
Eyalet çapında Bölge 11
SD (puan <4) SD (puan <4) Sayısı
Alt Üst Sayısı Alt Üst
Bütün köprüler 25203 (%21.4) 5385 (%13.7) 3465 1781 (%28.4)505 (%17.9) 318 Bütün öngerilmeli köprüler 5874 (%23.3) 887 (%15.1) 456 (%7.8) 671 (%37.7) 188 (%28.0) 52 (%7.8) Basit, kompozit olmayan
döşeme 42
3 (%7)
2
(%5) 0 0 0
Basit, kompozit olmayan
boşluklu döşeme 4
2
(%50) 0 4
2
(%50) 0
Basit, kompozit olmayan
I-kiriş 56 16 (%29) 1 (%2) 29 15 (%52) 0
Basit, kompozit olmayan
çoklu kutu kesitli kiriş 84
20 (%24) 11 (%13) 41 16 (%39) 9 (%22) Basit, kompozit olmayan
bitişik kutu kesitli kiriş
821 (%14) 350 (%43) 326 (%40) 69 (%10) 19 (%28) 14 (%20)
Basit, kompozit döşeme 55 1 (%2) 0 6 0 0
Basit, kompozit I-kiriş 1275 (%22) 173 (%14) 29 (%2) 167 (%25) 59 (%35) 9 (%5) Basit, kompozit
çoklu-kutu kesitli kiriş
1921 (%33) 214 (%11) 55 (%3) 177 (%26) 53 (%30) 12 (%7) Basit, kompozit bitişik
kutu kesitli kiriş
1110 (%19) 95 (%9) 29 (%3) 95 (%14) 17 (%18) 8 (%8)
Basit, kompozit diğer 3 1 (%33) 0 1 0 0
Sürekli, kompozit olmayan I-kiriş 5 0 0 3 0 0 Sürekli, kompozit olmayan çoklu-kutu kesitli kiriş 1 0 0 0 0 0 Sürekli, kompozit olmayan bitişik kutu kesitli kiriş
1 0 0 0 0 0
Sürekli, kompozit I-kiriş 210 7 (%3) 0 50 7 (%14) 0 Sürekli, kompozit
çoklu-kutu kesitli kiriş 197 0 0 20 0 0
Sürekli, kompozit bitişik
kutu kesitli kiriş 65 1 (%2) 0 9 0 0
Diğer I-kiriş 6 1 (%7) 0 0 0 0
Diğer çoklu-kutu kesitli
kiriş 5 0 0 0 0 0
Diğer bitişik kutu kesitli
kiriş 10 3 (%30) 3(%30) 0 0 0
Yapısal hasarlı ‘SD’ sütunlarında belirtilen yüzdeler, belli bir tipteki köprülerin toplam sayısına dayanmaktadır; dolayısıyla eyalet çapında, ‘basit kompozit kutu kesitli kirişlerin’ %11’i yapısal olarak kusurludur (214/1921 = 0.11). Aşağıdaki gözlemler bu verilere dayanmaktadır:
Eyalet çapında, öngerilmeli köprülerin envanteri, toplam envanterden (%21.4) oransal olarak daha az kusurlu yapılardır (%15.1). Bu şaşırtıcı değildir; çünkü öngerilmeli beton göreceli olarak dayanıklı bir malzemedir ve öngerilmeli envanterin ortalama yaşı, bir bütün olarak envanterden daha gençtir.
Bölge 11, eyalet çapındaki envantere (%23.3) göre daha büyük oranda öngerilmeli köprülere (%37.7) sahiptir.
Bölge 11, eyalet çapındaki envanterle karşılaştırıldığında daha fazla oranda kusurlu yapıya (%28.4) sahiptir. Ayrıca, Bölge 11’de kusurlu olarak rapor edilen öngerilmeli köprülerin oranı (%28.0), bu bölgedeki toplam kusurlu envanterin oranına (%28.4) yakındır. Ne var ki, Bölge 11’deki kusurlu yapıların çoğu, üstyapı durumuna dayalı olarak kusurlu şeklinde nitelendirilmektedir ve Bölge 11 temel olarak eyalet çapıyla aynı oranda kusurlu öngerilmeli üstyapılara sahiptir (iki durumda da %7.8).
Öngerilmeli envanterde dört köprü tipi baskın durumdadır: basit, kompozit-olmayan bitişik kutu kesitli kirişler (eyalet çapında öngerilmeli envanterin %14’ü ve Bölge 11’de ise %10’u); basit kompozit I-kirişler (%22/%25), basit kompozit kutu kesitli kirişler (%33/%26) ve basit kompozit bitişik kutu kesitli kirişler (%19/%14).
Sadece üstyapıya göre kusurlu olarak derecelendirilmiş öngerilmeli köprüler düşünüldüğünde, kompozit-olmayan kutu kesitli kirişler söz konusu köprülerin çoğunluğunu oluşturmaktadır (Böyle köprülerin %40’ı kusurlu olup eyaletteki kusurlu öngerilmeli yapıların %71’ini oluşturmaktadır). Ayrıca Kompozit I-kiriş, bitişik kutu kesitli kiriş ve çoklu-kutu kesitli kirişler çok büyük sayıda böyle kusurlu köprüleri temsil etmektedirler. Bu dört köprü tipinin eğilimleri ve hâkimiyeti, sadece Bölge 11 değerlendirildiğinde benzerlik göstermektedir.
Bu gözden geçirmeye dayalı olarak, bir yapısal kusurlu üstyapı derecelendirmesiyle sonuçlanan hasarın niteliğini değerlendirmek amacıyla inceleme raporlarını derinlemesine gözden geçirmek için Bölge 11’den 28 köprü seçilmiştir. Çizelge 3.1 ’de görüldüğü gibi, Bölge 11’i yansıtacak şekilde beş köprü tipi seçildi. Önce, 4’ün altında bir üstyapı puanına sahip olanlar ve bir karayolu üzerinde trafik akışı yüksek olarak rapor edilen 22 köprü (Çizelge 3.2’deki A – H arasındaki köprüler) seçilmiştir. Đkinci kriter, seçilen köprülerde araç darbe hasarının olmasını sağlamak amacıyla seçildi. Bilinen araç darbelerine sahip beş ek köprü eklendi (Köprüler I – P). Son olarak, Bölge 12’den çöken Lake View Drive köprüsü (Harries 2006) eklendi (Köprü LV). Çizelge 3.2, ek çalışma için seçilmiş olan 29 köprüyü göstermektedir. Köprülere, Çizelge 3.2 ’de gösterildiği gibi bir sayısal kimlik numarası verilmiştir; bu numaralama, ek raporlamada netliğin sağlanmasını ve hizmetteki köprülerin kimliğinin belirlenmesini sağlamaktadır.
Çizelge 3.2 : Araştırılması için seçilen köprüler.
Yıl Kimlik
No. Yapı Tipi
Min. Düşey
Açıklık(m) Yapım Onarım A S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 5.26 (17.25 ft) 1962 1976
A S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 1962 1976
A S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 1962 1976
A S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 16.15 (53.00 ft) 1962 1976
B S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 1967 -
B S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 4.44 (14.58 ft) 1967 -
C S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 1963 -
C S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 4.40 (14.42 ft) 1963 - C S-NC çoklu-kutu kesitli kiriş 4.40 (14.42 ft) 1963 -
D S-NC bitişik kutu kesitli kiriş 1957 -
D S-NC bitişik kutu kesitli kiriş 3.05 (10.00 ft) 1957 -
E S-NC bitişik kutu kesitli kiriş 1901 1957
E S-NC bitişik kutu kesitli kiriş 2.44 (8.00 ft) 1901 1957
F S-C-I kiriş 9.75 (32.00 ft) 1969 -
F S-C-I kiriş 9.75 (32.00 ft) 1969 -
Çizelge 3.2 : (devam) Araştırılması için seçilen köprüler.
Yıl Kimlik
No. Yapı Tipi
Min. Düşey
Açıklık(m) Yapım Onarım
F S-C-I kiriş 1969 -
F S-C-I kiriş 1969 -
G S-C-çoklu kutu-kesitli kiriş 4.50(14.75 ft) 1973 - G S-C-çoklu kutu-kesitli kiriş 4.50 (14.75 ft) 1973 -
G S-C-çoklu kutu-kesitli kiriş 1973 -
G S-C-çoklu kutu-kesitli kiriş 1973 -
H S-C bitişik kutu kesitli kiriş 4.75 (15.58 ft) 1966 - H S-C bitişik kutu kesitli kiriş 0.61 (2 ft) 1966 - H S-C bitişik kutu kesitli kiriş 4.75 (15.58 ft) 1966 - J S-C çoklu kutu kesitli kiriş 4.57 (15.00 ft) 1988 -
K S-NC I kiriş 4.40 (14.42 ft) 1970 -
M S-NC I kiriş 4.85 (15.92 ft) 1971 -
N S-C-I kiriş 4.40 (14.42 ft) 1970 -
P S-NC bitişik kutu kesitli kiriş - - -
LV S-NC bitişik kutu kesitli kiriş 4.42 (14.50 ft) 1961 - S= basit; NC= kompozit olmayan, C = kompozit
