ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
PREFABRĠKE BETONARME YAPI SĠSTEMLERĠ ĠÇĠN MOMENT AKTARAN BĠR BĠRLEġĠM DENEMESĠ
Anabilim Dalı : ĠnĢaat Mühendisliği Programı : Yapı Mühendisliği YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Vedat KAPLAN
(501071116)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 25 Aralık 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 2 ġubat 2010
Tez DanıĢmanı : Yrd. Doç.Dr. Ercan YÜKSEL (ĠTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Alper ĠLKĠ (ĠTÜ)
Doç. Dr. Cem YALÇIN (Boğaziçi Ünv.)
PREFABRĠKE BETONARME YAPI SĠSTEMLERĠ ĠÇĠN MOMENT AKTARAN BĠR BĠRLEġĠM DENEMESĠ
ÖNSÖZ
Yüksek lisans tezi olarak sunulan bu çalıĢmada; ĠTÜ ĠnĢaat Fakültesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında yeni baĢlatılan, FP7-SAFECAST isimli araĢtırma projesi kapsamında prefabrike yapı sistemlerinde kullanılacak bir moment aktaran birleĢim detayı ile ilgili pilot deneyler ve basit kuramsal çözümler gerçekleĢtirilmiĢtir.
Tez çalıĢmasının her aĢamasında bilgi ve tecrübesine baĢvurduğum hocam Yrd.Doç.Dr. Ercan Yüksel’e en içten teĢekkürlerimi sunarım. Ayrıca bu araĢtırma projesi kapsamında birlikte çalıĢtığım Doç.Dr. Alper Ġlki’ye yaptığı katkılardan ötürü teĢekkür ederim. BaĢta ĠnĢ.Müh. Emre Doğu olmak üzere; ĠnĢ.Müh. Pınar Ġnci ile Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı personeline verdikleri desteklerden dolayı teĢekkür ederim.
Bu tez çalıĢması esnasında kullanılan birtakım malzemeleri temin ettiğinden dolayı Yapı Merkezi Prefabrikasyon A.ġ. firmasına teĢekkürü bir borç bilirim.
ġubat 2010 Vedat KAPLAN
ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa
ÇĠZELGE LĠSTESĠ ... vii
ġEKĠL LĠSTESĠ ... ix ÖZET ... xi SUMMARY ... xiii 1. GĠRĠġ VE ÇALIġMANIN AMACI ... 1 1.1 Önceki ÇalıĢmalar ... 1 1.2 Amaç ve Kapsam ... 6 2. DENEYLERĠN HAZIRLIĞI ... 7 2.1 Genel ... 7 2.2 Deney Numuneleri ... 8
2.3 Deney Numunelerinin Üretimi ... 14
2.4 Malzeme Deneyleri ... 19
2.4.1 Beton Deneyleri ... 20
2.4.2 Çelik Deneyleri ... 21
2.4.3 Levha Deneyleri ... 24
2.4.4 Özel Bir Yük Ölçer GeliĢtirme ... 25
2.5 Deney Düzeneği ... 27
2.5.1 Ölçüm Düzeneği ... 30
2.5.2 Ölçümlerin Değerlendirilmesi ... 35
3. DENEYSEL ÇALIġMA………37
3.1 Numunedeki Hasar Birikimi ... 38
3.2 Numune DavranıĢının Ġrdelenmesi ... 50
4. KURAMSAL ÇALIġMA ... 63
5. SONUÇ VE DEĞERLENDĠRME ... 71
KAYNAKLAR ... 73
ÇĠZELGE LĠSTESĠ
Sayfa
Çizelge 2.1 : Beton basınç deneyi sonuçları ... 21
Çizelge 2.2 : Donatı çekme deneyi sonuçları ... 22
Çizelge 2.3 : Levha örnekleri çekme deneyi sonuçları ... 24
Çizelge 2.4 : Ölçümlerde kullanılan kanal numaraları ve kodları ... 34
Çizelge 3.1 : Uygulanan yükleme fonksiyonunun pik noktaları ... 37
Çizelge 3.2 : OluĢan çatlaklara ait geniĢlik bilgileri (1) ... 43
Çizelge 3.3 : OluĢan çatlaklara ait geniĢlik bilgileri (2) ... 44
ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa
ġekil 1.1 : Monolitik numune (M) ve Yerinde dökümlü numune (CIPC) [3] ... 2
ġekil 1.2 : CIPB Numune detayı ve CMP-W Numune detayı [3] ... 2
ġekil 1.3 : Mod-B Numune detayı [3] ... 3
ġekil 1.4 : Scope sisteminin numunesi [4] ... 4
ġekil 1.5 : Yükleme ve Ölçüm düzeneği [5]……… ... 5
ġekil 1.6 : Prekast numunenin modellenmesi ve mesnet durumu [7]. ... 5
ġekil 2.1 : Deneysel olarak incelenecek kolon - kiriĢ birleĢim bölgesi……….7
ġekil 2.2 : Ġncelenen kolon - kiriĢ birleĢim bölgesi... 8
ġekil 2.3 : Deney numunesi kolon kesiti ve görünüĢü. ... 9
ġekil 2.4 : Deney numunesi ana kiriĢ kesiti ve görünüĢü. ... 10
ġekil 2.5 : Deney numunesi tali kiriĢ kesiti ve görünüĢü . ... 11
ġekil 2.6 : Deney numunesi genel görünüĢü. ... 12
ġekil 2.7 : Genel birleĢim detayı a-a kesiti. ... 13
ġekil 2.8 : Genel birleĢim detayı b-b kesiti ... 13
ġekil 2.9 : Numune donatılarının hazırlanması aĢaması ... 14
ġekil 2.10 : Numunenin kalıba yerleĢtirilmesi. ... 14
ġekil 2.11 : KiriĢlerde beton dökümü. ... 15
ġekil 2.12 : OluĢturulmuĢ prekast elemanlar. ... 16
ġekil 2.13 : BirleĢimde kaynak uygulaması ... 17
ġekil 2.14 : KiriĢ mesnet bölgeleri üst donatılarının yerleĢimi. ... 18
ġekil 2.15 : DöĢemenin oluĢturulması. ... 19
ġekil 2.16 : Beton basınç deneyi düzeneği. ... 20
ġekil 2.17 : Donatı çekme deneyi. ... 21
ġekil 2.18 : Donatı gerilme - ĢekildeğiĢtirme iliĢkileri. ... 23
ġekil 2.19 : Levha örnekleri için çekme deneyi ... 24
ġekil 2.20 : Levha örnekleri için gerilme - ĢekildeğiĢtirme iliĢkisi ... 25
ġekil 2.21 : Donatı ve levha örneklerinin kopma biçimleri. ... 25
ġekil 2.22 : Özel yükölçerde mesnet reaksiyonlarının hesaplanması ... 26
ġekil 2.23 : Özel bir yük ölçer düzeneği için yükleme deneyi. ... 27
ġekil 2.24 : Özel yükölçerde yük - ĢekildeğiĢtirme iliĢkisi ... 27
ġekil 2.25 : Deney düzeneği ... 28
ġekil 2.26 : Deney düzeneği genel görünüĢü ... 29
ġekil 2.27 : Kolona eksenel yük etkitilmesi. ... 29
ġekil 2.28 : Ön ve sağ cephe ölçüm elemanları. ... 30
ġekil 2.29 : Arka ve sol cephe ölçüm elemanları ... 31
ġekil 2.30 : Ön cephe ölçüm aletlerinin ve kanal numaraları ... 32
ġekil 2.31 : Düğüm noktasındaki yerdeğiĢtirme ölçerler arası mesafeler (cm). ... 32
ġekil 2.32 : Arka cephede yerdeğiĢtirme ölçerler ve konumları ... 33
ġekil 2.33 : Sağ cephede yerdeğiĢtirme ölçerler ve konumları. ... 33
ġekil 3.3 : Deney süresince gözlenen önemli olaylar ... 40
ġekil 3.4 : Ön cephede oluĢan çatlak krokisi ... 41
ġekil 3.5 : Arka cephede oluĢan çatlak krokisi ... 41
ġekil 3.6 : Sağ cephede oluĢan çatlak krokisi ... 43
ġekil 3.7 : Sol cephede oluĢan çatlak krokisi ... 43
ġekil 3.8 : Birinci çevrim sonundaki çatlak dağılımı ... 45
ġekil 3.9 : Ġkinci çevrim sonundaki çatlak dağılımı ... 46
ġekil 3.10 : Üçüncü çevrim sonundaki çatlak dağılımı ... 47
ġekil 3.11 : Dördüncü çevrim sonundaki çatlak dağılımı ... 48
ġekil 3.12 : BeĢinci çevrim sonundaki çatlak dağılımı ... 49
ġekil 3.13 : Çevrimlerin kapadıkları alanlar ... 50
ġekil 3.14 : YığıĢımlı enerjinin göreli kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesine bağlı iliĢkisi ... 50
ġekil 3.15 : Numune düzlemine dik ve düzlem içi yerdeğiĢtirme arasındaki iliĢki. ... 51
ġekil 3.16 : Ana kiriĢ alt ucunda kaydedilen dönmeler (#23-#28) ... 52
ġekil 3.17 : Ana kiriĢ alt ucundan 65 mm yukarıdaki kesitte dönme (#25-#30) ... 53
ġekil 3.18 : Guse uç kesiti hizasındaki kiriĢ kesitinde dönme (#26-#31) ... 54
ġekil 3.19 : Guse ucundan 200 mm yukarıdaki kiriĢ kesitinde dönme (#27-#32) ... 55
ġekil 3.20 : KiriĢ alt ucunun guse plakasına göre olan göreli hareketi ... 56
ġekil 3.21 : KiriĢ alt ucunun prekast panele göre olan göreli hareketi ... 57
ġekil 3.22 : Prekast döĢeme paneli ile kavrama betonu arasındaki göreli hareket ... 58
ġekil 3.23 : Yükleme yönünde numunede oluĢan hareket ... 58
ġekil 3.24 : Yatay yerdeğiĢtirme değiĢimi ... 59
ġekil 3.25 : Mesnet reaksiyonlarının ölçülmesine yönelik bir deneme ... 60
ġekil 4.1 : Ġncelenen deney numunesine ait genel geometrik özellikler ... 63
ġekil 4.2 : Ġncelenen deney numunesine ait matematik model ... 64
ġekil 4.3 : Ana kiriĢ geometri ve donatı detayları ... 65
ġekil 4.4 : Kolon geometri ve donatı bilgileri ... 65
ġekil 4.5 : Ana kiriĢ guse birleĢimi ile oluĢan bileĢik kesit ... 66
ġekil 4.6 : Kolon kesitine ait moment - eğrilik iliĢkisi ... 66
ġekil 4.7 : Farklı kiriĢ kesitlerine ait ait moment - eğrilik iliĢkileri ... 67
PREFABRĠKE BETONARME YAPI SĠSTEMLERĠ ĠÇĠN MOMENT AKTARAN BĠR BĠRLEġĠM DENEMESĠ
ÖZET
Bu tez çalıĢmasında, prefabrike betonarme sistemlerde kullanılan bir moment aktaran kolon - kiriĢ birleĢim detayı deneysel ve kuramsal olarak incelenmiĢtir. Düğüm noktası mevcut bir prefabrik yapıdan alınmıĢ olup, 1/2 ölçekle küçültülerek laboratuvarda denenmiĢtir. Ġncelenen birleĢim biçiminde kiriĢ alt sürekliliği kaynakla, üst sürekliliği ise ilave edilen mesnet donatısı ve yerinde dökülen betonla sağlanmaktadır.
Deney, sabit kolon eksenel yükü için değiĢen kiriĢ uç yerdeğiĢtirmeleri biçiminde uygulanmıĢtır. Ġlk iki adımda, kaynaklı kiriĢ alt bağlantısında çekme oluĢturacak yükleme yapılmıĢtır. Daha sonraki adımlarda ise tersinir tekrarlı yerdeğiĢtirme çevrimleri kullanılmıĢtır. Dayanım, rijitlik, süneklik, kritik kesitlerdeki dönmeler elde edilmiĢ ve değerlendirilmiĢtir.
Kullanılan deney düzeneğinde oluĢan mesnet reaksiyonlarının ölçülmesi için basit bir yük ölçer düzeneği geliĢtirilmiĢtir.
Ġncelenen deney numunesi, basitleĢtirilmiĢ bir matematik model kullanılarak artan yatay yükler etkisinde kuramsal olarak da incelenmiĢtir. Elde edilen kuramsal ve deneysel sonuçlar karĢılaĢtırılmıĢtır. KiriĢ üst baĢlığında çekme olan durumda kuramsal sonuçların deneysel sonuçlara çok yakın olmasına karĢın bu benzerliğin ters yönlü moment etkisinde geçerli olmadığı gözlenmiĢtir.
A PILOT STUDY ON A MOMENT CARRYING BEAM-COLUMN CONNECTION FOR PRECAST STRUCTURES
SUMMARY
In this study, a moment carrying beam-column connection detail for precast structures has been investigated in the experimental and analytical manner. The 1/2 scaled beam-column test specimen is representing a real exterior precast connection detail. The cast-in-situ welded connection is applied at bottom face of the beams and additional re-bars and cast-in-situ concrete is introduced at the upper part of the beams.
The experimental study is conducted in the form of varying beam top diplacements for constant column axial force. In the first two cycles, it was used a loading protocol creating tension stresses at the welded connection of the beam. At the following steps, a reverse cyclic displacement pattern were applied to the specimen. Strength, stiffness, ductility, rotation at some critical sections were measured and evaluated.
A simple load measuring system was generated to measure the support reactions of the specimen in the testing set-up.
The tested specimen is also studied analytically by means of a simple mathematical model for the increasing lateral loads. The obtained experimental and analytical results compared with each other. Although the results obtained for the moment direction which is creating tension at the upper face of the beam, are very close to each other, this similarity does not exist for the opposite moment direction.
1. GĠRĠġ VE ÇALIġMANIN AMACI
Prefabrik yapılar, özellikle II. Dünya SavaĢı nın ardından baĢlayan yeniden yapılanma sürecinde geliĢmeye baĢlamıĢtır. Daha kısa sürede, daha az maliyetli ve daha kaliteli yapı ihtiyacı, prefabrik sistemlerin oluĢmasını sağlamıĢtır. GeçmiĢte, özellikle savaĢlar ve doğal afetler sonrasında ortaya çıkan barınma ihtiyacı ile ilgili önemli sorunlar, inĢaat sektörünün endüstriyel geliĢimini hızlandırmıĢ, ortaya çıkan konut ve iĢyeri açığını karĢılamak için, geliĢmiĢ ülkeler bir çözüm arayıĢı içerisine girmiĢlerdir, [1]. Bu arayıĢın bir sonucu olarak, bir bina projesinin taĢıyıcı sistemini oluĢturan kolon, kiriĢ ve döĢeme gibi yapı elemanlarının Ģantiyeye getirilmeden önce, bu amaç için özel olarak tasarlanmıĢ endüstriyel ortamlarda üretimi sağlanarak prefabrikasyonun temelleri atılmıĢtır, [2]. Günümüz Türkiye’sinde prefabrikasyon teknolojisi, kolay montaj, kısa sürede imalat gibi nedenlerden dolayı daha çok sanayi yapılarında kullanılmaktadır. Ancak yakın geçmiĢte yaĢanan büyük depremlerde, prefabrik yapılarda ağır hasarların gözlenmesi, bu tür yapı sistemleri için yeni birleĢim detaylarının geliĢtirilmesini gerekli kılmıĢtır. Yapıların deprem yükleri etkisindeki davranıĢını, birleĢim detaylarının dayanım, stabilite ve yük dağıtabilirlik özellikleri etkilemektedir. Buna ilave olarak zamanla oluĢan talepler doğrultusunda yüksek katlı prefabrik yapı ihtiyacı da doğmuĢtur.
Bu tez çalıĢmanın ana amacı; ĠTÜ ĠnĢaat Fakültesinde devam etmekte olan FP7 SAFECAST araĢtırma projesi kapsamında deneysel ve analitik olarak çalıĢılan ıslak-kuru kolon-kiriĢ birleĢim detayına ait tersinir tekrarlı yükler uygulanarak yapılan deneyin ve analitik açıklamasının yapılmasıdır.
1.1 Önceki ÇalıĢmalar
Literatürde prefabrik yapıların kolon-kiriĢ birleĢim noktalarına iliĢkin çok sayıda kaynak bulunmaktadır. Bu deney konusu kapsamında ilgili olanlardan bazıları aĢağıda özetlenmiĢtir.
ve monolitik sistem deneyi ile karĢılaĢtırmıĢtır. Bu çalıĢmadaki birleĢimler ıslak birleĢimler, kaynaklı kompozit birleĢim ve bulonlu birleĢim olmak üzere üç grupta yapılmıĢtır. Deney numuneleri; monolitik numune (M), ıslak birleĢimde kolonda birleĢim (CIPC) ve kiriĢte birleĢim (CIPB) numuneleri, kompozit birleĢim (CMP-W) numunesi, bulonlu birleĢim (Mod-B) numunesi olmak üzere toplam 5 adettir. ġekil 1.1 de monolitik ve yerinde dökümlü kiriĢte birleĢim numunesi detayları gösterilmiĢtir.
ġekil 1.1 : Monolitik numune (M) ve Yerinde dökümlü numune (CIPC) [3] M numunesinde kolondaki boyuna donatı oranı yüzde 2.00, etriye aralığı ise birleĢim bölgesinde 100 mm dir. Bu değerler tüm test numunelerinde aynı tutulmuĢtur. ġekil 1.1 de gösterildiği gibi, kiriĢ üstünde 4 20 altında ise 3 20 boyuna donatı yerleĢtirilmiĢtir. DüĢey yüklerin etkisinden dolayı alt taraftaki boyuna donatı yüzdesi daha düĢük seçilmiĢtir. Numune beton basınç dayanı 40 MPa’dır.
CIPC numunesinde birleĢim bölgesi kolon ve düğüm noktasında gerçekleĢtirilmiĢtir. Prefabrike kolon üretilirken kolonun orta kısmında yaklaĢık 50 cm yüksekliğinde bir boĢluk bırakılmıĢtır. Prefabrik kiriĢ üretiminde 3Ф20 U Ģeklinde donatılar ilave edilmiĢtir. Prefabrik elemanların basınç dayanımı 50 MPa dır. BirleĢim esnasında prefabrik kiriĢ bu boĢluğa oturtulmuĢ ve bu bölge çelik lifli beton ile doldurulmuĢtur. Bunun nedenlerinden ilki, çok dar bir bölgede kiriĢ donatılarının kenetlenmesi gerektiğinden betonun aderans özelliğinin artırması isteğidir. Diğer bir neden ise, düğüm bölgesinin kesme kuvvetlerine karĢı dayanımının artırılması amaçlanmıĢtır. ġekil 1.2 de CIPB numune detayı ve CMP-W numune detayı gösterilmiĢtir.
CIPB numunesi detayı CIPC ye benzer özellikler taĢımaktadır. Burada kolondan ve kiriĢ ucundan çıkan U Ģeklindeki donatılar birbirinin içine geçecek Ģekilde yerleĢtirilmiĢtir. Yine çelik lifli beton ile boĢluklar doldurulmuĢtur.
CMP-W numune detayı hem kaynak hem de ıslak birleĢim içerdiğinden dolayı kompozit birleĢim olarak adlandırılmıĢtır. ġekil 1.2 de görüldüğü gibi, kiriĢ alt boyuna donatıları çelik plaka vasıtasıyla birbirine kaynatılarak, üst donatılar ise U Ģeklindeki donatıların kolon bölgesinde bırakılan boĢluğa ankre edilip bu bölgenin beton ile doldurulması ile bağlantı gerçekleĢtirilmektedir. KiriĢ üstünde 200 mm yüksekliğinde bir boĢluk, sahada doldurulmak üzere boĢ bırakılmıĢtır. KiriĢ altında 3Ф20 boyuna donatı kiriĢ uç kısmına yerleĢtirilen çelik plakaya kaynatılmıĢtır. Bu gusenin detayında ise 3Ф20 boyuna donatı kolona ankre edilmiĢ ve bu donatılar yine çelik plakaya kaynak ile bağlanmıĢtır. BirleĢim esnasında gusedeki plaka ile kiriĢ ucundaki çelik plaka boydan boya kaynatılmıĢtır. Beton basınç dayanımları ise prefabrike elemanlarda 57 MPa, yerinde dökümlü betonun ise 55 MPa dır.
ġekil 1.3 : Mod-B Numune detayı [3]
ġekil 1.3 de görüldüğü gibi Mod-B numunesinde bulonların geçeceği boĢluklar çelik boru yerine tolerans paylarını artırmak için kutu profil kullanılarak oluĢturulmuĢtur. Bu detay çoğunlukla kısa açıklıklı ve düĢey yüklerden kaynaklanan kesme kuvvetlerinin düĢük seviyede olduğu birleĢimlerde uygundur. Bulonları yerleĢtirmek için kiriĢ alt ve üstünde kanallar bırakılmıĢtır. Bu bulonlu birleĢim detayında (B) kutu profiller etriyelere doğrudan punto kaynağı ile tutturulmuĢ olup, yükleme esnasında prefabrik kiriĢe rölatif olarak kaymıĢtır. Bu problemi gidermek amacıyla, kutu profilin yüzeyine donatı çubukları kaynatılmıĢ, ayrıca içindeki çimento harcının profile rölatif kaymasını da önlemek amacıyla kutu profili boydan boya delip geçen vidalar yerleĢtirilmiĢtir. Bu revize edilen birleĢim detayından (Mod-B) oldukça baĢarılı sonuçlar alınmıĢtır. Tüm birleĢimler aynı yükleme patronu ve test düzeneğinde test edilmiĢ ve sonuçlar kapasite, süneklilik ve enerji tüketim performanslarına göre kıyaslanmıĢtır. CIPC, CIPB, KMP-W
bölgelerinde kullanılabilir olduğu görülmüĢtür. Mod-B, numuneler arasında kapasite, süneklik ve enerji tüketim kriterlerine göre en iyi performansı göstermiĢtir, [3].
Jianguo, Jian, Zan, Yao, Yafei; öngerilmeli prekast kolon, prekast kiriĢ ve döĢemeden oluĢan Scope adı verilen prefabrik bir yapı sistemini incelenmiĢtir. Bu sistem ġekil 1.4 de verilmiĢtir.
ġekil 1.4 : Scope sisteminin numunesi [4]
3 adet kolon kiriĢ birleĢim bölgesi numunesi üretilmiĢ ve tersinir tekrarlı deprem yükleri etkisinde denenmiĢtir. Daha sonra yapının deprem performansı bir yapısal analiz programı olan OpenSees ile sayısal örneğin Pushover Analizi kullanılarak tartıĢılmıĢtır. Analitik ve deneysel sonuçlar, bu prekast sistemin ilk öngerilme kolaylığı kabulü, eleman boyutunda yükseklik azalması, düğüm noktalarının uygun yapılması ve az miktarda çelik kullanımı gibi göze çarpan karakterleri göstermiĢtir. Kolon-kiriĢ birleĢim noktasının çevrimsel eğrileri tamdır ve düğüm noktasının enerji sönümleme kapasitesi çok yüksektir. Sismik yükleme boyunca elastik ötesi bölgede sistem davranıĢ modu kusursuzdur, [4].
Korkmaz ve Tankut; prekast birleĢimlerin sismik davranıĢı üzerine odaklanan kapsamlı bir araĢtırma programı yapmıĢlardır. Burada amaç kiriĢler arasında moment dayanımlı bir bağlantı detayı geliĢtirmektir. BirleĢim detayında; üst donatı bindirmeli olarak yerleĢtirilmiĢtir. Alt donatı iki levhaya kaynaklanarak gusenin ortasına ankraj edilmiĢtir. Orta kiriĢler kolonda yer alan guselerin üzerine oturtulduktan ve donatı bağlantıları yapıldıktan sonra orta kiriĢin üst kısmı için beton dökülerek numune hazır hale getirilmiĢtir. Bu çalıĢma 6 adet kiriĢ arasında bağlantı detayı oluĢturularak Ģiddetli deprem hareketi simülasyonu yapılmıĢtır. Ġlk numune referans numune olarak çalıĢılan monolitik numunedir. Ġkinci örnek prekast numunedir. Kalan numuneler, önceden test edilen numune sonuçlarına göre modifiye edilmiĢtir. Numunelerin hepsi aynı boyuttadır. Tüm numuneler, yüksek riskli deprem bölgelerinde kullanılan geliĢtirilmiĢ bağlantı detaylarına sahiptir. Numuneler 1/2.5 ölçekli olarak yapılmıĢtır. Prekast
elemanların davranıĢı, referans numune ve diğer numunelerle karĢılaĢtırılmıĢtır. BirleĢim detayının deprem performansını geliĢtirmek için daha sonra yapılacak araĢtırmalar için birkaç tavsiye ve uygulamalar çalıĢmanın içinde yer almıĢtır. ġekil 1.5 de, deneyin yükleme ve ölçüm düzeneği detayı verilmiĢtir.
ġekil 1.5 : Yükleme ve ölçüm düzeneği [5]
Kaynak uygulamasının yoğun donatı içeren kiriĢlerde kullanılması tavsiye edilmektedir. Kaynak yapılacak donatının karbon içeriği de uygun olmalıdır. Zira deneyde bazı numunelerde kaynak yapılan bölgelerde çatlaklar meydana gelmiĢtir, [5].
Park; Yeni Zellanda’da prefabrik elemanların 1960 dan sonra yaygınlaĢtığını belirtmiĢtir. Yeni Zellanda da prekast kullanım alanlarından olan döĢemeler, moment aktaran çerçeveler ve bina taĢıyıcı duvarları için geliĢmeleri anlatmıĢtır. ġu anda hemen hemen tüm döĢemeler, moment aktaran çerçevelerin çoğu, tek ile üç katlı yapıların bazıları prekast birleĢimli elemanlardan üretilmektedir. Özellikle prefabrik elemanlar arasında birleĢim oluĢturmaya yönelik tasarım ve yapım görüĢleri tartıĢılmıĢtır, [6]. Kaya ve Arslan; ard germeli prekast kolon-kiriĢ birleĢimlerini farklı yük seviyeleri için deneysel olarak incelemiĢ ve ANSYS programı ile 3D doğrusal olmayan sonlu eleman analizini yapmıĢtır. ġekil 1.6 da numunenin modellenmesi ve mesnet durumu ANSYS programı çıktısı olarak gösterilmiĢtir.
Analitik çalıĢmada elde edilen sonuçlar ile deneysel sonuçlar karĢılaĢtırılmıĢtır. Analitik modellerin baĢlangıç rijitliğinin deney numunelerininkine göre daha düĢük olduğu belirtilmiĢtir. Deneysel ve analitik çalıĢmalarda öngerilmeli bağlantılar yeterli dayanıma sahip olmakla beraber analitik modeldeki numunelerin baĢlangıçta ve %1.5 kat ötelemesinde deneysel çalıĢmadaki numunelerden farklı davrandığı görülmüĢtür, [7]. Rosa Maria Vasconez; prekast çerçeveler için yerinde dökme çelik lifli beton içeren bağlantıların tekrarlı yükler etkisindeki davranıĢını deneysel ve analitik olarak incelemiĢtir. Bunun için 13 adet yerinde dökme beton ile imal edilen 1/2 ölçekli numuneler tersininr yükler etkisinde denenmiĢtir. Analitik çalıĢmada her bağlantı detayının dayanım, süneklik ve enerji sönümleme performansları incelenmiĢtir. Farklı parametrelerin bağlantı noktalarına etkisini ve birleĢimde çelik lif kullanımının sonuçları araĢtırılmıĢtır. Analitik çalıĢmada düğüm noktalarının tekrarlı yükler altındaki davranıĢı incelenmiĢtir. Bağlantı noktaları; bağlantı dayanımı, yerdeğiĢtirme ve dönme, birleĢimin eğilme ve kesme deformasyonu, enerji sönümleme ve rijitlik kaybı yönlerinden değerlendirilmiĢtir. Çelik lifler bağlantının dayanımını artırmıĢ ve göçmesini geciktirmiĢtir. Yerinde döküm birleĢim bölgesinde boyuna donatılar birleĢim bölgesindeki kuvvetlerin aktarılması konusunda ankraj görevi görmüĢ, hasarın düğüm noktası boyunca yayılmasını sağlamıĢ, plastik mafsallaĢma oluĢumunun birleĢim bölgesinde olmasını sağlamıĢtır. BirleĢim bölgesindeki çelik lifler küçük çatlakların oluĢmasını ve az miktarda hasarın oluĢmasını sağlamıĢtır. Bu lifler tersinir yükler etkisinde numunenin kesme dayanımını artırmıĢtır, [8].
1.2 Amaç ve Kapsam
Bu tez çalıĢmasının ana amacı; ĠTÜ ĠnĢaat Fakültesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında baĢlayan FP7-SAFECAST araĢtırma projesi kapsamında deneysel ve analitik olarak incelenecek olan bir moment aktaran kolon-kiriĢ birleĢim bölgesi detayına ait pilot deneylerin gerçekleĢtirilmesi ve elde edilen sonuçların basit kuramsal hesap sonuçları ile karĢılaĢtırılmasıdır. Bu kapsamda, deney numunesi ile birlikte kullanılan deney düzeneği de irdelenmiĢtir. OluĢan mesnet reaksiyonlarının otomatik olarak belirlenmesi için bir yük ölçer düzeneği geliĢtirilmeye çalıĢılmıĢtır.
2. DENEYLERĠN HAZIRLIĞI
2.1 Genel
FP7-SAFECAST araĢtırma projesi kapsamında incelenecek düğüm noktaları, prefabrike betonarme bir yapıdan 1/2 geometrik ölçekle çıkarılmıĢtır, ġekil 2.1. 1/2 ölçek seçilmesinin nedeni laboratuvardaki mevcut yükleme düzeneğinin kapasitesi ile ilgilidir. UygulanmıĢ projedeki geometrik büyüklükler 1/2 geometrik ölçekle küçültülmüĢtür.
ġekil 2.1 : Deneysel olarak incelenecek kolon-kiriĢ birleĢim bölgesi
Kullanılan birleĢim detayında, kolon-kiriĢ birleĢim bölgesinde kolon gövdesinde belirli bir bölge boĢ bırakılmakta, kiriĢ üst bölgesi de betonlanmamıĢ olarak Ģantiyeye gelmektedir. KiriĢler montaj aĢamasında kolonda oluĢturulmuĢ guse üzerine oturtulmaktadır. KiriĢ alt yüzündeki çelik levha, kolondaki guse üzerinde yer alan çelik levhaya kaynaklanmaktadır. Prekast döĢeme elemanların yerleĢiminin ardından, beton dökümü gerçekleĢtirilmektedir,ġekil 2.2.
ġekil 2.2 : Ġncelenen kolon - kiriĢ birleĢim bölgesi 2.2 Deney Numuneleri
FP7-SAFECAST araĢtırma projesi kapsamında birleĢim detayı için 4 adet özdeĢ numune üretilecektir. Numunelerden iki tanesi tek yönlü artan statik yükler etkisinde, diğer iki tanesi ise tersinir tekrarlı yerdeğiĢtirme çevrimleri etkisinde incelenecektir. Bu tez kapsamında çalıĢılan pilot numune, ana kiriĢ alt boyuna donatılarındaki farklılık haricinde bu numuneler ile özdeĢtir.
1/2 ölçekli pilot numune, kolon, ana taĢıyıcı kiriĢ, tali kiriĢler, guseler, döĢeme tablası, kavrama betonu, kaynaklı birleĢimdeki levhalardan oluĢmaktadır. Kolonun boyu 3185 mm, kolon kesiti 400×400 mm dir. Kolon kesitleri 16 adet 16 mm boyuna donatı içermekte olup, pas payı 40 mm dir. Enine donatı olarak sıklaĢtırma bölgelerinde 5 adet 10 mm çapında 70 mm aralıklı, açıklıkta ise 6 mm çapında 70 mm aralıklı donatı kullanılmıĢtır, ġekil 2.3. TaĢıyıcı kiriĢ ve tali kiriĢlerin birleĢimi için kolonda üç yüzde guseler oluĢturulmuĢtur. Kolon kiriĢ birleĢim bölgesinde 135 mm yüksekliğinde kolon bölgesine beton dökülmemiĢtir.
TaĢıyıcı kiriĢ kesit geniĢliği 300 mm, yüksekliği 350 mm dir. KiriĢ uzunluğu ise 1980 mm’dir. KiriĢ kesit özellikleri ve donatı detayları ġekil 2.4 de gösterilmiĢtir. Bu tez çalıĢmasında incelenen numunede ana kiriĢ eğilme donatısı olarak 4Ф16+1Ф10 donatısı kullanılmıĢtır. Bu donatı seçimi FP7 SAFECAST kapsamındaki diğer numuneler ile
aradaki tek farkı oluĢturmaktadır. Tali kiriĢler 250×400 mm lik kesit boyutlarına ve 380 mm lik boya sahiptir, ġekil 2.5. DöĢeme tablası olarak 1200×2275 mm boyutlarında boĢluklu prekast panel kullanılmıĢtır.
ġekil 2.5 : Deney numunesi tali kiriĢ kesiti ve görünüĢü
Kavrama betonu 29.30 MPa basınç dayanımına sahip olup, 35 mm kalınlığındadır. TaĢıyıcı kiriĢ bağlantısı için kullanılan çelik levhalar 250×200×10 mm ve 300×200×10 mm boyutlarındadır. Tali kiriĢ bağlantısı için kullanılan çelik levhalar ise 200×150×10 mm ve 250×150×10 mm boyutlarındadır. Levhalar beton dökümü öncesinde betonarme elemanlardaki etriyelere kaynaklanarak yerleĢtirilmiĢtir. Guse ve kiriĢ levhalarının birbirlerine bağlantısı için 7 mm kalınlığında sürekli kaynak dikiĢi üç kenarda uygulanmıĢtır.
ġekil 2.6 da numune genel ölçüleri verilmiĢtir. Bu resimde kullanılan a-a ve b-b kesitleri de sırasıyla ġekil 2.7 ve ġekil 2.8 de yer almaktadır.
ġekil 2.6 : Deney numunesi genel görünüĢü
ġekil 2.6 da birleĢim bölgesinde; ana taĢıyıcı kiriĢ doğrultusunda ve 2Ф16 ve tali kiriĢ doğrultusunda kullanılacak olan donatıların açılımları da verilmiĢtir.
ġekil 2.7 : Genel birleĢim detayı a-a kesiti
2.3 Deney Numunelerinin Üretimi
Numune üretimi Yapı Merkezi Prefabrikasyon A.ġ. tarafından gerçekleĢtirilmiĢtir. BirleĢim detayını oluĢturan kolon, ana taĢıyıcı kiriĢ ve tali kiriĢlerin donatıları ġekil 2.9 da gösterilmiĢtir.
ġekil 2.9 : Numune donatılarının hazırlanması aĢaması
Hazırlanan donatılar pas paylarının bırakılmasının ardından ġekil 2.10 da görüldüğü gibi kalıplara yerleĢtirilmiĢtir.
ġekil 2.10 : Numunenin kalıba yerleĢtirilmesi
Beton dökümünde vibratör kullanılmıĢtır. Üretimin farklı aĢamalarında malzeme deneylerinde kullanılmak üzere toplam 12 adet 150×300 mm boyutlarında beton silindir numunesi de alınmıĢtır. ġekil 2.11 de kiriĢlere ait beton dökümü verilmiĢtir.
ġekil 2.11 : KiriĢlerde beton dökümü
Beton prizinin gerçekleĢmesinin ardından numuneler kalıptan çıkarılmıĢtır. ġekil 2.12 de betonlanmıĢ elemanlar görünmektedir. Kolonun üzerinde yer alan düğüm noktasını oluĢturmak amacıyla bırakılan 13.5 cm lik boĢluk fotoğrafta görülmektedir. Ana taĢıyıcı kiriĢte ve tali kiriĢlerde donatılar kayma kamaları oluĢturacak Ģekilde yerleĢtirilmiĢlerdir. Pilot numuneyi oluĢturan her bir elemana kancalar yerleĢtirilerek taĢınmalarında kolaylık sağlanmıĢtır.
ġekil 2.13 de birleĢim bölgesinde yapılan ve birleĢimin kuru kısmını oluĢturan kaynak uygulaması görülmektedir. Prekast elemanların birleĢtirilmesi için öncelikle kolon desteklenerek düĢey konuma getirilmiĢtir. Kolonun sağ ve sol yanlarında yer alan guseler ile tali kiriĢlerin bağlantısı ilgili levhaların 7 mm kalınlığında üç taraflı kaynakla birleĢtirilmesi sonucu yapılmıĢtır. Ana taĢıyıcı kiriĢin serbest ucu alttan desteklenerek guse üzerindeki levhaya 7 mm kalınlığında, üç taraflı kaynak uygulanmıĢtır. Bu birleĢimler yapılırken, elemanlar ile kolon gövdesi arasında 2 cm boĢluk bırakılmıĢtır. Bu kısımlar düğüm noktasının betonu dökülürken doldurulacaklardır.
Kolon ve guseler Kolon gövdesindeki boĢluk
TaĢıyıcı ana kiriĢ Tali kiriĢ
ġekil 2.14 : KiriĢ mesnet bölgeleri üst donatılarının yerleĢimi
Tali kiriĢ doğrultusunda 2Ф18, taĢıyıcı kiriĢ doğrultusunda ise U Ģekilinde hazırlanmıĢ 2Ф16 boyuna donatı yerleĢtirilmiĢtir, ġekil 2.14. Bu donatıların detayları ġekil 2.6 da verilmiĢtir.
Üretimin bir sonraki aĢamasında, 10 cm kalınlıklı hazır prekast döĢeme elemanları taĢıyıcı kiriĢ üzerine yerleĢtirilmiĢtir. Kavrama betonunun 3.5 cm kalınlığında olması öngörülmüĢ ve içerisine Q106 tipi hasır donatı yerleĢtirilmiĢtir. Tali kiriĢ üzerinde döĢeme hasırının üzerine 150 mm aralıkla 4.5 mm çapında L donatılar da konmuĢtur. Ardından kavrama betonu dökülmüĢ ve vibrasyon iĢlemi uygulanmıĢtır, ġekil 2.15. Verilen resimlerden görüldüğü gibi ana taĢıyıcı kiriĢ üst donatısı 2 adet U formunda oluĢturulmuĢ ve kolon boyuna donatılarından birini kuĢatacak biçimde yerleĢtirilmiĢtir. Bu uygulama biçiminin söz konusu donatının kenetlenmesine katkıda bulunacağı ancak kıvırma iĢleminin karbon oranı yüksek donatılarda kırılmaya sebep olabileceğinin de dikkate alınması gerekmektedir.
ġekil 2.15 : DöĢemenin oluĢturulması 2.4 Malzeme Deneyleri
deneyleri, donatı ve çelik levha elemanlar için çekme deneyleri ve yük ölçer geliĢtirmeye yönelik özel bir eğilme deneyi gerçekleĢtirilmiĢtir.
2.4.1 Beton Deneyleri
Deney numunelerinin üretimi aĢamasında kullanılan betonların basınç dayanımlarının belirlenmesi amacıyla; T1 olarak isimlendirilen kavrama betonundan 6 adet, T2 olarak isimlendirilen kolon ve kiriĢlerden ise 6 adet olmak üzere toplam 12 adet silindir numune (150×300 mm) alınmıĢtır. Numuneler 5000 kN kapasiteli Amsler marka pres kullanılarak standart silindir basınç deneyine tabi tutulmuĢtur. Betonda meydana gelen ĢekildeğiĢtirmeleri ölçmek amacıyla, numune yüksekliğinin orta bölgesine 170 mm ölçüm boylu TML CM-17 ölçüm çerçevesi (kompresometre) yerleĢtirilmiĢtir. Kademeli olarak her 25 kN luk yük artımında ĢekildeğiĢtirmeler kaydedilmiĢtir. ġekil 2.16 da basınç deney düzeneği, Çizelge 2.1 de ise basınç deneyinde elde edilen sonuçlar topluca verilmiĢtir.
Çizelge 2.1 : Beton basınç deneyi sonuçları
Numune
Basınç dayanımına karĢı gelen
ĢekildeğiĢtirme Dayanım Elastisite Modülü (E)
(x10-3) MPa MPa T1-1 3.117 29.7 18600 T1-2 2.353 30.0 22660 T1-3 2.794 30.2 19800 T1-4 2.500 28.3 21720 T1-5 2.941 28.3 21020 T1-6 2.794 29.4 23270 T2-1 3.088 46.9 27600 T2-2 3.000 47.2 27720 T2-3 2.735 43.4 27980 T2-4 2.941 48.3 30470 T2-5 2.794 47.2 28130 T2-6 3.029 47.4 27960 2.4.2 Çelik Deneyleri
Çelik çekme deneyleri 200 kN kapasiteli Amsler mekanik çekme aleti kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. ġekil 2.17 de çekme deneyi ve düzeneği görülmektedir.
Her farklı çaptan 4 adet numune alınmıĢ ve denemiĢtir. Numune yüksekliğinin ortadaki 100 mm lik bölgesine ĢekildeğiĢtirme ölçer yerleĢtirilerek okuma yapılmıĢtır. Donatı çekme deneyinde elde edilen sonuçlar Çizelge 2.2 de verilmektedir. Bu tablonun altında ayrıca mevcut yönetmeliklerdeki sınır değerler de verilerek, karĢılaĢtırma yapma imkanı oluĢmuĢtur.
Çizelge 2.2 : Donatı çekme deneyi sonuçları UYGULANAN STANDART :TS 708-TS 138 DENEY
SONUCU BULUNAN DEĞERLER LAB. ORTAM SICAKLIĞI : 180C TS 708 -SINIR DEĞERLERĠ
NO. Anma Çapı (mm) Ölçüm Çapı (mm) Kütle Kg/m Akma Dayanımı (a) S ı n ı r ı Çekme Dayanımı Çekme
Akma Oranı Rm/Re Kopma Uzama Oranı % Anma Kütlesi Kg/m min Anma Kütlesi Kg/m Max Kuvvet kN Ger. N/mm2 Kuvvet kN Ger. N/mm2 F6(1) 6 6.0 - 11.8 416 13.7 485 1.17 22 - - F6(2) 6 6.0 - 11.7 413 14.0 496 1.20 23 - - F6(3) 6 6.0 - 11.8 416 13.8 489 1.17 19 - - F6(4) 6 6.0 - 11.8 416 13.7 485 1.16 18 - - F8(1) 8 8.4 0.431 28.4 512 36.3 655 1.28 20 0.371 0.411 F8(2) 8 8.3 0.428 27.9 516 36.8 680 1.32 19 0.371 0.411 F8(3) 8 8.4 0.432 29.6 534 36.7 662 1.24 21 0.371 0.411 F8(4) 8 8.3 0.428 29.3 542 36.9 681 1.26 19 0.371 0.411 F10(1) 10 9.9 0.607 37.3 485 46.1 599 1.24 20 0.580 0.642 F10(2) 10 9.9 0.605 39.2 509 47.1 611 1.20 21 0.580 0.642 F10(3) 10 9.9 0.602 37.7 485 46.1 599 1.22 23 0.580 0.642 F10(4) 10 9.9 0.606 38.2 497 47.0 610 1.23 22 0.580 0.642 F12(1) 12 12.1 0.905 64.7 562 77.0 669 1.19 13 0.835 0.924 F12(2) 12 12.1 0.896 64.7 562 77.5 674 1.20 16 0.835 0.924 F12(3) 12 12.1 0.905 63.2 550 76.2 661 1.21 16 0.835 0.924 F12(4) 12 12.1 0.905 63.2 550 77.2 671 1.22 17 0.835 0.924 F16(1) 16 15.8 1.529 116.7 595 13.4 690 1.16 14 1.485 1.643 F16(2) 16 15.8 1.532 115.7 590 136.3 695 1.18 15 1.485 1.643 F16(3) 16 15.7 1.526 113.7 587 135.3 699 1.19 14 1.485 1.643 F16(4) 16 15.8 1.528 112.7 575 135.3 690 1.20 15 1.485 1.643 F18(1) 18 18.1 2.021 117.7 457 152.0 591 1.29 23 1.880 2.080 F18(2) 18 18.1 2.025 120.6 469 152.9 594 1.27 20 1.880 2.080 F18(3) 18 18.1 2.021 118.6 461 152.0 591 1.28 20 1.880 2.080 F18(4) 18 18.1 2.019 118.6 461 152.5 592 1.28 21 1.880 2.080 TS 708-TS 138 sınır değerleri:
Akma (N/mm2 min) Çekme (N/mm2 min) Kopma Uzama Oranı (% min)
Nervürlü Düz Hasır Nervürlü Düz Hasır Nervürlü Düz Hasır
420 220 500 500 340 550 12 18 5 8
*Gerilmeler ölçüm çapına göre hesaplanmıĢtır.
Farklı çaptaki donatılar için elde edilen gerilme ĢekildeğiĢtirme iliĢkileri ġekil 2.18 de verilmiĢtir.
Ф6 Donatı Grubu Ф8 Donatı Grubu
Ф10 Donatı Grubu Ф12 Donatı Grubu
Ф16 Donatı Grubu Ф18 Donatı Grubu
2.4.3 Levha Deneyleri
Numune üretiminde kullanılan çelik levhalardan alınan örnekler çekme deneyine tabi tutulmuĢtur. Ġzlenen yöntem donatı çekme deneyleri ile aynıdır. ġekil 2.19’da deney düzeneği ile ilgili bir fotograf yer almaktadır.
ġekil 2.19 : Levha örnekleri için çekme deneyi Çizelge 2.3 : Levha örnekleri çekme deneyi sonuçları
Levha örneklerinin çekme deneyi sonucunda elde edilen sonuçlar Çizelge 2.3 de verilmiĢtir. Çekme deneyinde elde edilen gerilme ĢekildeğiĢtirme iliĢkileri ġekil 2.20 de verilmiĢtir.
Numune Boyut (mm) Kesit Akma Sınırı Çekme Dayanımı Kopma Uzama Oranı Kuvvet Gerilme Kuvvet Gerilme
(mm²) (kN) (N/mm2) (kN) (N/mm2) (%)
P1 19.8×10.0 198 62.8 317 99.1 500 26
P2 19.8×10.0 198 62.8 317 100.5 508 24
P3 19.7×10.0 197 61.8 314 98.5 500 19
ġekil 2.20 : Levha örnekleri için gerilme - Ģekil değiĢtirme iliĢkisi
Donatı ve levha elemanların çekme deneyi sonrasındaki kopma biçimleri ġekil 2.21 de gösterilmiĢtir. Ф16 ve Ф18 donatı grupları gevrek kırılarak, diğer donatı grupları ise sünek kırılarak kopma davranıĢı göstermiĢlerdir.
ġekil 2.21 : Donatı ve levha örneklerinin kopma biçimleri 2.4.4 Özel Bir Yük Ölçer GeliĢtirme
Prekast düğüm noktası numunesi, yön değiĢtiren yükler etkisinde deneneceği yükleme çerçevesine 4 adet daire kesitli çelik mil ile bağlanmaktadır. Yatay yükleme etkisinde numune mesnet bölgesinde oluĢacak düĢey reaksiyon kuvvetleri ġekil 2.22a da hesaplanmıĢtır. Bu mesnet reaksiyonlarının deney sırasında sürekli olarak ölçülebilmesi için, millerin açıklık ortasında çekme bölgesine birbirine yakın konumlu ikiĢer adet ĢekildeğiĢtirme ölçer yerleĢtirilmiĢtir. ĠTÜ Malzeme Laboratuarında mevcut olan bir
tutulmuĢtur, ġekil 2.22b, ġekil 2.23. Hidrolik presin oluĢturduğu tekil yük, numune geniĢliğine eĢdeğer 40 cm lik bir geniĢliğe yayılarak etkitilmiĢtir.
8 2 7,3 2 45,5
P
(a) (b)
ġekil 2.23 : Özel bir yük ölçer düzeneği için yükleme deneyi
Etkiyen tekil yük ile açıklık ortasında çekme bölgesinde okunan ortalama ĢekildeğiĢtirme arasındaki iliĢki ġekil 2.24 de yapıldığı gibi doğrusallaĢtırılmıĢtır. Elde edilen bu ifade kullanılarak, ĢekildeğiĢtirme okumalarından mile aktarılan bileĢke kuvvete yaklaĢık olarak geçilebilmektedir.
ġekil 2.24 : Özel yük ölçerde yük - ĢekildeğiĢtirme iliĢkisi 2.5 Deney Düzeneği
Deneysel çalıĢma, ĠTÜ ĠnĢaat Fakültesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuarında bulunan rijit deney döĢemesi üzerine bağlanmıĢ özel bir deney düzeneği kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. Yükleme düzeneği, yön değiĢtiren yükler etkisinde oluĢan tepki kuvvetlerinin rijit döĢemeye güvenli bir Ģekilde aktarımını sağlamaktadır. ġekil 2.25 de
MTS hidrolik verenin reaksiyonu betonarme reaksiyon duvarına aktarılmıĢtır. Hidrolik verenin her iki ucunda iki yönlü mafsallar yer almaktadır. Hidrolik verenin numuneye bağlanması için Φ18 mm çaplı dört adet yüksek dayanımlı ankraj bulonu kullanılmıĢtır.
ġekil 2.25 : Deney düzeneği
Deney numunesi kolonunda sabit eksenel kuvvet oluĢturmak için ENERPAC RC506 hidrolik kriko ve oluĢan eksenel kuvveti ölçmek için de TML CLP–100 CMP yük ölçer kullanılmıĢtır. ġekil 2.26 da deney düzeneğini oluĢturan elemanlara ait bir resim verilmiĢtir. Burada yatay yönde çevrimsel yükleme yapmak amacıyla kullanılan yükveren görülmektedir. ġekil 2.27 de ise mesnet bölgesinde miller ile yapılan mesnetlenme ve eksenel yük düzeyi gösterilmiĢtir. Eksenel yük deney boyunca kolon dayanım değerinin %10’u kadar değerde sürekli olarak uygulanmıĢtır.
ġekil 2.26 : Deney düzeneği genel görünüĢü
ġekil 2.27 : Kolona eksenel yük etkitilmesi
Numune kolonunun diğer ucu, eğriselleĢtirilmiĢ yüzeye temas etmektedir. Bu Ģekilde, kolon uçlarının serbestçe dönebilmesi sağlanmaktadır.
2.5.1 Ölçüm Düzeneği
Numune davranıĢını ayrıntılı olarak belirlemek üzere farklı noktalarda yerdeğiĢtirme okumaları yapılmıĢtır. YerdeğiĢtirme okumalarının bazıları dıĢarıdaki bir referans noktaya göre, bazıları ise numune üzerindeki iki noktanın birbirine göre olan göreli hareketini belirlemek üzere yapılmıĢtır. Sabit noktaların oluĢturulması için, numunede açılan deliklere 6 mm çaplı ankraj bulonu epoksi reçinesi ile ankre edilmiĢtir. YerdeğiĢtirme ölçümlerinde farklı ölçüm boyuna sahip TML marka CDP-5, CDP-10, CDP-25 ve CDP-100 tipi yerdeğiĢtirme ölçerler ile PI yerdeğiĢtirme ölçerler kullanılmıĢtır. Kolon-kiriĢ birleĢim bölgesinde ĢekildeğiĢtirme, dönme ve eğriliğin belirlenmesinde CDP-5 tipi yerdeğiĢtirme ölçerler kullanılmıĢtır. Kavrama betonu ile prekast döĢeme elemanları arasında olabilecek açılmayı belirlemek üzere de PI tipi yerdeğiĢtirme ölçerler kullanılmıĢtır. Ölçüm sistemi ile ilgili olarak farklı açılardan çekilen fotograflar ġekil 2.28 ve ġekil 2.29 da verilmiĢtir.
ġekil 2.29 : Arka ve sol cephe ölçüm elemanları
YerdeğiĢtirme kontrollü olarak gerçekleĢtirilen deneyde, kontrol yerdeğiĢtirmesi hidrolik veren hizasına yerleĢtirilen SDF 200 tipi yerdeğiĢtirme ölçer ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Yükleme düzleminde ve bu düzleme dik doğrultuda yapılan diğer tüm okumalarda CDP 25 tipi yerdeğiĢtirme ölçer kullanılmıĢtır. Tüm yerdeğiĢtirme ölçerler hem itmede hem de çekme okuma yapabilecek Ģekilde yerleĢtirilmiĢtir. Kritik kesit olarak belirtilen kolon ile taĢıyıcı kiriĢin birleĢtiği ve kiriĢ üzerinde yaklaĢık 40 cm olan bölgede yerdeğiĢtirme ölçerler numune üzerinde açılan deliklere sabitlenen ankraj bulonları yardımıyla yerleĢtirilmiĢlerdir. KiriĢ boyunca düĢey yerdeğiĢtirmeyi ölçmek için, kolonun yükleme yönündeki hareketini ölçmek için ve düzlem dıĢı hareketi tespit etmek amacıyla yerleĢtirilen yerdeğiĢtirme ölçerler, yardımcı profiller üzerinde sabitlenerek ölçümler alınmıĢtır.
YerdeğiĢtirme ölçüm düzeneği ve kanal numaraları, numunenin üzerindeki konumlarına göre ġekil 2.30, ġekil 2.31, ġekil 2.32 ve ġekil 2.33 de verilmiĢtir.
yükleme ekseni m es ne t ek se ni m es ne t ek se ni 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 41 12 13 14 15 16 17 19 20 (CDP25) (CDP25) (CDP25) (CDP25) (CDP25) (CDP5) (CDP5) (CDP5) (CDP5) (CDP5) (CDP5) Pi 20 21
ġekil 2.30 : Ön cephe ölçüm aletlerinin ve kanal numaraları
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
41
8 22 5 6 24 5 7 23 5 12 11 12 6 14 20, 5 6, 5 15 20yükleme ekseni m es net eks eni m es net eks eni 38 39 40 42 3 (CDP5) (CDP5) (CDP25) 20,25 (Pi) 6,5 50
ġekil 2.32 : Arka cephede yerdeğiĢtirme ölçerler ve konumları
34 35 36 37 50,0 8 43,0 2 43,2 43,2 20,5 (SDP200) (CDP50) (CDP100) (CDP50)
Ölçüm düzeneği toplam 20 adet yerdeğiĢtirme ölçer, 2 adet PI ölçer, 8 adet ĢekildeğiĢtirme ölçer ve bir adet yük ölçerden meydana gelmektedir. Ölçümlerde kullanılan kanal numaraları ve kodları Çizelge 2.4 de verilmektedir.
Çizelge 2.4 : Ölçümlerde kullanılan kanal numaraları ve kodları
Kanal No Eleman kodu Açıklama
11 Load Cell
12 LUSLSG Sol üst mesnet sol strain gauge
13 LUSRSG L: Left
14 LDSLSG U:Up
15 LDSRSG S:Support
16 RUSLSG SG:Strain gauge
17 RUSRSG D: Down 19 RDSLSG R:Right 20 RDSRSG 23 FLV1 F:Front 24 FLH2 L:Left 25 FLV3 V:Vertical 26 FLV4 H:Horizontal 27 FLV5 B: Beam
28 FRV1 Ön cephe sol kısım 1 nolu düĢey T.D.
29 FRH2
30 FRV3
31 FRV4
32 FRV5
33 FRV6
34 RH1 Sağ cephe 1 nolu düĢey T.D.
35 RH2
36 RH3
37 RH4 Tepe yer değiĢtirmesinin ölçülmesi
38 BLH1 Arka cephe sol kısım 1 nolu yatay T.D.
39 BRH1 B: Back
40 BRH2 Düzlem dıĢı hareketin ölçülmesi
41 F-Pi Ön cephe Pi
2.5.2 Ölçümlerin Değerlendirilmesi
Uygulanan itme ve çekme çevrimleri sonucu numunede oluĢan yük, yerdeğiĢtirme ve ĢekildeğiĢtirme verileri bilgisayar ortamına aktarıldıktan sonra EXCEL de geliĢtirilen bir program yardımıyla iĢlenmiĢtir.
Yük-yerdeğiĢtirme grafiğinin çizimi için, hidrolik veren hizasına yerleĢtirilen kontrol yerdeğiĢtirme ölçeri kullanılmıĢtır. Göreli yerdeğiĢtirmeden hareketle öteleme yüzdelerine geçilmiĢtir. Kat göreli öteleme yüzdelerinin hesabı için (2.1) ifadesi kullanılmıĢtır.
Kat göreli öteleme yüzdesi = ( /h)×100 (2.1)
δ: Göreli YerdeğiĢtirme (mm)
h: Numunede, hidrolik veren ekseni ile kolon ekseni arasındaki mesafe
Kolon-kiriĢ birleĢim bölgesine yerleĢtirilen yerdeğiĢtirme ölçerlerden alınan veriler ile bu kesitlerdeki ĢekildeğiĢtirme, dönme ve eğrilik değerleri hesaplanmıĢtır. ġekildeğiĢtirme hesabı yerdeğiĢtirme ölçerlerden alınan değerlerin ölçüm boyuna bölünmesiyle elde edilmiĢtir. Kesitteki dönmenin hesabı için, iki yerdeğiĢtirme ölçerden okunan değerlerin farkının ölçüm yapılan kesitler arası mesafeye bölünmesi ile elde edilmiĢtir. Kesitteki eğrilik ise iki yerdeğiĢtirme ölçerden okunan ĢekildeğiĢtirme değerlerinin ara mesafeye oranlanmasıyla elde edilmiĢtir. Söz konusu hesaba ait ayrıntılar ġekil 2.34 ve Denklem (2.2), (2.3), (2.4) ve (2.5) de verilmektedir. Bu denklemlerde 1 ve 2 kesitteki ĢekildeğiĢtirmeleri, θ kesitteki dönmeyi ve χ da kesitteki eğirliği göstermektedir.
a Δ1 1 (2.2) b Δ2 2 (2.3) x Δ Δ θ 1 2 (Radyan) (2.4) x χ 1 2 (1/m) (2.5)
3. DENEYSEL ÇALIġMA
Ayrıntıları Bölüm 2 de anlatılan deney numunesi; ana kiriĢ ucuna bağlı hidrolik veren ile yerdeğiĢtirme çevrimleri etkisinde incelenmiĢtir. Kolona, eksenel yük taĢıma kapasitesinin yaklaĢık olarak %10 una karĢı gelen 250 kN luk eksenel kuvvet etkitilmiĢ ve deney süresince sabit tutulmuĢtur.
Deney, döĢemenin basınçta bırakıldığı çevrimler ile baĢlamıĢtır. Ġlk çevrimde, çekme bölgesinde ilk çatlaklar oluĢana kadar kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesi artırılmıĢtır. YaklaĢık doğrusal davranıĢ sınırı olarak, y=5.97 mm kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesi ve 78.3 kN dayanım elde edilmiĢtir. Bu aĢamadan sonra yükleme boĢaltılmıĢtır. Kuvvet sıfırlandığında kalıcı kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesi 1.28 mm olmuĢtur. Ġkinci çevrimde, aynı yönlü yükleme ile 5 y seviyesine gidilmiĢtir. GerçekleĢen kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesi ve karĢı gelen dayanım sırasıyla 25.53 mm ve 94.9 kN olmuĢtur. Daha sonra yatay yükleme yön değiĢtirmiĢtir. DöĢemenin çekme bölgesinde kaldığı bu ilk adımda 79.44 mm kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesi ve 195.9 kN reaksiyon kuvveti elde edilmiĢtir. Yükleme boĢaltılmıĢ ardından da üç tam yerdeğiĢtirme çevrimi daha uygulanmıĢtır. Her çevrimin pikinde ulaĢılan kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesi ve karĢı gelen reaksiyon kuvveti Çizelge 3.1 de verilmiĢtir.
Çizelge 3.1 : Uygulanan yükleme fonksiyonunun pik noktaları
Çevrim No Yük Durumu Yük (kN) YerdeğiĢtirme (mm) 1 DöĢeme basınçta 78.32 5.97 2 DöĢeme basınçta 94.88 25.53 DöĢeme çekmede 195.94 79.44 3 DöĢeme basınçta 81.09 26.34 DöĢeme çekmede 171.26 80.23 4 DöĢeme basınçta 33.87 25.39 DöĢeme çekmede 144.66 80.15 5 DöĢeme basınçta 28.99 26.38
Uygulanan yerdeğiĢtirme fonksiyonunun deney adımları boyunca değiĢimi ġekil 3.1 de verilmiĢtir.
ġekil 3.1 : Uygulanan yerdeğiĢtirme fonksiyonunun adıma göre değiĢimi
Ana kiriĢ ucuna etkitilen ġekil 3.1 deki yerdeğiĢtirme fonksiyonu ve ölçülen numune dayanımı arasındaki iliĢkisi ġekil 3.2 de verilmiĢtir. Bu grafikten izlenebileceği gibi, gerçekleĢen süneklik oranları döĢemenin basınçta olduğu durumda yaklaĢık 5, döĢemenin çekmede olduğu durumda ise yaklaĢık 4 olmuĢtur.
3.1 Numunedeki Hasar Birikimi
Uygulanan yerdeğiĢtirme çevrimleri etkisinde numunede gerçekleĢen hasarlar adım adım izlenmiĢ ve kaydedilmiĢtir. Numunenin dört cephesine ait ayrıntılı çatlak krokisi ġekil 3.4, ġekil 3.5, ġekil 3.6 ve ġekil 3.7 de verilmektedir. Bu krokilerde, mavi renk ile döĢemenin basınçta kaldığı yükleme yönünde, kırmızı renk ile de döĢemenin çekmede kaldığı yükleme yönünde oluĢan çatlaklar gösterilmiĢtir. Çatlakların geliĢimi ve geniĢlikleri de Çizelge 3.2 ve Çizelge 3.3 de verilmiĢtir.
Ġlk çevrim sonundaki hasar durumu ġekil 3.8 de verilen fotoğraflardan gözlenmektedir. Ġkinci çevrimde, ön cephede taĢıyıcı kiriĢ ile guse arasındaki çelik levha civarında pvf (1.4 mm), pvb (0.8 mm) ve ph (0.3 mm) çatlakları gözlenmiĢtir. Diğer çatlak geniĢlikleri 0.1 mm düzeyindedir. Bu çevrimin çekme yönünde oluĢan en büyük çatlak
v olup, geniĢliği 20 mm olarak ölçülmüĢtür. Ġkinci çevrime ait hasar durumunu gösteren fotoğraflar ġekil 3.9 da yer almaktadır.
ġekil 3.2 : Uygulanan yerdeğiĢtirme fonksiyonu ve karĢı gelen numune dayanımı Deney süresince gözlemlenen önemli olaylar, ġekil 3.3 de verilen grafik üzerine iĢlenmiĢtir. Bu olaylar; önemli ĢekildeğiĢtirme durumları, pas payı dökülmesi, enine ve boyuna donatı kopması olarak sıralanabilir.
ġekil 3.3 : Deney süresince gözlenen önemli olaylar
Çatlak oluĢumu ana taĢıyıcı kiriĢ ile guse arasında kaynaklı birleĢimin yapıldığı levha civarında baĢlamıĢtır. Ġlerleyen aĢamalarda düğüm noktasının kolon yüzünden yaklaĢık 40 cm yukarısında çatlaklar yoğunlaĢmıĢtır. Ayrıca döĢeme panelinin eni doğrultusunda (yükleme düzlemine dik) derin çatlaklar oluĢmuĢtur.Deneyin sonlarına doğru kayma çatlağı ana taĢıyıcı kiriĢin kolon yüzüne yakın kısmında meydana gelmiĢtir.
ġekil 3.6 : Sağ cephede oluĢan çatlak
Çizelge 3.2 : OluĢan çatlaklara ait geniĢlik bilgileri (1) δ (mm) 1.6 1.7 1.7 1.7 2.3 3.9 5 1.3 7.5 14.6 25.5 Θ = δ / L 0.0009 0.0010 0.0010 0.0010 0.0015 0.0013 0.0029 0.0008 0.0044 0.0097 0.0086 F (kN) 45 48 48 48 52 70 78 0 92.5 98 93.5 a 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.5 0.1 1.1 2.4 3.2 b 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 <0.1 0.2 0.3 1 c <0.1 <0.1 0.1 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.1 1.5 d <01 0.1 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.2 1.4 e 0.1 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.1 0.1 f 0.1 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.1 0.1 g 0.1 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.2 0.1 pvf 1.4 1.4 1.4 0.2 1.4 1.5 1.6 pvb 1.1 1.1 1.2 0.8 1.8 3.6 4.7 ph 0.2 0.2 0.3 0.1 0.4 2.2 5 h 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.1 0.1 i 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.1 0.1 j 0.1 0.1 <0.1 0.1 0.1 0.1 k 0.1 <<0.1 0.15 1.4 5 m 0.1 <<0.1 0.1 0.1 0.1 n 0.1 <<0.1 0.1 0.1 0.7 o <0.1 <<0.1 0.1 0.1 0.1 p 0.1 <<0.1 0.1 0.1 0.1 r 0.15 0.8 1.8 s <0.1 0.1 0.1 t 0.1 0.1 0.1 u 0.6 0.8 0.9 v 0.1 0.2 0.6 x 0.3 0.4 1.6 w <0.1 0.1 0.1 y 0.6 1.1 2.8 z <0.1 0.1 α 2.9 3.2
Çizelge 3.3 : OluĢan çatlaklara ait geniĢlik bilgileri (2) δ (mm) 6.1 3.7 9.1 10 17 25.5 38 50 59.5 Θ = δ / L 0.0036 0.0022 0.0061 0.0067 0.0113 0.015 0.022 0.029 0.035 F (kN) -70 -110 -135 -140 -170 -190 -195 -190 -190 γ 0.1 0.6 1.2 1.6 2.1 2.8 7 12 13 vי 0.2 0.8 1.4 1.5 3.5 5 10 18 20 Ɵ 0.3 0.8 0.9 1 0.8 0.7 0.6 0.6 ε 0.1 0.3 0.3 0.4 0.5 0.5 Ø 0.3 0.9 1.7 1.1 0.4 0.4 µ 1.3 3.8 4 10 7 7 Δ 0.3 * * * * * ρ 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.7 1 0.1 * * * * * 2 0.9 1.1 1.2 1.3 1.3 1.4 3 0.3 * * * * 4 0.2 * * * * 5 0.1 * * * * 6 0.2 * * * * 7 0.1 * * * * 8 0.1 0.1 0.2 0.3 9 0.1 * * * 10 0.1 * * * 11 0.1 0.2 0.3 12 0.3 0.4 0.4 13 0.1 0.2 14 0.3 0.5
Deney boyunca bazı çatlaklardan ölçüm alınamamıĢtır. Çizelge 3.3 de bu kısımlar “*” ile gösterilmiĢtir. Ayrıca bu iki tabloda 1. ve 2. çevrim yüklemelerinde okunan çatlak geniĢlikleri verilmiĢtir.
a b
c d
ġekil 3.8 : Birinci çevrim sonundaki çatlak dağılımı
ġekil 3.9 ile gösterilen ikinci çevrime ait fotoğraflardan üstte yer alanlar, bu çevrimin itme durumunda, alttakiler ise çekme durumunda oluĢan çatlakları göstermektedir. Bu çevrimde artık kalıcı hasarlar oluĢmaya baĢlamıĢ, çatlak geniĢlikleri ilk çevrime göre ilerleme kaydetmiĢtir.
a b
c d
ġekil 3.9 : Ġkinci çevrim sonundaki çatlak dağılımı
Üçüncü yerdeğiĢtirme çevriminde, ana kiriĢin guseye bağlandığı bölgede yer alan etriyelerde deformasyonlar önemli ölçüde artmıĢ, beton pas payı tabakası dökülmüĢtür, ġekil 3.10. KiriĢ bağlantı plakası, kiriĢ ucu ve döĢeme panelini takip eden sürekli çatlak belirgin hale gelmiĢtir.
a b
c d
ġekil 3.10 : Üçüncü çevrim sonundaki çatlak dağılımı
Deneyin dördüncü yerdeğiĢtirme çevriminde, taĢıyıcı kiriĢin boyuna donatıları büyük ölçüde açığa çıkmıĢtır. Bu bölgede yer alan etriyelerden birinin koptuğu, diğerinin de büyük miktarda ĢekildeğiĢtirme yaptığı gözlenmiĢtir, ġekil 3.11.
a b
c d
ġekil 3.11 : Dördüncü çevrim sonundaki çatlak dağılımı
Deneyin son yerdeğiĢtirme çevriminde, taĢıyıcı kiriĢ boyuna donatılarından biri kopmuĢtur, ġekil 3.12. KiriĢ bağlantı levhasının kaynaklandığı etriyeler hem ön hem de arka cephede kopmuĢtur. DöĢemenin tali kiriĢlere bağlandığı bölgedeki hasar artmıĢ ve çatlak geniĢliği 60 mm ye ulaĢmıĢtır.
a b
c d
ġekil 3.12 : BeĢinci çevrim sonundaki çatlak dağılımı
ġekil 3.2 de verilen kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesi-dayanım iliĢkisinde çevrimlerin kapadıkları alanlar hesaplanarak, tüketilen yığıĢımlı çevrimsel enerji grafiği elde edilmiĢtir, ġekil 3.13. YığıĢımlı çevrimsel enerjinin göreli kat yerdeğiĢtirmesine göre değiĢimi ġekil 3.14 de verilmiĢtir. En büyük enerji tüketiminin ikinci yerdeğiĢtirme çevriminde olduğu
ġekil 3.13 : Çevrimlerin kapadıkları alanlar
ġekil 3.14 : YığıĢımlı enerjinin göreli kiriĢ uç yerdeğiĢtirmesine bağlı iliĢkisi 3.2 Numune DavranıĢının Ġrdelenmesi
Hidrolik veren hizasında numune düzlemine dik doğrultuda meydana gelen yatay yerdeğiĢtirmenin, düzlem içi yerdeğiĢtirmeye göre değiĢimi deney süresince izlenmiĢ ve
grafik olarak ġekil 3.15 de verilmiĢtir. Deney boyunca 1254 adım kaydedilirken, düzlem dıĢı için 953 adım kaydedilmiĢ ve grafik bu doğrultuda hazırlanmıĢtır. Ġlk iki çevrimde oluĢan en büyük düzlem dıĢı hareket 1 mm düzeyinde olmuĢtur. Deneyin son aĢamasında düzlem içinde gerçekleĢen yerdeğiĢtirme 80 mm düzeyinde iken, oluĢan düzlem dıĢı hareket 7 mm düzeyindedir. Bu düzlem dıĢı hareketin, numunede oluĢan büyük hasarla iliĢkili olduğu açıktır. Deneyin çok büyük bölümünde gerçekleĢen düzlem dıĢı hareket kabul edilebilir düzeyde kalmıĢtır.
ġekil 3.15 : Numune düzlemine dik ve düzlem içi yerdeğiĢtirmeleri arasındaki iliĢki Ana kiriĢ alt ucunun kolon yüzüne göre olan dönmesi ölçülerek ġekil 3.16 da verilmiĢtir. ġekil 3.16 da soldaki grafik birinci itme çevrimi pikindeki durumu, sağdaki grafik ise ikinci çevrim sonundaki durumu göstermektedir. Birinci itme çevrimi pikinde kesit doğrusal davranıĢ gösterirken, ikinci çevrimin çekme yönünde plastik ĢekildeğiĢtirmeler oluĢmuĢtur.
ġekil 3.16 : Ana kiriĢ alt ucunda kaydedilen dönmeler (#23-#28)
Kolon yüzünden 65 mm yukarıdaki kiriĢ kesitinde gerçekleĢtirilen yerdeğiĢtirme okumalarından hareketle belirlenen yük-dönme iliĢkisi ġekil 3.17 de verilmiĢtir. ġekil 3.17 de soldaki grafik birinci çevrim pikindeki durumu, sağdaki grafik ise ikinci çevrim sonundaki durumu göstermektedir. Ġkinci çevrimin itme pikinde bu kesitte önemli plastik ĢekildeğiĢtirme oluĢmaktadır.
ġekil 3.17 : Ana kiriĢ alt ucundan 65 mm yukarıdaki kesitte dönme (#25-#30) Guse uç kesiti hizasındaki kiriĢ kesitinde yapılan yerdeğiĢtirme okumalarından hareketle belirlenen dönme büyüklüğü, ilk iki yerdeğiĢtirme çevrimi için ġekil 3.18 de verilmiĢtir. ġekil 3.18 de soldaki grafik birinci çevrim pikindeki durumu, sağdaki grafik ise ikinci çevrim sonundaki durumu göstermektedir. Her iki çevrimde de kesit doğrusal olmayan biçimde davranmaktadır.
ġekil 3.18 : Guse uç kesiti hizasındaki kiriĢ kesitinde dönme (#26-#31)
Guse ucundan 200 mm yukarıdaki kiriĢ kesitinde yapılan yerdeğiĢtirme okumalarından hareketle belirlenen dönme büyüklüğü, ilk iki yerdeğiĢtirme çevrimi için ġekil 3.19 da verilmiĢtir. Ġkinci çevrimin itme pikinde bu kesitte önemli plastik ĢekildeğiĢtirme oluĢmuĢtur.
ġekil 3.19 : Guse ucundan 200 mm yukarıdaki kiriĢ kesitinde dönme (#27-#32) KiriĢ alt ucunun yükleme doğrultusunda guse plakasına göre olan göreli hareketi ön ve arka cephede ayrı ayrı ölçülmüĢ ve ġekil 3.20 de verilmiĢtir. Ġlk iki itme çevriminde gerçekleĢen en büyük göreli hareket, ön cephede oluĢmuĢ ve yaklaĢık 1.18 mm dir. Yapılan bu iki ölçümde de itmede 100 kN, çekmede ise 200 kN yük seviyesine ulaĢıldığı görülmektedir.
ġekil 3.20 : KiriĢ alt ucunun guse plakasına göre olan göreli hareketi
KiriĢ alt ucunun prekast döĢeme paneline göre olan göreli hareketi ön ve arka cephede ölçülmüĢ ve ġekil 3.21 de verilmiĢtir. Burada solda verilen grafikte, sağdaki grafikten farklı olarak deplasmanın adıma göre olan iliĢkisi verilmiĢtir. Bu Ģekilde farklı verilmesinin nedeni, meydana gelen deplasmanın daha açık bir Ģekilde gösterilmek istenmesidir. Ġlk iki itme çevriminde gerçekleĢen en büyük göreli hareket 2.8 mm düzeyindedir.
ġekil 3.21 : KiriĢ alt ucunun prekast panele göre olan göreli hareketi
Kavrama betonu ile prekast döĢeme paneli arasında gerçekleĢen göreli hareket ön ve arka cepheye yerleĢtirilen PI yerdeğiĢtirme ölçerler ile kaydedilmiĢtir. Ġlk iki yerdeğiĢtirme çevriminde ortaya çıkan en büyük açılma 0.34 mm düzeyindedir. Bu durum ġekil 3.22 de verilmiĢtir. Ayrıca burada arka cephede yer alan PI yerdeğiĢtirme ölçerden sağlıklı sonuçlar alınamadığından sadece ön cephedekinden elde edilen okumalar gösterilmiĢtir.
ġekil 3.22 : Prekast döĢeme paneli ile kavrama betonu arasındaki göreli hareket Yükleme yönünde kolonda meydana gelebilecek hareketi tespit etmek amacıyla sağ mesnet civarında kolon üzerine yerdeğiĢtirme ölçer yerleĢtirilmiĢtir. Deney boyunca alınan veriler kaydedilerek, sisteme etkiyen yatay kuvvetle olan iliĢkisi ġekil 3.23 de verilmiĢtir. Grafikten görüldüğü gibi deney boyunca en fazla 0.8 mm düzeyinde hareket kaydedilmiĢ ve bu yöndeki hareketin çok küçük düzeyde olduğu gözlenmiĢtir.
ġekil 3.23 : Yükleme yönünde numunede oluĢan hareket
Ana kiriĢ yüksekliği boyunca dört farklı seviyede yerleĢik yatay yerdeğiĢtirme ölçerlerden alınan verilerin, tepe yerdeğiĢtirmesine göre normalleĢtirilmiĢ durumu üç
önemli pik için ġekil 3.23 de verilmiĢtir. Birinci ve ikinci çevrimlerin itme pikindeki yerdeğiĢtirme profillerinin birbirine benzediği, ikinci çevrim çekme pikindeki profilin ise onlardan farklı olduğu görülmektedir. Çekme durumundaki yerdeğiĢtirme profili ankastre bir elemana ait ĢekildeğiĢtirme biçimine yakındır.
0 1 0.76 0.42 0.14 0 1 2 3 4 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00
Ye rde ğ iştirm e Ora nı
1 0.72 0.40 0.11 0 1 2 3 4 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00
Ye rde ğ iştirm e Ora nı
-0.04 -0.20 -0.65 -1 0 1 2 3 4 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0
Ye rde ğ iştirm e Ora nı
Birinci Ġtme Piki Ġkinci Çevrim Ġtme Piki Ġkinci Çevrim Çekme Piki ġekil 3.24 : Yatay yerdeğiĢtirme değiĢimi
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 200 400 600 800 Adım K u vve t ( k N ) . -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 200 400 600 800 Adım K u vve t ( k N ) .
Sol Üst Pim Sağ Üst Pim
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 200 400 600 800 Adım K u vve t ( k N ) . 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 200 400 600 800 Adım K u vve t ( k N ) .
Sol Alt Pim Sağ Alt Pim
ġekil 3.25 : Mesnet reaksiyonlarının ölçülmesine yönelik bir deneme
Numunenin deney düzeneğine sabitlenmesi için kullanılan dört adet çelik pim üzerine yapıĢtırılmıĢ ĢekildeğiĢtirme ölçerlerden okunan ĢekildeğiĢtirme ve hesaplanan kesme kuvveti değerleri ilk iki çevrim için ġekil 3.25 de verilmiĢtir. Sol üst ve sol alt pimlerde
okunan ĢekildeğiĢtirme ve karĢı gelen kesme kuvveti değerlerinin küçük olduğu dikkat çekmektedir. ġekil 2.22 de verilen bilgilere göre, deney numunesine etkiyen yatay yükün yaklaĢık yarısı mertebesinde düĢey mesnet reaksiyonları oluĢmaktadır. GeliĢtirilen kesme kuvveti ölçüm sisteminde okunan en büyük değer, sağ alt pimde 35 kN dur. Bu değerin 50 kN düzeyinde olması gerekmektedir. Bu sonuca göre, sol mesnet bölgesinde ölçüm düzeneğinin yeterli doğrulukta çalıĢmadığı, sağ mesnet bölgesinde ise okunan değerlerin beklenen değerlerden yaklaĢık %30 mertebede daha küçük olduğu söylenebilir. Bu farkın muhtemel sebebi, üst pimler altına yerleĢtirilen kurĢun plakaların ezilmesi ve ĢekildeğiĢtirme ölçerlerin konumlarının düĢeyden sapmasıdır.
4. KURAMSAL ÇALIġMA
Bu bölümde, deneysel olarak incelenen numunenin kuramsal çözümlemesi yapılmıĢtır. Bu iĢlem için, DOC2B isimli yazılım [9] kullanılmıĢtır. DOC2B, yük artımı yöntemini kullanarak malzeme ve geometri değiĢimi bakımından doğrusal davranmayan düzlem yapı sistemlerinin çözümlemesinde kullanılmaktadır. Programın mevcut kapasitesi doğrultusunda deney numunesini oluĢturan tüm elemanlar çubuk eleman olarak idealleĢtirilmiĢtir. Sistemin genel görünümü ve geometrisi ġekil 4.1 de yer almaktadır.
ġekil 4.1 : Ġncelenen deney numunesine ait genel geometrik özellikler
Sistemi oluĢturan kolon ve kiriĢ elemanların ağırlık merkezlerinden geçen eksenlere çubuk sonlu elemanlar yerleĢtirilmiĢtir. OluĢturulan matematik model, çubuk ve düğüm noktası numaraları ġekil 4.2 de gösterilmiĢtir. DOC2B için hazırlanan matematik modelde, kolon ve kiriĢ #8 numaralı düğüm noktasında birbirlerine rijit olarak bağlanmaktadır. Uygulanan birleĢim biçiminde davranıĢın bu kabulden bir miktar farklı olabileceği düĢünülmektedir.
Kolonun mafsallı mesnetler ile dıĢ ortama bağlandığı varsayılmıĢtır. Mafsallı mesnetlerden biti yatayda kayıcı olarak oluĢturulmuĢtur. Kolon ve kiriĢin birbirleri
veren yükü, #1 numaralı düğüm noktasına yatay tekil yük olarak etkitilmiĢtir. Kolon öz ağırlığı ilgili elemanlar üzerinde üniform yayılı yük, kiriĢ öz ağırlığı da #1 numaralı düğüm noktasına etkiyen tekil yük olarak dikkate alınmıĢtır.
ġekil 4.2 : Ġncelenen deney numunesine ait matematik model
Numune kesitlerinin malzeme bakımından doğrusal olmayan davranıĢı moment eğrilik iliĢkileri ile ifade edilmiĢtir.
Matematik modelde #1, #2, #3, #4, #5 nolu çubuklar ile temsil edilen ana taĢıyıcı kiriĢin tipik kesiti ġekil 4.3 de verilmiĢtir. Kesit; 35 cm yükseklikli kiriĢ gövdesi, 10 cm kalınlıklı prekast döĢeme paneli ve 3.5 cm kalınlıklı kavrama betonundan oluĢmaktadır. Kavrama betonu içinde yer alan ince boyuna donatıların yeterli kenetlenme boyu olmadığı düĢünülerek eğilme davranıĢına olan katkıları terkedilmiĢtir.
