Moment aktarabilen prefabrike kolon-kiriş birleşimlerinin tersinir yükler etkisindeki performansı

(1)

**KOCAELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ*FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ**

MOMENT AKTARABĠLEN PREFABRĠKE KOLON-KĠRĠġ

BĠRLEġĠMLERĠNĠN TERSĠNĠR YÜKLER ETKĠSĠNDEKĠ

PERFORMANSI

DOKTORA TEZĠ

Y. Müh. Hilal MEYDANLI ATALAY

AnabilimDalı: ĠnĢaat Mühendisliği

DanıĢman: Doç.Dr. ġevket ÖZDEN

(2)

**KOCAELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ*FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ**

MOMENT AKTARABĠLEN PREFABRĠKE KOLON-KĠRĠġ

BĠRLEġĠMLERĠNĠN TERSĠNĠR YÜKLER ETKĠSĠNDEKĠ

PERFORMANSI

DOKTORA TEZĠ

Y. Müh. Hilal MEYDANLI ATALAY

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 27.05.2010

Tezin Savunulduğu Tarih: 18.06.2010

(3)

17 Ağustos 1999 Gölcük depreminde hayatını kaybeden öğretmenlerim, arkadaşlarım, yakınlarım

(4)

i

ÖNSÖZ ve TEġEKKÜR

Dünya nüfusunun artıĢ hızı ve yaĢanılan deprem, sel gibi doğal afetler sonrasında ortaya çıkan yapı talebinin kısa sürede karĢılanması uygulaması pratik, rasyonel etkin bir yapım sistemi olan betonarme prefabrike yapım sistemleri ile daha kolay sağlanabilecektir. Bu kapsamda, prefabrike yapılarda uygulaması pratik moment aktarabilen bir kuru birleĢim detayı geliĢtirilmiĢtir ve bu birleĢim detayının sahip olduğu dayanım, süneklik ve enerji tüketme kapasitesi incelenmiĢtir.

Bu çalıĢmanın konusunun belirlenmesinden son aĢamasına kadar her konuda bilgi ve tecrübelerini, fikirlerini ve desteğini esirgemeyen tez danıĢmanım Doç. Dr. ġevket ÖZDEN’e özellikle danıĢmanlığı ve anlayıĢı için teĢekkürü bir borç bilirim. ÇalıĢmalarım süresince benim için değerli zamanlarını ayıran Sayın Yrd. Doç. Dr. Fuad OKAY ve Doç. Dr. Cem YALÇIN’a değerli önerileri ve eleĢtirileri için teĢekkür ederim. Sayın Prof. Dr. Serap KAHRAMAN ve Doç. Dr. Alper ĠLKĠ’ye yararlı yorumları ve önerileri için teĢekkür ederim.

Doktora tezim için maddi destek sağlayan Kocaeli Ġl Özel Ġdaresi Genel Sekreterliği ile Kocaeli Üniversitesi, Bilimsel AraĢtırmalar ġubesi’ne ve değerli müdürü Sayın Yüksel GÜNAYDIN’a, deneyler için ihtiyaç duyulan mekanik ekipmanların imalinde süratli ve profesyonelce çalıĢan Adak Makine çalıĢanlarına teĢekkür ederim.

Deneysel çalıĢmalarım sırasında bana her konuda yardım eden teknisyenimiz Yıldırım AKBULUT ve Ġbrahim YILMAZ ile, deneyler sırasında test ve ölçü cihazlarının kullanımı konusunda yardım eden ArĢ. Gör. Erkan AKPINAR ve ArĢ.Gör. Abdurrahman ÇUKDAR’a teĢekkür ederim.

ÇalıĢmalarımın her aĢamasında desteğini esirgemeyen arkadaĢlarıma ve özellikle Dr. Onur ERTAġ, Dr. Osman KAYA, Serkan ENGĠN, Erdinç KESKĠN, Onur ÖZTÜRK ve Zeynep ZAĠM’e teĢekkür ederim.

Sayın Dr. Burcu AKÇAY ALDANMAZ’a değerli önerileri, desteği ve özellikle arkadaĢlığı için tüm kalbimle teĢekkür ederim.

Hayatımın ve eğitimimin her anında her kararımda beni destekleyen ve tüm imkânları sağlayan babama, emeğini ve yardımlarını esirgemeyen anneme, sabırları ve destekleri için Hale ve Nevzat’a teĢekkür ederim.

TanıĢtığım günden itibaren her zaman yanımda olduğunu hissettiren, cesaretimi artıran sevgili eĢime, çalıĢmalarım süresince göstermiĢ olduğu sabırdan dolayı güç kaynağım oğlum Rüzgar Ata’ya sonsuz teĢekkür ederim.

(5)

ii ĠÇĠNDEKĠLER ÖNSÖZ ve TEġEKKÜR ... i ĠÇĠNDEKĠLER ... ii ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ... iv TABLOLAR DĠZĠNĠ ... viii SEMBOLLER ... ix ÖZET... xi

ĠNGĠLĠZCE ÖZET ... xii

1. GĠRĠġ ... 1

2. MOMENT AKTARABĠLEN PREFABRĠKE BĠRLEġĠMLERDE OLUġAN DEPREM HASARLARI ... 3

3. MOMENT AKTARABĠLEN BĠRLEġĠMLER ... 8

3.1. Kaynaklı BirleĢimler ... 10

3.2. Bulonlu BirleĢimler ... 15

3.3. Islak BirleĢimler ... 18

3.4. Ard-Germeli BirleĢimler ... 22

4. PREFABRĠKE YAPILARIN TASARIMI ... 40

4.1. Ard-germeli BirleĢimlerin Genel Özellikleri ... 43

4.1.1. Enerji tüketme ... 43

4.1.2. Kesme kuvveti transferi ... 44

4.2. Ard-Germeli BirleĢimlerin Tasarım Kriterleri ... 44

4.3. Ard-Germeli BirleĢimlerin Modellenmesi ... 49

4.3.1. Kesit analizi: Üç-doğrulu idealizasyon ... 49

4.3.2. Lif eleman analizi ... 51

4.3.3. Deney sonuçlarının histeretik parametrelerinin kalibrasyonu ... 53

4.3.4. Sünek birleĢimlerin moment-dönme açısı analizi için monolitik kiriĢ analojisi yöntemi ... 53

5. DENEYSEL ÇALIġMA ... 55 5.1. ÇalıĢmanın Amacı ... 55 5.2. Deney Numuneleri ... 56 5.3. Malzeme Özellikleri ... 58 5.3.1. Beton ... 58 5.3.2. Donatı özellikleri ... 59 5.4. Deney Düzeneği ... 63 5.5. Deney Yöntemi ... 65

5.6. Deney Numuneleri ve BirleĢim Detayları ... 68

5.6.1. Monolitik numune ... 68

5.6.2. Prefabrike numuneler ... 70

6. DENEY SONUÇLARI ... 75

6.1. Monolitik Numune (MONO_0) ... 75

6.2. Ard-Germeli BirleĢimler ... 79

6.2.1. Hibrid numune (HBD_10_0) ... 79

6.2.2. Hibrid numune (HBD_16_0) ... 84

(6)

iii

6.2.4. Hibrid numune (HBD_16_20_C) ... 93

7. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ... 98

7.1. Dayanım ve Göçme Modu ... 98

7.2. Rijitlik Kaybı ... 107

7.3. Enerji Tüketme Kapasitesi ... 108

7.4. Kalıcı Deplasmanlar ... 111

8. ARD-GERMELĠ BĠRLEġĠMLERĠN MODELLENMESĠ ... 114

8.1. Alternatif Modelleme YaklaĢımları ... 114

8.1.1. Çoklu birleĢimli yay modeli (Multi-spring model) ... 115

8.1.2. YığılmıĢ plastik davranıĢ modeli (Lumped plasticity model) ... 116

8.2. Moment-Dönme Açısı Analitik Hesap Yöntemi ... 117

8.3. Prefabrike BirleĢimlerin Analitik ve Deneysel Sonuçların KarĢılaĢtırılması ... 122

8.4. Ard-Germeli Prefabrike BirleĢimlerin Analitik Olarak Modellenmesi ... 125

9. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 133

KAYNAKLAR ... 136

EKLER ... 143

(7)

iv

ġEKĠLLER DĠZĠNĠ

ġekil 2.1: Yetersiz kolon-kiriĢ birleĢim detayı hasarı [5]. ... 3

ġekil 2.2: Kolon tabanlarında beton ezilmesi [7]. ... 4

ġekil 2.3: DüĢey yük kolonlarının göçmesi nedeniyle oluĢan diyafram ... 5

bozulması [7]. ... 5

ġekil 2.4. Bolu’da çok katlı bir yurt binası [12]. ... 6

ġekil 2.5. Moment aktarabilen bağlantı hasarı [12] ... 6

ġekil 3.1: Moment aktarabilen prefabrike yapı sistemi [21]. ... 9

ġekil 3.2: Kayaklı birleĢim detayı [22]. ... 11

ġekil 3.3: Kayaklı birleĢim detayı [26]. ... 12

ġekil 3.4: BirleĢimin yeri [29]. ... 13

ġekil 3.5: Kaynaklı birleĢim detayı [30]. ... 14

ġekil 3.6: Bulonlu birleĢim detayı [4-31]. ... 16

ġekil 3.7: Bulonlu birleĢim detayı [32] ... 16

ġekil 3.8: Bulonlu birleĢim detayı [35] ... 18

ġekil 3.9: Islak birleĢim detayı [21] ... 19

ġekil 3.10: Bağlantı araçları [38] ... 20

ġekil 3.11: Islak bağlantı detayı [35] ... 21

ġekil 3.12: NIST Projesi numune detayı [49] ... 26

ġekil 3.13: PRESSS projesi II. AĢama deney numuneleri [53] ... 29

ġekil 3.14: PRESSS projesi model test yapısı [57]. ... 31

ġekil 3.15: PRESSS projesi birleĢim detayları [57]. ... 32

ġekil 3.16: Ard-germeli numune birleĢim detayı [60]. ... 34

ġekil 3.17: YumuĢak donatı oranı değiĢen ard-germeli numune davranıĢları [60]. .. 35

ġekil 3.18: Sürtünme sönümleyicili prefabrike çerçeve [62]. ... 36

ġekil 3.19: “Brooklyn system” Hibrid birleĢim detayı, a) Suspended, b) Cable-stayed [63]. ... 37

ġekil 3.20: “Enerji tüketme mekanizması” içeren Hibrid birleĢim detayı [64]. ... 38

ġekil 3.21: “Enerji tüketme mekanizması” içeren Hibrid birleĢim detayı [65]. ... 39

ġekil 4.1: Güçlü birleĢim örnekleri [75]. ... 42

ġekil 4.2: Kolon-kiriĢ ara yüzündeki dönme miktarı [77] ... 46

ġekil 4.3: Ard-germeli birleĢimin idealize edilmiĢ moment-dönme davranıĢı [82]. .. 50

ġekil 4.4: a) Kısmi aderanslı ard-germeli kolon-kiriĢ birleĢim detayı, b) Fiber eleman modeli [83] ... 52

ġekil 5.1: Model yapının davranıĢı ve deney numunesinin alındığı yer ... 57

ġekil 5.2: Deney numunesinin boyutları ... 58

ġekil 5.3: Çeliklerde gerilme-birim uzama eğrisinin farklı karbon oranı ile değiĢimi [85] ... 60

ġekil 5.4. 10 donatısının gerilme-birim uzama eğrisi ... 61

ġekil 5.5. 16 donatısının gerilme-birim Uzama eğrisi ... 62

ġekil 5.6: 20 donatısının gerilme-birim uzama eğrisi ... 62

ġekil 5.7: Ard-germe donatısının gerilme-birim uzama eğrisi... 63

ġekil 5.8: Deney düzeneği ... 64

(8)

v

ġekil 5.10: Yükleme Ģablonu ... 68

ġekil 5.11: Monolitik numune kalıp ve donatısı ... 69

ġekil 5.12: Monolitik numune detayı ... 70

ġekil 5.13: Prefabrike elemanların donatı konfigürasyonu ... 71

ġekil 5.14: Prefabrike kolon numunesi kalıbı ... 71

ġekil 5.15: Prefabrike kiriĢ numunesi kalıbı ... 72

ġekil 5.16: Çelik kanal modeli ... 72

ġekil 5.17: Betonarme prefabrike numune birleĢim detayı ... 73

ġekil 5.18: Ard-germe bulonuna strain-gauge yapıĢtırılması ... 73

ġekil 6.1: MONO_0 numunesinin % 0,75 kat ötelenme seviyesindeki hasar dağılımı ... 76

ġekil 6.6: MONO_0 numunesinin yatay yük-kat ötelenmesi davranıĢı ... 78

ġekil 6.7: MONO_0 numunesinin moment-dönme grafiği ... 79

ġekil 6.8: Ani kesit azalması nedeniyle oluĢan kılcal çatlaklar ... 80

ġekil 6.9: HBD_10_0 numunesinin % 0,75 kat ötelenme seviyesindeki hasar dağılımı. ... 81

ġekil 6.10: HBD_10_0 numunesinin % 1,40 kat ötelenme seviyesindeki hasar dağılımı ... 81

ġekil 6.13: HBD_10_0 numunesinin yatay yük-kat ötelenmesi davranıĢı ... 83

ġekil 6.14: HBD_10_0 numunesinin moment-dönme grafiği ... 84

ġekil 6.16 :HBD_16_0 numunesinin % 1,40 kat ötelenme seviyesindeki hasar dağılımı ... 85

ġekil 6.22: HBD_16_20 numunesinin görünümü. ... 89

(9)

vi

ġekil 6.25: HBD_16_20 numunesinin % 3,50 kat ötelenme seviyesindeki

hasar dağılımı ... 91

ġekil 6.29: HBD_16_20_C numunesinin görünümü. ... 94

ġekil 6.30: HBD_16_20_C numunesinin % 0,75 kat ötelenme seviyesindeki hasar dağılımı. ... 94

ġekil 6.31: HBD_16_20_C numunesinin % 1,40 kat ötelenme seviyesindeki hasar dağılımı ... 95

ġekil 6.35: HBD_16_20_C numunesinin yatay yük-kat ötelenmesi davranıĢı ... 97

ġekil 6.36: HBD_16_20_C numunesinin moment-dönme grafiği ... 97

ġekil 7.1: Monolitik numune hasar dağılımı ... 99

ġekil 7.2: HBD_10_0 numunesi hasar dağılımı ... 99

ġekil 7.5: HBD_16_20_C numunesi hasar dağılımı ... 101

ġekil 7.6: Deney elemanlarının Yatay Yük- Kat Ötelenme oranı zarf eğrileri ... 106

ġekil 7.7: Rijitlik ve düzeltilmiĢ enerji oranının tanımı ... 107

ġekil 7.8: BirleĢim numunelerindeki rijitlik kaybı ... 108

ġekil 7.9: Enerji tüketim kapasitesi, (%) ... 109

ġekil 7.10: Sönüm hesabı için kullanılan histeretik alan [88] . ... 110

ġekil 7.11: EĢdeğer viskoz sönüm oranı değiĢimi eĢd (%) ... 111

ġekil 7.12: Kalıcı deplasmanların karakteristiği [82] ... 112

ġekil 7.13: Kalıcı deplasmanlar ... 113

ġekil 7.14: Kalıcı deplasman oranı ... 113

ġekil 8.1: Çoklu birleĢimli yay modelleme [92] ... 115

ġekil 8.2: YığılmıĢ plastik davranıĢ modeli [5] ... 116

ġekil 8.3: Hibrid sistemler için idealize edilmiĢ histeretik eğri [5]... 117

ġekil 8.4: BirleĢim davranıĢının Ģematik gösterimi [80] ... 118

ġekil 8.5: Moment-dönme açısı davranıĢının hesap algoritması [5] ... 118

ġekil 8.6: Moment-dönme açısı davranıĢının hesap algoritması [5] ... 118

ġekil 8.7: YumuĢak donatı için Gerilme-Birim Deformasyon kabülü ... 120

ġekil 8.8: Ard-germe donatısı için Gerilme-Birim Deformasyon kabülü ... 120

ġekil 8.9: Beton için kabul edilen Gerilme-Birim Deformasyon eğrisi ... 120

ġekil 8.10: HBD_10_0 numunesi için deneysel ve analitik moment-dönme açısı karĢılaĢtırması ... 123

(10)

vii

ġekil 8.13: HBD_16_20_C numunesi için deneysel ve analitik moment-dönme

açısı karĢılaĢtırması ... 124

ġekil 8.14: Analitik model ... 125

ġekil 8.15: Prefabrike birleĢimlerde Ard-germe (PT) ve YumuĢak Donatının (MS) katkısı ... 126

ġekil 8.16: Prefabrike elemanların Moment-Eğrilik iliĢkisi ... 127

ġekil 8.17: Kullanılan histeretik döngü modelleri ... 127

ġekil 8.18: HBD_10_0 numunesinin moment-dönme davranıĢı ... 128

ġekil 8.21: HBD_16_20_C numunesinin moment-dönme davranıĢı ... 129

(11)

viii

TABLOLAR DĠZĠNĠ

Tablo 3.1: NIST numune özellikleri [46] ... 27

Tablo 4.1: YumuĢak donatı serbest boy uzunluğu ... 47

Tablo 4.2: Ard-germeli birleĢim tasarımında uygunluk kriterleri [77, 80, 81 nuaralı referanslardan uyarlanmıĢtır] ... 49

Tablo 5.1: Beton karıĢım oranları. ... 59

Tablo 5.2: Dolgu harcı karıĢım oranları ... 59

Tablo 5.3: Donatı çeliği özellikleri ... 61

Tablo 5.4: Deplasman ölçerlerin yerleĢim yeri ve amacı ... 66

Tablo 5.4: Deplasman ölçerlerin yerleĢim yeri ve amacı (devamı) ... 67

Tablo 5.5: Deney numunelerinin karakteristik özellikleri ... 69

Tablo 7.1: MONO_0 numunesi maksimum değerleri... 102

Tablo 7.2: HBD_10_0 numunesi maksimum değerleri ... 103

Tablo 7.5: HBD_16_20_C numunesi maksimum değerleri ... 105

Tablo 8.1: Moment-dönme açısı analizinde iĢlem adımları [5, 77, 79, 80 nolu referanslardan uyarlanmıĢtır] ... 121

(12)

ix

SEMBOLLER

Ah : Histeretik döngü alanı

Apt : Ard-germe donatısı etkin toplam alanı

As : Çekme bölgesindeki yumuĢak donatı alanı

A's : Basınç bölgesindeki yumuĢak donatı alanı

b : BirleĢim geniĢliği

C : BirleĢimde olası eğilme dayanımı etkimesi halindeki basınç

kuvveti

c : Basınç bloğunun yüksekliği

d : KiriĢ faydalı derinliği

db : YumuĢak donatı çapı

dmax : Maksimum deplasman

d’ : Pas payı

Es : Çeliğin elastisite modülü

E1,2 : Maksimum yük veya moment

f’c : Beton basınç dayanımı

fpt : Ard-germe donatısında oluĢan gerilme

fptu : Ard-germe donatısında oluĢan maksimum gerilme

fy : Çeliğin akma dayanımı

fu : Çeliğin maksimum dayanımı

h : KiriĢin yüksekliği

Lcant : Konsol elemanın boyu

Ln : KiriĢ net açıklığı

lp : Plastik mafsal boyu

lun : YumuĢak donatıdaki aderansız boy

Lun : Ard-germe donatısındaki aderansız boy

Mc : BirleĢim moment kapasitesi

Mc1, Mc2 : KiriĢ uçlarında oluĢan eğilme momenti

Mms : BirleĢim bölgesinde yumuĢak donatı tarafından taĢınan

moment

Mpt : BirleĢim bölgesinde ard-germe donatısı tarafından taĢınan

moment

Mr : BirleĢim bölgesinde oluĢan moment

N : Eksenel yük

rmax : Maksimum kalıcı deplasman

VD : Ölü yüklerden oluĢan kesme kuvveti

VL : Haraketli yüklerden oluĢan kesme kuvveti

Vu : KiriĢ veya birleĢimde oluĢan maksimum kesme kuvveti

αb : Aderans bozulması katsayısı

: Enerji tüketme kapasitesi

1 : Dikdörtgen basınç bloğu katsayısı (ACI 318)

∆bv : KiriĢ uç deplasmanı

(13)

x

∆ct : Kolon tepe deplasmanı

∆net : Net tepe deplasmanı

∆ms : YumuĢak donatıdaki uzama miktarı

∆pt : Ard-germe donatısındaki uzama miktarı

t) : Yatay yükleme kuvveti

εc : Betonun birim boy uzaması

εpi : Ard-germe donatısındaki baĢlangıç uzaması

εpt : Ard-germe donatısı birim uzaması

εr : Kopma uzaması

εsf : YumuĢak donatıda hesaplanan birim boy uzaması

εsh : Çeliğin pekleĢmeye baĢladığı noktadaki birim boy uzaması

εsi : YumuĢak donatıda kabul edilen birim boy uzaması

εsu : Çeliğin çekme dayanımındaki birim boy uzamasının yüzde

90’ı

εu : Çeliğin çekme dayanımındaki birim boy uzaması

εy : Çeliğin akma seviyesindeki birim boy uzaması

: Azaltma Faktörü

f : Sürtünme katsayısı (beton-beton)

: Yer değiĢtirme sünekliği : Çerçeve dönme açısı

c : BirleĢim dönme açısı

1,2 : Maksimum yerdeğiĢtirme

(14)

xi

MOMENT AKTARABĠLEN PREFABRĠKE KOLON-KĠRĠġ

BĠRLEġĠMLERĠNĠN TERSĠNĠR YÜKLER ETKĠSĠNDEKĠ PERFORMANSI Hilal MEYDANLI ATALAY

Anahtar Kelimeler: Prefabrike yapılar, moment aktaran birleĢimler, ard-germe

bulonu, yay çeliği

Özet: Prefabrike yapıların performansının büyük ölçüde kolon-kiriĢ birleĢimlerinin

davranıĢından etkilendiği bilinmektedir. Bu çalıĢmada geleneksel ard-germe tendonu kullanımına alternatif olarak yüksek akma dayanımlı yay çeliği ile üretilen ard-germe bulonlarının kullanıldığı, moment aktarabilen yeni bir prefabrike kolon-kiriĢ birleĢim detayı geliĢtirilmiĢtir. Bu amaçla, geliĢtirilen birleĢim detayının performansının incelendiği deneysel bir çalıĢma ile bu birleĢim detayının moment-dönme kapasitesinin hesaplandığı analitik çalıĢmalar yürütülmüĢtür. Deneysel kısımda moment aktarabilen prefabrike birleĢim numuneleri ve depreme dayanıklı olarak tasarlanmıĢ monolitik referans numunesi tersinir yükler altında test edilmiĢtir.

BirleĢim bölgesindeki yumuĢak donatının eğilme moment kapasitesine katkısı ve ard-germe bulonlarına uygulanan önard-germe kuvveti test değiĢkeni olarak belirlenmiĢtir.

Prefabrike birleĢimlerin moment kapasitesi, rijitliği, enerji tüketme kapasitesi ve kalıcı deplasman performansları monolitik birleĢim ile karĢılaĢtırılmıĢtır. Tamamlanan çalıĢmalar ard-germe bulonları ve yumuĢak donatı ile birlikte kısa konsol kullanılan birleĢim detayının üstün performans özeliklerine sahip olduğunu göstermiĢtir. Bunun yanında, geliĢtiren birleĢim detayının moment-dönme davranıĢının modellendiği bir analitik yöntem uygulanmıĢ, analitik ile deneysel sonuçların uyumlu olduğu ve önerilen yöntemin kullanılabilirliği de belirtilmiĢtir.

(15)

xii

PERFORMANCE OF PRECAST CONCRETE BEAM-COLUMN CONNECTIONS SUBJECTED TO REVERSED CYCLIC LOADS

Hilal MEYDANLI ATALAY

Keywords: Precast structures, moment-resisting connection, post-tensioning bolt,

spring steel

Abstract: It is known that the performance of precast concrete structures is highly

influenced by the behavior of beam–to-column connections. In this study, a new moment resisting precast beam-column connection detail with post-tensioning bolts out of high yield strength spring steel is investigated as an alternative to the traditional precast connections. For this purpose, an experimental study was conducted to investigate the performance of the developed connection detail along with an analytical study to estimate the moment rotation capacity of the connection. In the experimental part, moment resisting precast connection specimens and an aseismic monolithic reference specimen were tested under reverse cycling loads. The contribution of mild steel in the connection region to the flexural moment capacity and the initial pre-stressing force applied on post-tensioning bolt were the main test variables.

The moment capacity, stiffness, energy dissipation capacity and the residual displacement performance of the precast connections were compared with those of the monolithic connection. The conducted studies shows that the connection detail which contains steel corbel along with post-tensioning bolt and mild steel has superior performance properties. In addition, the analytic method for modeling moment rotation behavior of the developed connection detail is yielding very close results. It was documented that the analytic and experimental results were consistent, and the proposed method is functional.

(16)

1

1. GĠRĠġ

Kalite kavramı ve özellikle yapım süresi göz önüne alındığında prefabrike yapım sistemleri oldukça avantajlıdır. BaĢta endüstri yapıları olmak üzere, otopark yapıları, ticaret merkezleri, kültür merkezi, otel, yurt, apartman ve köprüler gibi hemen hemen tüm yapı tipleri bu sistem ile inĢa edilebilmektedir [1].

Prefabrike yapı sistemlerinin, inĢaat süresini kısaltması, iklim koĢullarından etkilenmeme, fabrikasyon nedeniyle kalite kontrolünün daha iyi yapılabilmesi faydaları arasında sıralanabilir. Diğer yandan bu yapı sisteminde üretim, taĢıma ve montaj sırasında kullanım aĢamalarında iĢlevsel ve estetik bazı eksiklikleri mevcuttur. Prefabrike yapılar için duyulan en büyük endiĢe, deprem dayanımına yöneliktir [2].

Prefabrike sistemlerin yapısal performansı yani dayanım, rijitlik, süneklik ve uygulanabilirlik karakteristiği, genellikle elemanların bir araya getirildiği birleĢim bölgelerinin davranıĢı tarafından kontrol edilmektedir [2]. GeçmiĢ yıllarda prefabrike birleĢimlerin deprem davranıĢına yönelik yapılan çalıĢmaların ve bu çalıĢmalardan elde edilen verilerin yetersizliği, sektörde kullanılan birleĢim detaylarının yetersizliği gibi sebepler ile prefabrike yapılar ile ilgili önemli sınırlamaların depreme dayanıklı yapı tasarımı yönetmeliklerinde belirtilmesine neden olmuĢtur [3].

Depremselliği yüksek olan bölgelerde, elemanların sürekliliği moment aktarabilen birleĢimlerin kullanıldığı çerçeveler ile sağlanmalıdır. Depreme dayanıklı yapı tasarımı yönetmeliklerinde, prefabrike yapı çerçevelerinin moment aktarabilen tüm bağlantıların deprem etkisi ile oluĢan tersinir ve yinelenir yükler altında monolitik davranıĢa benzer dayanım ve sünekliğe sahip olduklarının, deneysel ve analitik yöntemlerle kanıtlanması zorunlu tutulmaktadır. BirleĢimler, bağlanan elemanlardan aktarılan iç kuvvetleri, dayanım ve süneklikte herhangi bir kayıp olmaksızın aktarabilecek dayanıma sahip olmalıdır [3].

(17)

2

Prefabrike yapılar deprem bölgelerinde tasarlanırken rijitlik, dayanım, süneklik ve enerji yutma gereksinimine ve özellikle birleĢim detaylarına daha özel önem verilmelidir. Çünkü birleĢimin görevi yükleri aktarmakla birlikte sürekliliği sağlamak ve monolitik davranıĢa benzer davranıĢ oluĢturmaktır. YaĢanılan depremlerde, prefabrike yapılarda oluĢan hasarların çoğunlukla yetersiz tasarım ve imalat sebebi ile birleĢimlerde oluĢtuğu ve birleĢimin performansının yapının toplam performansını etkilediği gözlenmiĢtir. BirleĢimler, prefabrike yapıların en önemli öğeleri olduğu için bu yapılara yönelik çalıĢmalar genellikle birleĢim bölgelerinin performansının arttırılması maksadı ile yapılmıĢtır.

Dünya nüfusunun artıĢ hızına paralel olarak son yıllarda büyük Ģehirlerde barınma, üretim ve tüketim gereksinimleri artmıĢ, bu durum konut talebini arttırmıĢtır. Ayrıca yaĢanılan deprem, sel gibi doğal afetler sonrasında ortaya çıkan yapı talebini kısa sürede karĢılayacak pratik yöntemlere ihtiyaç duyulmuĢtur. Ancak geleneksel yöntemler ile yapılan inĢaatlar bu yapılaĢma hızına yetiĢemez duruma gelmiĢtir. Sektörün bu hız potansiyeline cevap verebilmesi, geleneksel üretim sistemleri yerine her an kendini yenileyen ve geliĢtiren, uygulaması pratik, rasyonel etkin bir yapım sistemi olan betonarme prefabrike yapım sistemi ile daha kolay sağlanabilecektir. Bu çalıĢmada, betonarme prefabrike yapıların deprem performansını artırabilmek amacıyla moment aktarabilen bir kuru birleĢim detayı geliĢtirilmiĢtir. BirleĢim detayının;

Mimari değiĢikliklere imkan sağlayabilme, Ekonomik ve yüksek kalitede yerinde üretim, Yüksek imalat hızı,

Yeterli dayanım, süneklik ve enerji tüketme kapasitesi,

Tekrarlı yükler etkisinde düĢük rijitlik azalması taleplerini karĢılaması amaçlanmıĢtır

(18)

3

2. MOMENT AKTARABĠLEN PREFABRĠKE BĠRLEġĠMLERDE OLUġAN DEPREM HASARLARI

1960’lı yılların öncesinde yaĢanılan büyük depremler ile ilgili raporlarda prefabrike yapıların performansı konusunda yeterli bilgi bulunmamaktadır. Bunun en önemli sebebi olarak deprem bölgelerinde uygulanan prefabrike yapı sayısının bu döneme kadar oldukça sınırlı kalmıĢ olması gösterilebilir. 1964 yılında yaĢanılan Alaska depremi sonrasında prefabrike yapı sistemlerinde oluĢan hasarlara kolon-kiriĢ birleĢimlerinin sebep olduğu, prefabrike yapı elemanlarında ise hasarın minimum seviyede veya hiç olmadığı gözlenmiĢtir. 1971 yılında yaĢanan San Fernando depreminde prefabrike yapılarda oluĢan hasarların yine birleĢim bölgelerinden kaynaklandığı gözlenmiĢtir [4]. Prefabrike yapılarda gözlenen hasarların genel olarak değerlendirilmesinden yetersiz diyafram hareketinin, zayıf düğüm ve birleĢim detaylarının, yapısal olmayan elemanların taĢıyıcı sistem ile yetersiz ayrılmasının, yapılar arasındaki yetersiz derz boĢluğunun ana hasar sebepleri olduğu görülmektedir. Prefabrike sistem olarak tasarlanmıĢ bir üniversite binasında, moment aktarabilen birleĢimlerin 1976 Tangshan depreminde aldığı büyük hasar ġekil 2.1’de gösterilmektedir [5].

(19)

4

1994 Northridge depreminde prefabrike sistem olarak inĢa edilmiĢ olan çok sayıda otopark yapısı büyük hasar görmüĢtür. Bu hasarların nedenlerinin, yapıların geniĢ açıklıklı olmaları, kolon-kiriĢ birleĢim detayı yetersizliği, derin kiriĢ kullanımı, eriĢim merdiven ve rampalarının neden olduğu kısa kolon davranıĢı ve eksantrik yerleĢtirilmiĢ eriĢim merdiveni ve rampalarının oluĢturduğu eksantrik burulma olduğu raporlarda yer almaktadır [6]. Söz konusu yapılarda, dıĢ çerçeveler yatay yük taĢıma sistemi olarak, iç çerçeveler ise düĢey yük taĢıma sistemi olarak tasarlanmıĢtır. Yatay yük taĢıyıcı sisteminin yerinde dökme kolon-prefabrike kiriĢ bağlantılarının moment aktarabilen düğüm detayları ile yapılmıĢ çerçevelerden, düĢey yük taĢıyıcı sisteminin ise kolon-kiriĢ birleĢimleri mafsallı olan çerçevelerden oluĢturulduğu raporlardan anlaĢılmaktadır. Sadece sürtünme ile kesme kuvvetinin aktarıldığı bu mafsallı iç çerçevelerde, kiriĢler mesnetlerinden koparak düĢmüĢ ve yapıda ileri derecede hasar oluĢmuĢtur. Yetersiz bağlantı detaylarına sahip iç kolonlarda da kısmen göçmeler olmuĢtur (ġekil 2.2). Ġç kısımdaki çerçevelerin göçmesi sonucu dıĢ çerçeve de içeri doğru eğilmiĢtir (ġekil 2.3). KiriĢlerin bağlantısından kopmasında, mesnet bağlantısının yetersizliği, oturma boyunun kısa olması ve depremin düĢey yer ivmesi etkili olmuĢtur [7].

1995 Kobe depreminde ise az sayıdaki prefabrike duvar sistemleri ile inĢa edilmiĢ olan apartman yapılarında, duvarların her iki doğrultuda olması ve yeterli perde alanını sağlaması nedeniyle hasar gözlenmemiĢtir [8].

(20)

5

ġekil 2.3: DüĢey yük kolonlarının göçmesi nedeniyle oluĢan diyafram bozulması [7].

Türkiye, dünyadaki en aktif fay bölgelerinin birinde bulunması sebebiyle sıklıkla yıkıcı depremlere maruz kalmıĢtır [9-10]. Türk topraklarının %92’si, toplam nüfusun % 95’i ve tüm sanayinin % 98’i sismik olarak aktif bölgede yer almaktadır [9]. Deprem riski etkisindeki çoğu sanayi tesisi mafsal bağlantılı kolon-kiriĢ birleĢimlerinden oluĢan tek katlı yapılardır [9]. Özellikle 1999 Kocaeli ve Düzce depremi sonrası önemli oranda prefabrike yapı, kolon kiriĢ bağlantı detayının baĢarısızlığı sonucu hasar görmüĢtür [11-12]. Bu da, görülen deprem hasarlarında asıl problemin birleĢimlerin yetersiz dayanımı ve düĢük enerji yutma kapasitesinin olduğunu göstermektedir [13].

Kolon-kiriĢ bağlantıları moment aktarabilen birleĢimlerden oluĢan prefabrike yapı sistemleri ile inĢa edilmiĢ olan binalar ülkemizde çoğunlukla okul, iĢyeri ve yurt olarak kullanılmaktadır. KiriĢlerin kolonlara bağlantıları, genellikle kolon-kiriĢ düğüm noktalarına bitiĢiktir ve moment aktarımı, kiriĢ alt yüzünde plakanın plakaya kaynaklanması ile, kiriĢ üst yüzünde ise kolonlardan çıkan filizlerin kiriĢ boyuna donatısı ile ek yapılması, kaynaklanması veya ıslak birleĢim ve ilave mesnet donatısı kullanılması ile sağlanmaya çalıĢılmıĢtır. Kocaeli ve Düzce depremi sonrası yapılan saha incelemelerinde bu bağlantı detayına sahip çok katlı prefabrike yapıların hiçbirinde göçme olmamıĢtır (ġekil 2.4).

(21)

6

ġekil 2.4. Bolu’da çok katlı bir yurt binası [12].

ġekil 2.5. Moment aktarabilen bağlantı hasarı [12]

Ancak düğüm bölgeleri moment aktarabilen bazı prefabrike yapılarda ġekil 2.5’de gösterildiği gibi özellikle kolon-kiriĢ birleĢim bölgesinde belirgin hasar gözlenmiĢtir. Bu hasarlar ve nedenleri aĢağıdaki gibi sıralanabilir:

Bazı binalarda kolon tabanında plastik mafsallaĢma izlenimi veren çatlama ve ezilmelerin gözlenmesi,

Deprem yükünün tersindiğinin dikkate alınmadığında kiriĢin alt donatısının sürekliliğinin ya sağlanmamıĢ ya da yetersiz sağlanmıĢ olması,

(22)

7

Kaynaklı birleĢimlerde plaka boylarının yetersiz kalması,

Üstte kiriĢ donatısının kolondan gelen filizlere bindirmeli olarak eklendikten sonra yerinde dökme betonla oluĢturulan ıslak birleĢim detaylarında bindime boyunun yetersiz kalması,

Bağlantıların kolon yüzeyinde yapıldığı durumda, bu durumun zayıflık oluĢturması,

Bağlantı performanslarının sağlıklı davranmaması neticesinde yanal ötelenmelerin artması ve taĢıyıcı olmayan dolgu duvarlarda önemli hasarın oluĢması [14].

(23)

8

3. MOMENT AKTARABĠLEN BĠRLEġĠMLER

EndüstrileĢme hareketinin baĢlaması ile yaygın olarak kullanılmaya baĢlayan prefabrike yapı sistemleri uzun yıllar tek katlı, basit birleĢimli yapılar ile sınırlı kalmıĢtır. Çok katlı prefabrike yapıları inĢa edebilmek için ise moment aktarabilen çerçeve sistemler tercih edilmektedir [2]. Deprem bölgelerinde inĢa edilecek bağlantıları mafsallı prefabrike sistemlere deprem yüklerinin tamamının yerinde dökme betonarme duvarlar ile taĢınması koĢuluyla izin verilmektedir. Moment aktarabilen çerçeve sistemlere ise, tüm bağlantıların deprem etkisiyle oluĢan tersinir tekrarlı yükler etkisinde monolitik davranıĢa eĢdeğer dayanım ve sünekliğe sahip olmaları koĢuluyla izin verilmektedir [15].

Prefabrike yapıların birleĢimlerinden kaynaklanan deprem dayanımı yetersizliği, yapı alanında çalıĢan akademisyenler için birçok ülkede ilgi ve araĢtırma konusu olmuĢtur [16]. Söz konusu çalıĢmalarda incelenen prefabrike moment aktarabilen birleĢim detayları üç kategoride gruplanabilir,

En yaygın birleĢim Ģekli prefabrike elemanlar arasında veya prefabrike eleman yerinde dökme beton eleman arasında oluĢturulan ıslak birleĢim detayıdır. Donatı genellikle bindirme boyu veya spiral etriye ile birleĢtirilir, bazı durumlarda ise çok az kaynak ve bulon içerir. [17].

Prefabrike elemanların imalatı sırasında kiriĢin alt ve üst yüzüne yerleĢtirilmiĢ olan çelik plaka ve çubukların kolonda yer alan benzer plakalara kaynaklanması ile oluĢturulan birleĢimlerdir. Zaman zaman prefabrike elemanların birleĢtirilmesinde bulonlar kullanılmasına rağmen genellikle kaynak kullanılarak kuru birleĢim oluĢturulur [18].

Prefabrike elemanlarının ard germe donatısı ile bağlanması ile oluĢturulan ard-germeli birleĢimlerdir. KiriĢ merkezine yerleĢtirilen ard-germe donatısı ile dayanım sağlanırken, kiriĢin alt ve üstüne yerleĢtirilen yumuĢak donatı ile enerji

(24)

9

yutma sağlanmaktadır. Bu birleĢim türü hibrid birleĢim özel adını taĢımaktadır [19].

Prefabrike birleĢimler ile ilgili daha önce yapılan ça1ıĢmaların özet tablosu Ek-A’da verilmiĢtir. 1982 yılında Martin ve Korkosz, hazırlamıĢ oldukları raporda prefabrike yapı endüstrisinde uygulanan yaklaĢık yüz adet birleĢim detayını kullanım, basitlik ve dayanım açılarından değerlendirmiĢlerdir [20]. Bu değerlendirmeler, kolon-temel, kolon-kolon, kolon-kiriĢ, döĢeme kiriĢ, kiriĢ-aĢık, kiriĢ-kiriĢ, döĢeme-döĢeme, duvar-temel, döĢeme-duvar, kiriĢ-duvar ve duvar-duvar birleĢim detay tiplerini içermektedir [20]. Moment aktarabilen prefabrike sistemlerde olası birleĢim yerleri ġekil 3.1 de gösterilmiĢtir [21].

ġekil 3.1: Moment aktarabilen prefabrike yapı sistemi [21].

Prefabrike elemanların birleĢim detayları ile ilgili yapılan çalıĢmalarda moment aktarabilen sistemlerde uygulanabilecek yeterli dayanım ve sünekliğe sahip kolon-kiriĢ birleĢim detayının geliĢtirilmesi amaçlanmıĢ ve bu kapsamda birleĢim detayının belirlenmesi ve tasarımları aĢağıdaki kriterleri sağlayacak Ģekilde yapılmaktadır;

(25)

10

Plastik mafsal mekanizmasının kiriĢte oluĢması tercih edilmekte, kolonlar genel olarak kolon mafsallaĢmasından kaçınmak amacıyla daha güçlü olacak Ģekilde tasarlanmaktadır. Düğümün dayanımı kiriĢin dayanımından küçük olmamalıdır. Çünkü kuvvetli kolon-zayıf kiriĢ tasarımı varsayılmalıdır.

Elastik ötesi yük tekrarlarında plastik mafsal bölgesinde oluĢacak dönmelerin birleĢimin bütünlüğü ve dayanımına olumsuz etkisi olmamalıdır.

Tekrarlı yükler etkisinde birleĢimin rijitlik, süneklik ve enerji yutma kapasitesi bakımından davranıĢı monolitik birleĢim ile benzer olmalıdır.

Prefabrike elemanların birleĢtirilmesi yöntemi çok fazla yapım zorlukları içermemeli ve hızlı ve pratik olmalıdır.

Pahalı birleĢim teçhizatı içermemelidir [21].

3.1. Kaynaklı BirleĢimler

Pillai ve Kirk moment aktarabilen 11 adet dıĢ kolon-kiriĢ birleĢim detayını test etmiĢlerdir. Bu numunelerin ikisi referans amaçlı monolitik diğerleri ise tüm yüklerin kolon kiriĢ ara yüzünde kaynaklı birleĢimle aktarılacağı varsayımıyla tasarlanan prefabrike kaynaklı birleĢimlerdir (ġekil 3.2) [22]. BirleĢimde üst yüzde çekme oluĢturan negatif moment üstteki sürekli boy donatı ve kolon içine ankrajlı donatı ile taĢınmaktadır. Negatif momenti ise kolon içine gömülü plaka ve kiriĢe gömülü plaka arasındaki kaynaklı yüzey aracılığıyla aktarılmaktadır. DüĢey yan (alın) kaynaklar ile kiriĢ köĢebenti ve kolon plakası arasındaki yan kaynak ile de kesme kuvvetlerinin transfer edilmesi amaçlanmaktadır. Tekrarlı yük etkisinde kiriĢ birleĢim çevresinde alt ve üst kenarlarından eğilme çatlakları baĢlayarak geliĢir ve sonunda bu çatlaklar kiriĢin tamamında düĢey olarak birleĢir. Bu nedenle çatlak sonrası kesme donatısı diyagonal çekme yerine kesme sürtünmesi yaklaĢımına dayanarak tasarlanmalıdır. Böylece yatay U-Ģekilli çubuk, birleĢim yanındaki kiriĢte düĢey çatlak boyunca kaymanın oluĢturduğu kesme göçmesine karĢı yardım sağlamaktadır. Deney değiĢkeni kesme açıklığıdır ve numuneler tekrarlı yük etkisinde test edilmiĢtir. Deney elemanlarında kiriĢin basınç bölgesinin bozulması genellikle göçmeye neden olmuĢtur. Numunelerde daha fazla basınç donatısı ile depreme dayanıklı yapı tasarımı olarak davranıĢın geliĢmesi beklenebilir. Numuneler iyi bir enerji yutma karakteristiği göstermiĢtir. Yapılan bu çalıĢma, kaynaklı birleĢimlerin bazı

(26)

11

durumlarda monolitik birleĢim kadar iyi davrandığını ve yeterli sünekliğe sahip olduğunu, plastik mafsalın kiriĢte meydana gelmesi için yeterli olduğunu göstermiĢtir. Ancak bazı numunelerde kaynak kırılması ile göçme oluĢmuĢtur [22].

ġekil 3.2: Kayaklı birleĢim detayı [22].

Bir diğer benzer çalıĢmada Bhatt ve Kirk, Pillai ve Kirk numunelerinde kiriĢ donatıları ve kolon plakası arasındaki kaynak kırılmasını engellemek için modifiye ettikleri birleĢim detayını test etmiĢlerdir [23]. Ġki numune dıĢ kolon-kiriĢ birleĢimi, iki numune iç kolon-kiriĢ birleĢimi olmak üzere dört numune test edilmiĢtir. Kolon ankrajı ve kolon plakası arasındaki kaynak boyunu artırabilmek için kolon plakası T kesitli kolon plakası ile değiĢtirilmiĢtir. Modifiye edilen numuneler kaynak kırılması olmadan sünek davranıĢ göstermiĢlerdir. Deney sonuna kadar kiriĢlerde hiç hasar oluĢmamıĢtır [23].

Yaygın olarak kullanılan birleĢim detaylarının performansının incelenmesi amacıyla basit ve moment aktarabilen birleĢim detayları Dolan ve diğ. tarafından test edilmiĢtir [24]. Basit birleĢimler kesme ve eksenel yükleri karĢılamak ve aktarmak için tasarlanmıĢtır. Moment aktarabilen birleĢimler ise etkiyen yatay yüklere karĢı prefabrike yapılarda yeterli dayanımı sağlamanın yanında çerçevenin yatay ötelenmesini sınırlayacak ve yeterli rijitlik sağlayacak Ģekilde tasarlanmıĢtır. GeliĢtirilen kaynaklı birleĢimde boy donatılara kaynaklı çelik plakalar kiriĢ köĢelerinde ve kolonda beton dökümü sırasında yerleĢtirilmiĢ daha sonra bu plakaların kaynaklanması ile birleĢim oluĢturulmuĢtur. Test numunelerinde donatı çubuğu hiç uzamadan kaynak bitiminden kırılmıĢtır. Yeterli sünekliğin sağlanması

(27)

12

için kaynaklanabilir donatı ve uygun kaynak malzemesi kullanımı önemlidir. Bazı kaynak plakası tasarımları kaynak kırılmadan önce plaka akacağı öngörülerek yapılabilir. Yüksek dayanımlı plaka çeliği kullanımında kaynağın plaka akmadan kırılmasına neden olabilir. Sünek göçme beklenirken bazen gevrek davranıĢ gözlenebilir [24]. Yüksek kaynak kalitesi bileĢimin dayanım ve sünekliğini geliĢtirir. Süneklik kiriĢin altında genel kaynak yapılması yerine köĢebent kenarları boyunca kaynaklanması ile daha fazla artırılmaktadır [25].

Kaynaklı prefabrike birleĢimlerle ilgili bir diğer çalıĢma, Seckin ve Fu [26] tarafından yapılmıĢtır. Depreme dayanıklı moment aktarabilen prefabrike çerçevelerde sünek bir birleĢim detayı geliĢtirmek için yapılan çalıĢmada biri monolitik, diğerleri prefabrike olmak üzere dört adet iç kolon-kiriĢ birleĢim detayı test edilmiĢtir. BirleĢim, kolon ve kiriĢe beton dökümü sırasında gömülen plakaların daha sonra kaynaklanması ile oluĢturulmuĢtur (ġekil 3.3). Eğilme plakaları kiriĢin altına ve üstüne, kesme plakaları kiriĢin düĢey olarak yan yüzünün ortasına yerleĢtirilmiĢtir. KiriĢteki eğilme donatıları eğilme plakasına kaynaklanarak süreklilik sağlanmıĢtır. BirleĢim detayı tüm kuvvetlerin kolon kiriĢ ara yüzünde aktarılmasını sağlayacak Ģekilde tasarlanmıĢtır.

(28)

13

Ocsh ve Ehsani geliĢtirdikleri birleĢimde plastik mafsal bölgesinin yerini değiĢken olarak incelemiĢlerdir [27]. Plastik mafsal bölgesinin kolon yüzünden uzağa taĢınması ile yeterli süneklik ve dayanım sağlanabilmiĢtir. Ancak kiriĢte plastik mafsal bölgesinde çatlaklar oluĢmuĢtur. Kaynaklı birleĢimin en kritik noktası bağlantı plakasına kiriĢ boy donatılarının kaynaklanmasıdır ki bu durum göçmeyi baĢlatmaktadır. Çelik plaka ve boy donatılar arasındaki kaynak iĢlemi kaliteli olmalı ve gerekli özen gösterilmelidir [27]. Eğer plastik mafsal kiriĢ yüzünde ise plastik mafsal dönmesi kat ötelenmesine eĢittir. Plastik mafsalın kolon yüzünden uzağa taĢınması plastik mafsalın açısal dönme sünekliği talebini arttırır. Deneylerde bu talebin yaklaĢık % 32 arttığı görülmüĢtür [28].

Ersoy ve Tankut yapmıĢ oldukları çalıĢmada, deprem bölgesinde tasarlanmıĢ çok katlı prefabrike bir yapının kuru bağlantı detayını içeren kolon-kiriĢ birleĢim bölgesini test etmiĢlerdir [29]. BirleĢim detayı düğüm bölgesinden uzak kiriĢ-kiriĢ birleĢimi ve kaynaklı birleĢimdir (ġekil 3.4). GeliĢtirilen iki farklı detaydan birincisinde, kiriĢin alt ve üst yüzeyinde beton dökümü sırasında boy donatılarına kaynaklanmıĢ olan çelik plakaların daha sonra üzerine çelik lama kaynaklanması ile birleĢim oluĢturulmuĢ ve bu birleĢim numuneleri test edilmiĢtir.

(29)

14

Bu deney sonucuna göre bu numunelerde büyük deformasyonlar oluĢmuĢ, dayanım kaybı oluĢtuğundan birleĢim revize edilmiĢ ve kiriĢ ortasında da kaynaklı birleĢim yapılmıĢtır. KiriĢ alt, üst ve yanlarından birleĢtirilen bu numunelerde dayanım, rijitlik ve enerji yutma kapasitesi bakımından monolitik numune kadar iyi davranıĢ elde edilmiĢtir [29].

Korkmaz ve Tankut ise yaptıkları çalıĢmada sıkça uygulanan kaynaklı kiriĢ-kiriĢ birleĢim detayının kapasitesini artırabilmek için modifiye ettikleri birleĢim detayının performansını incelemiĢlerdir [30]. BirleĢimde inceltilmiĢ uçlu orta kiriĢ inceltilmiĢ uçlu kısa konsol üzerine oturtulmaktadır. Alt tarafta kiriĢ ve konsola gömülmüĢ olan çelik plakaların kaynaklanması ile süreklilik sağlanmakta, üst tarafta ise bindirmeli eklerle süreklilik oluĢturulup yerinde dökme beton ile birleĢim detayı tamamlanmaktadır (ġekil 3.5). Bu birleĢim detayı yeterli performansı göstermemiĢtir ve mevcut eksiklikleri gidermek amacıyla üst tarafta kaynaklı birleĢim yapılarak ankraj probleminin ortadan kaldırıldığı yeni detay geliĢtirilmiĢtir. Kaynaklı birleĢime alternatif olarak üst tarafa yerleĢtirilen süreklilik donatısının ankraj boyu uzun tutularak ve yeterli sargı yapılarak benzer performans elde edilebilir. Alt donatıdaki gerilme akıĢı birleĢimde kiriĢe yerleĢtirilen plakalara kaynaklı donatı çubukları aracılığıyla gerçekleĢmektedir. Bu birleĢim tipinin performansını artırabilmek için alt taraftaki bu bağlantının güçlendirilmesi gerektiği raporlanmıĢtır [30].

(30)

15

Genel olarak değerlendirilirse kaynaklı birleĢimler bazı sorunlara yol açabilmektedir. Özellikle Türkiye’de kullanılan donatı çeliğinin kaynaklanması ciddi sorunlar oluĢturmaktadır. Bu nedenle bazı numunelerde erken kırılma kaynağın hemen yanında meydana gelmektedir. Bu durumun ortadan kaldırılması için donatı çubukları kaynaklanırken özel dikkat gösterilmesi ve kaynak iĢleminin uzman kiĢilerce yapılması gerekliliği raporlanmıĢtır [30].

3.2. Bulonlu BirleĢimler

1971 San Fernando depremi sonrası prefabrike yapılarda oluĢan hasarların temel sebebinin birleĢim detaylarının yetersiz performansı olduğu gözlenmiĢtir. Bu nedenle seksenli yıllarda University of Minnesota, Civil and Mineral Engineering Structural Laboratory’de büyük çaplı bir araĢtırma projesi baĢlatılmıĢtır [4]. Bu çalıĢmada moment aktarabilen kolon-kiriĢ birleĢimlerinin davranıĢını ve uygunluğunu inceleyebilmek amacıyla yedi farklı birleĢim detayı test edilmiĢtir. Bu numunelerde plastik mafsal birleĢimden uzakta oluĢacak Ģekilde tasarlanmıĢtır. Plastik mafsalın yeri, ard-germe donatılarında sıyrılma olmadan ulaĢabilecek maksimum kapasitenin olduğu bölge olarak kabul edilmiĢtir [4].

Bahsedilen çalıĢmada, bulonlu birleĢimde (BMB) nervürlü donatı kullanılmıĢtır [4]. Donatının akması ile birleĢimde ilk çatlak oluĢumu gözlenmiĢ ve elastik ötesi davranıĢ oluĢmaya baĢlamıĢtır. Bulonlu birleĢimin üretimi kolay bir birleĢim tipi olmasından dolayı bu birleĢim detayı geliĢtirilerek BMF numunesi oluĢturulmuĢtur. BMF birleĢim numunesi tasarlanırken kesme kuvvetinin yaratacağı bozulma ile bulonların yerinden sıyrılıp gelmesini engellemek amacıyla numunede nervürlü donatılar kolon içerisinde bükülmüĢ ve kiriĢten geçirilen diĢli çubuklar kolondaki mekanik ankrajlara takılarak plastik mafsalın kolon-kiriĢ ara yüzünde oluĢması istenmiĢtir (ġekil 3.6). Donatının ankraj içerisinde kayması nedeniyle, birleĢim yük artıĢı olmaksızın büyük yer değiĢtirmeler göstermiĢtir ve bu durum numunelerinin düĢük enerji yutma kapasitesi göstermesine neden olmuĢtur [31].

(31)

16

ġekil 3.6: Bulonlu birleĢim detayı [4-31].

Sünek çerçeve sistem davranıĢını sağlayabilmek amacıyla, ġekil 3.7’de gösterilen prefabrike kolon ve kiriĢlerin kolon yüzünde bulonlar ile birleĢtirilmesi ile oluĢturulan detayın monolitik birleĢimden daha iyi performans göstermesi beklenmektedir. Geleneksel monolitik sünek çerçevelerde kesme kuvveti iki mekanizma kullanılarak düğümler aracılığıyla transfer edilir. Önce düğüm kenarında geliĢen basınç kuvveti düğüm aracılığıyla diyagonal basınç çubuğu ile aktarılır. Beton da çatlama oluĢmasının ardından kuvvet aktarımı beton basınç bloğu ve düğümde yer alan etriye ile sağlanır.

(32)

17

Diğer taraftan geliĢtirilen prefabrike birleĢimde düğümün merkezine yerleĢtirilen sünek çubuklar diyagonal basınç çubuğu formunu oluĢturamamaktadır. Bu nedenle düğümdeki kesme kuvvetinin tamamı kafes mekanizması kullanılarak transfer edilmektedir ve gerekli düğüm donatısı bu duruma göre hesaplanmalıdır [32].

Englekirk’e göre geliĢtirilen bu birleĢim detayında akma sonrası deformasyonların eleman düğümlerine yerleĢmesine izin verilmesi ile tasarım, monolitik tasarıma benzer tasarım yaklaĢımından prefabrike beton birleĢim tasarımına yönelmeye baĢlamıĢtır [33]. GeliĢtirilen birleĢim detayı ile,

Sünek birleĢim akma elemanları yer değiĢtirir

KiriĢin uç bölgesindeki uzamaların kontrolüne olanak sağlanır Kesme kuvveti çelik bulonlar arasındaki sürtünme ile aktarılır [33].

Depremselliği yüksek bölgelerde prefabrike sistemler için geliĢtirilen bu birleĢim detayı dört katlı bir otopark yapısında uygulanarak pratikliği kanıtlanmıĢtır [34]. ErtaĢ ve diğ. [35] tarafından sahadaki montaj süresini minimuma indirmek amacıyla geliĢtirilmiĢ bulonlu birleĢim detayında bulonların geçeceği boĢluklar çelik boru yerine tolerans paylarını arttırmak için kutu profil kullanılarak oluĢturulmuĢtur (ġekil 3.8). Bu tip bir detay çoğunlukla kısa açıklıklı ve düĢey yüklerden kaynaklanan kesme yüklerinin düĢük seviyelerde olduğu birleĢimlerde daha uygundur. Ayrıca kiriĢ yüzeyine betonun ezilmesini geciktirmek amacıyla çelik plaka yerleĢtirilmiĢ ve bunlar birbirine bağlanmıĢ, aynı zamanda da betona ankre edilmiĢtir. YerleĢtirilme iĢleminde birleĢim yüzeyinde 1,4 MPa gerilme yaratacak Ģekilde bulonlar sıkılmıĢtır. Bu birleĢimde donatıların içinden geçtiği kutu profilin yüzeyine ve içine donatı çubukları ve kutu profili boydan boya delip geçen vidalar yerleĢtirilmiĢ, bu sayede birleĢen elemanlar arasında olası bir yatay kayma deformasyonu engellenmeye çalıĢılmıĢtır. Numunenin davranıĢının kapasite, süneklik ve enerji tüketim kriterlerine göre değerlendirildiği bu çalıĢmada geliĢtirilen bulonlu birleĢimin monolitik elemana göre daha iyi bir performans gösterdiği belirtilmiĢtir [35].

(33)

18

ġekil 3.8: Bulonlu birleĢim detayı [35]

3.3. Islak BirleĢimler

Dünyadaki yapı endüstrisinin önemli bir bölümü, prefabrike yapı elemanlarının basit veya karmaĢık yapıların inĢaatında avantajlı olduğunu düĢünmektedirler. Bundan dolayı da prefabrike beton diğer yapı sistemlerine sık sık rakip ve alternatif olmaktadır. Prefabrike yapıların tasarım ve inĢaatında ana problem, prefabrike elemanların birleĢiminin depreme dayanımını sağlamak için ekonomik ve pratik bir yöntemin bulunmasıdır. Kapasite tasarımında istenen, enerji yutma mekanizması için plastik mafsal geliĢtirilmesi ve sismik etki süresince bu mekanizmanın korunmasıdır. Plastik mafsallaĢma bölgesinin prefabrik elemanda ve ya birleĢim bölgesinde oluĢmasına göre detaylandırılması önem kazanmaktadır [36]. ġekil 3.9’da gösterilen birleĢim detayı U kesitli prefabrike kiriĢler kullanılarak boy donatıların kolona doğru devam ettirilmesiyle elde edilmektedir. Monolitik davranıĢa benzer davranıĢ elde edilen bu birleĢimlerde kalıp iĢçiliği ortadan kaldırılmaktadır [21].

Restrepo ve diğ. ve Park yapmıĢ oldukları çalıĢma kapsamında monolitik birleĢime benzer üç farklı birleĢim tipi tasarlamıĢ ve test etmiĢlerdir. Sistem-1 ismi verilen birleĢimde kiriĢlerin uçları kolon pas payına oturtulacak Ģekilde yerleĢtirilir ve kalıp iĢçiliğinden tasarruf edilir. KiriĢ altındaki boy donatılar uçları yukarı doğru bükülerek ankre edilir. KiriĢlerin üzeri ve düğüm bölgesi yerinde dökme betonla kaplanır. Deney sonucu monolitik birleĢime benzer davranıĢ elde edilir [37].

(34)

19

ġekil 3.9: Islak birleĢim detayı [21]

Kolondan gelen donatı çubukları kiriĢte bırakılan kanallardan geçer ve bu kanallar harçla doldurulur. Bu bölge ve kiriĢ üst kısmı sahada dökülmektedir. BirleĢim kiriĢ açıklık ortasındadır ve farklı detaylar ile sağlanmaktadır. Bu detaylar, bindirmeli etriyeli, çift bindirmeli etriyeli ve donatı bindirme ekli yapılmıĢtır. Sonuncusu en basit ve efektif birleĢim detayıdır [36]. Sistem-3 birleĢiminde ise T ve ya H Ģeklindeki prefabrik elemanların kolon ve kiriĢ ortalarında birleĢtirilmesi ile oluĢturulan moment aktarabilen prefabrike sistemlerdir. Bu sistem tamamen prefabrik elemanlardan oluĢup saha iĢçiliği minimum seviyede tutulmuĢtur. Sistemin en büyük dezavantajı, prefabrik elemanların büyük ve ağır olmasından dolayı nakliye ve montaj sürecinde ağır tonajlı vinç kullanılmasına gerek olmasıdır [37].

BirleĢimde ġekil 3.10 da gösterilen mekanik ekler, manĢonlar gibi etkili araçlar kullanılarak elde edilen çerçeve davranıĢı monolitik davranıĢa benzer davranıĢ gösterir. Pratik uygulama olan bu birleĢimle yeterli dayanım sağlanmıĢ olur fakat kolon ve kiriĢlerin birleĢiminde kullanılan bu birleĢtiriciler eleman içerisine yeterli ankraj ile gömülmeksizin kullanılamaz [38].

Islak birleĢim detaylarında çoğunlukla lifli beton kullanılarak yer değiĢtirme sünekliğinin geliĢtirilmesine çalıĢılmıĢtır. Lifli beton kullanılan düğüm bölgelerinde kontrol numunesi ile karĢılaĢtırıldığında daha fazla yük taĢıma kapasitesi elde edilmiĢ, diğer yandan rijitlik azalması daha yavaĢ oluĢmuĢtur. Enerji yutma kapasitesi ise önemli seviyede geliĢmiĢtir [16, 39].

(35)

20

ġekil 3.10: Bağlantı araçları [38]

Islak birleĢim detayının kolonda ve kiriĢte yapılması durumları için iki farklı detay ErtaĢ ve diğ. tarafından geliĢtirilmiĢtir [35]. Prefabrike kolon üretilirken kolonun ortasında bırakılan kiriĢ derinliği kadar boĢluğa prefabrike kiriĢ içerisine gömülen U donatılar yerleĢtirilmiĢ ve birleĢim çelik lifli beton harç ile doldurulmuĢtur. Lifli beton kullanımı ile, çok dar olan bir bölgede kiriĢ donatılarının ankrajı için aderans özelliğini artırmak ve kesme kuvvetlerine karĢı dayanımın kapalı etriyeler yerine çirozlar kullanılarak sağlanması amaçlanmıĢtır. BirleĢim bölgesinin kiriĢte oluĢturulduğu ıslak bağlantı detayında ise kolondan çıkan U donatılar ile kiriĢ ucunda yer alan U donatılar birbirinin içinden geçirilerek birleĢtirilmekte, bu bölge çelik lifli beton harç ile doldurulmaktadır. Her iki birleĢim detayının da kapasite ve enerji tüketim performansları bakımından deprem bölgelerinde uygulanabilirliği önerilmiĢtir [35].

Literatürde önerilen ıslak birleĢimlerin bir kısmı kompozit birleĢimdir. Genellikle pozitif moment kaynaklı veya bulonlu birleĢimle taĢıtılırken, negatif moment yerinde dökme betonla üretilen ıslak birleĢimle taĢıtılmaktadır. French ve diğ. tarafından test

(36)

21

edilen (BMC) birleĢimi, kesitin alt tarafına yerleĢtirilen ard-germe donatısı ve üst tarafına nervürlü donatı yerleĢtirildikten sonra yerinde dökme betonla oluĢturulan kompozit birleĢim detayıdır [4]. BirleĢimde beklendiği gibi betonarme bileĢenleri nedeniyle daha fazla enerji yutma kapasitesi elde edilmiĢtir. BirleĢimde monolitik olarak döĢemeler kullanıldığında elemanların sürekliliği sağlanır, etriye detayları geliĢtirilerek süneklik ve enerji yutma kapasitesi daha da artırılabilir [4].

ErtaĢ ve diğ. tarafından yapılan çalıĢma kapsamında Türkiye prefabrike endüstrisinde yaygın olarak kullanılan, kiriĢ alt boyuna donatıların çelik plaka ile birbirine kaynatılarak, üst donatıların U Ģeklinde donatının kolonda bırakılan boĢluğa yerleĢtirilerek ankrajının tamamlandığı ve bu bölgenin beton ile doldurulması ile oluĢturulan ġekil 3.11’de gösterilen kompozit birleĢim detayı test edilmiĢtir [35]. Kapasite ve enerji tüketme karakteristiği bakımından deprem bölgesinde kullanılabilirlik performansı sağlayan bu birleĢimde kaynaklı tarafın performansı monolitik sistemle kıyaslandığında daha düĢük seviyededir. Bu durumun sebebi olarak kaynak iĢçiliğinin boyuna donatıların mekanik özelliklerini bozmuĢ olabileceği düĢünülmektedir. Montaj aĢamasında ıslak birleĢimler az miktarda da olsa kalıp iĢçiliği içermektedir ve bu durum yapım hızını etkilemektedir. Kompozit birleĢimde kullanılan kaynak ise, ekstra kalite kontrol maliyeti getirmektedir [40].

(37)

22

3.4. Ard-Germeli BirleĢimler

Blakey ve Park öngermeli kolonlara kiriĢlerin harçlı ard-germe donatıları ile bağlanması ile oluĢturulan tam boyutlu dıĢ kolon-kiriĢ birleĢim bölgesini içeren deney numunelerini test etmiĢlerdir [41]. Numunelerden ikisi plastik mafsal kiriĢte oluĢacak Ģekilde, diğer ikisi plastik mafsal kiriĢin hemen altında veya üstünde kolonda oluĢacak Ģekilde tasarlanmıĢtır. Her bir gruptaki kolonların birinde öngermeli beton için kesme kuvveti gereksinimini karĢılamak amacıyla yatay donatı yerleĢtirilmiĢtir, diğerine sargı etkisinin süneklik üzerine katkısını belirlemek için yatay donatı miktarı artırılmıĢtır. Deney sonuçlarında birleĢimler beton ezilmeden önce düĢük enerji tüketimi gösterirken betonun ezilmeye baĢlamasının hemen ardından test edilen numunelerin enerji tüketme kapasitesinde önemli artıĢ gözlenmiĢtir. Yatay donatı miktarının artırıldığı numunelerin performansında önemli geliĢme olmamıĢtır. Harçlı düğümlerin davranıĢı tatmin edicidir ve ard-germe donatılarının içinden geçtiği kanalların kolon ile arasındaki yapıĢma göçmesini engellemek için kullanılabileceğini raporlamıĢlardır [41].

Devamında sürdürülen çalıĢmada Park ve Thomson iç kolon-kiriĢ birleĢim bölgesini test etmiĢtir [42]. KiriĢteki öngerme kuvvetinin değiĢken olduğu deneyler, deprem yükü etkisinde öngermeli ve kısmi öngermeli kiriĢlerin deformasyon kapasiteleri ve hasar derecesini belirleyebilmek amacıyla yapılmıĢtır. Tekrarlı yük etkisinde kolon yüzünde ve kiriĢte plastik mafsal oluĢması nedeniyle düğümdeki etriye akmakta ve kesme kuvveti düğümdeki beton ile taĢınmıĢtır. Bu kesme taĢıma kapasitesindeki azalma diyagonal çekme çatlağının açılıp kapanması ile oluĢmakta, kiriĢten gelen basınç kuvvetleri düğüme aderans ile aktarılamadığından kiriĢ boyunca çatlak oluĢmuĢtur. Öngerme verilmeyen kiriĢ boy donatıları sünekliği artırmıĢlardır, buna karĢın dayanım kaybı ve beton ezildikten sonra rijitlik kaybı oluĢmuĢtur [42].

Prefabrike sistemlerin performansları, süneklik ve enerji yutma kapasitesi bakımından veri eksikliğinin olması sebebiyle deprem bölgelerinde yaygın kullanımını engellemiĢtir. Bu bilgi eksikliğini tamamlayabilmek için 1987 yılında NIST (National Institute of Standards and Technology), 1989 yılında ABD ve Japonya arasında PRESSS (Precast Structural Systems) araĢtırma projeleri

(38)

23

baĢlatılmıĢtır. NIST projesi planlanırken, deprem dayanımı, sünek çerçeveler tarafından sağlanan yüksek katlı prefabrike yapılar ihtiyacının algılanması ve bina yapma ihtiyacının artması, geliĢtirilen ürünlerin çok yönlü kullanımına olanak verecek birleĢim detayının geliĢtirilmesi amaçlanmıĢtır [21]. BirleĢim detayı geliĢtirilirken aĢağıdaki hedefler konulmuĢtur.

AĢırı kaynaklama ve gömülü teçhizatlı birleĢimlerden kaçınılmalı Yeterli toleransları içermeli

GeniĢ Ģekilde oluĢan ıslak birleĢimlerden kaçınılmalı Vinç kullanım süresini azaltan bir tasarım olmalıdır [21].

Hem tasarımcı hem araĢtırmacılara göre betonarme prefabrike yapılar için kapsamlı bir yönetmeliğe ihtiyaç vardır. Yapılan çalıĢmalarla öncelikle araĢtırma alanları tespit edilmiĢ ve en yüksek öncelikli olarak moment aktarabilen birleĢimler belirlenmiĢtir. PRESSS araĢtırma projesinin amacı deprem bölgelerinde uygulanabilecek ekonomik ve kolay uygulanabilir bir prefabrike kolon-kiriĢ birleĢim detayı geliĢtirmek ve bu birleĢimin tasarımı için yönetmelik geliĢtirmektir [43].

AraĢtırma projelerinin baĢlangıcında prefabrike birleĢimler için kullanılan temel kavram, ard-germe donatısı kullanarak prefabrike elemanları birleĢtirmek ve gerekli kesme dayanımını kısa konsol ve kesme diĢleri olmadan aktarımını sağlayabilmektir. Test edilen toplam 22 adet numunenin 18 tanesi prefabrike numunelerdir. DeğiĢkenler, ard-germe donatısının miktarı, dayanımı ve konumu, ard-germe donatısının aderans Ģekli (tamamen aderanslı, kısmi aderanslı ve aderanssız) ard-germe donatısı ile birlikte yumuĢak donatı kullanımı (hibrid birleĢim) ve yumuĢak donatı miktarı ve tipidir.

NIST test programı dört bölümden oluĢmaktadır [43]. Birinci bölümde dört monolitik referans numunesi test edilmiĢtir. Monolitik numune deneylerine ek olarak iki prefabrike birleĢim numunesi test edilmiĢtir. Bu bölümün amacı, çalıĢmanın kavramının uygulanabilirliğinin belirlenmesidir. Deney sonuçlarına göre ard-germeli birleĢim detayının deprem bölgelerinde kullanımı uygundur. Ancak enerji yutma karakteristiği bakımından bir prefabrike birleĢim detayının geliĢtirilmesi

(39)

24

gerekmektedir [43]. Bu amaçla çalıĢmanın ikinci fazında altı adet prefabrike birleĢim numunesi test edilmiĢtir. Ard-germe donatısı miktarı prefabrike birleĢimin kapasitesinin monolitik birleĢim kadar kuvvetli olmasını sağlayacak kadar hesaplanmıĢtır ve uygulanan yüke karĢı dayanım ard-germe donatıları ile karĢılanacak Ģekilde tasarlanmıĢtır. Deney değiĢkenleri ard-germe donatısı tipi, oranı ve konumunun kiriĢ merkezine uzaklığıdır. Deney sonuçlarına göre ard-germe

malzemesi olarak öngerme donatısı kullanımı birleĢimin sünekliğini

değiĢtirmemiĢtir. Prefabrike birleĢimlerde ard-germe donatılarının kiriĢ içindeki yeri merkeze yaklaĢtırıldığında enerji yutma kapasitesi %45 artmıĢ, birleĢimin enerji yutma karakteristiği geliĢmiĢtir. Ard-germe donatısı yerine ön germe donatısı kullanımı enerji yutma karakteristiğini geliĢtirmiĢtir [44]. Birinci ve ikinci faz sonuçlarına göre karar verilen çalıĢmanın üçüncü fazı, tersinen tekrarlı yüklemenin ilerleyen çevrimlerinde sıfır rijitlik gözlenen bölgenin incelenmesini kapsamaktadır. Bu rijitlik kaybı birleĢimdeki kaymadan kaynaklanmakta ve bu kayma ard-germe donatısının akmasına neden olmaktadır. Kaymayı engelleyebilmek için kısmı aderanslı ard-germe donatısı kullanılmıĢtır ve bu sayede ard-germe donatılarında oluĢan deformasyonların azalacağı beklenmektedir. KiriĢ mafsal bölgesinde basınç deformasyonları artacağından bu bölge özel sargılama donatısı ile sargılanmıĢtır. Deney sonucunda kısmi aderanslı ard-germe donatısı kullanımı ile kayma bölgesindeki sıfır rijitlik problemini ortadan kaldırmıĢtır. Fakat kısmi aderanslı numunelerde tam aderanslı numunelere göre enerji tüketimi %50 oranında azalmıĢtır. Sorun burada bir dayanım kaybı değil bir kayma sınırlamasıdır. Bununla birlikte elastik ötesi öngerme uzamalarını minimize etmek amacıyla öngerme kuvvetlerinin kiriĢ merkezine dağılı olmasını sağlayacak Ģekilde öngerme çubukları yerleĢtirilmiĢtir. Bu durum artan çekme kuvvetleri azalan kuvvet koluna etkidiğinden moment artıĢı sağlamamıĢtır. Ancak, birleĢime yumuĢak donatı kullanılması, maliyet ve zaman artıĢına neden olmakta, böylece alternatif yapım sistemleri ile karĢılaĢtırıldığında prefabrike yapım sisteminin uygunluğu azalmaktadır [45].

Bu çalıĢmanın sonucunda prefabrike kolon-kiriĢ deney sonuçları monolitik numune performansı ile karĢılaĢtırıldığında hem dayanım hem de yatay ötelenme kapasitesi bakımından iyi sonuçlar elde edilmiĢtir. Ancak enerji yutma karakteristiği bakımından monolitik numune kadar karĢılaĢtırılabilir değildir. Bu nedenle

(40)

25

çalıĢmanın dördüncü bölümünde ana amaç prefabrike numunelerin enerji tüketme kapasitesini geliĢtirmektir [46].

Önerilen hibrid birleĢimde, prefabrike elemanlar ard-germe donatısı ile arada tutulmakta ve düĢük dayanımlı çeliğin akmasıyla enerji tüketilmektedir. Uygulanan yük etkisinde gerekli kesme dayanım kolon-kiriĢ arasındaki geliĢen sürtünme ile sağlanmaktadır. Kenetlenme kuvvetinin (clamping force) korunması için, ard germe donatısının elastik alanda kalması gereklidir [46].

Üç farklı hibrid kolon-kiriĢ birleĢimi tasarlanmıĢtır. Bunlardan birincisinde kolonun ortasına yerleĢtirilen ard-germe donatısı tamamen aderanslı, kiriĢin alt ve üst yüzüne yerleĢtirilen yumuĢak donatılar da tamamen aderanslıdır. Bu tasarımda ard-germe donatısı kiriĢ ortasına yerleĢtirildiğinden oluĢabilecek uzamalar en aza indirilmiĢ ve böylece ard-germe donatılarının akma potansiyeli minimuma indirilmiĢtir. Ġkinci tasarım, yumuĢak donatılar ve ard germe donatısı kiriĢin alt ve üst yüzüne yakın yerleĢtirilmiĢtir. YumuĢak donatı tamamen aderanslı, ard-germe donatısı ise aderanssızdır. Ard germe çeliği kiriĢ alt ve üst yüzünde eğilme uzamalarının yüksek olduğu bölgeye yerleĢtirildiğinden akmasını geciktirilmesi ard-germe çeliğinin serbest boyda bırakılması ile sağlanmıĢtır. Üçüncü tasarım değiĢtirilebilir çelik kavramına dayanmaktadır. Herhangi deprem sonrasında hasarlı yapının tamir edilebilmesi ekonomik olarak caziptir. YumuĢak donatı ve ard-germe donatısı aderanssız olarak kiriĢin alt ve üst yüzüne yakın yerleĢtirilmesi ile yeni bir birleĢim tasarlanmıĢtır. Ġkinci tasarımda olduğu gibi uzamalar ard-germe çubuğunun serbest boyda bırakılması ile sağlanmıĢtır. Birinci tasarımda ard-germe çeliği yapı (kiriĢ) uzunluğunca yerleĢtirilmelidir, diğer iki tasarımda ise kısa boyda ard-germe çeliği kullanılmaktadır. Tam boy ard-germe donatısı kullanımının avantajı daha az ankraj ve iĢçilik gerektirmesidir. Hem ard-germe donatısı hem de yumuĢak donatı içeren bu numunelerin davranıĢı enerji yutma kapasitesi, dayanım ve yer değiĢtirme kapasitesi bakımından monolitik birleĢim performansı ile karĢılaĢtırılabilir. Ard-germeli prefabrike birleĢimler de kısa konsola gerek yoktur, çünkü birleĢime etki eden düĢey yük ve kesme kuvvetleri uygulanan ard-germe kuvveti ile kolon-kiriĢ birleĢiminde ara yüzde oluĢan sürtünme ile karĢılanır. Dördüncü faz deney sonuçlarına göre sonraki çalıĢmanın numunelerine karar verilmiĢtir. Dördüncü faz, ikinci grup

(41)

26

numunelerinde yumuĢak donatı oranı değiĢken olarak alınmıĢtır. Numunelerde ard-germe donatısı kiriĢ merkezine, yumuĢak donatı kiriĢ alt ve üst yüzüne yerleĢtirilmiĢtir (ġekil 3.12).

ġekil 3.12: NIST Projesi numune detayı [49]

Ard-germe donatısının kiriĢ boyunca uygulanması iĢçilik ve ankraj gerekliliği dolayısıyla maliyeti azaltması beklenmiĢtir. Ard-germe donatısının kiriĢ merkezine yerleĢtirilmesi oluĢabilecek uzama miktarını azaltacak ve dolayısıyla enerji yutma kapasitesinde etkili olacaktır [48]. Bu projenin en önemli çıktısı geliĢtirilen moment aktarabilen hibrid birleĢim detayıdır. Bu birleĢimde aderanssız ard-germe donatısı ve aderanslı yumuĢak donatı kullanılmıĢtır. NIST araĢtırma projesi kapsamında test edilen numune detayları Tablo 3.1. de verilmektedir.

Aderanslı olmayan donatısı kullanımı ilk defa Hawkins ve Ishizuka tarafından birleĢimlerde uygulanmıĢtır [50]. Kısmı aderanslı ard-germe donatısı kullanımının bazı avantajları vardır ve bunlar;

Aderans boyu doğru olarak seçilirse gerekli maksimum deplasmana öngerme çeliği oranında aĢılma olmaksızın ulaĢılabilir. Bu nedenle, tasarım süneklik oranında yük boĢaltım durumunda öngerme kaybı olmadan kolon-kiriĢ arayüzünde kesme sürtünmesi tüm tepki seviyelerinde korunur.

DavranıĢ önemli oranda elastiktir. Enerji yutmak için istenmeyen durum olmasına rağmen bu değere sahiptir, çünkü yapı kalıcı deplasman olmadan orijinal haline dönebilir ve baĢlangıç rijitliğini korur.