PERFORMANSININ İNCELENMESİ
Mustafa KAYA
DOKTORA TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ŞUBAT 2007 ANKARA
ALTINDA PERFORMANSININ İNCELENMESİ” adlı bu tezin Doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım.
Prof. Dr. Abdussamet ARSLAN
Tez Yöneticisi
Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında Doktora tezi olarak kabul edilmiştir.
Başkan : : Prof Dr. Ergin ATIMTAY
Üye : Prof. Dr. Abdussamet ARSLAN
Üye : Prof. Dr. Sıddık ŞENER
Üye : Prof Dr. Tekin GÜLTOP
Üye : Prof. Dr. Mehmet Emin TUNA
Tarih : 05/02/2007
Bu tez, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygundur.
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
Mustafa KAYA
PREFABRİKE YAPILARDA ART ÇEKMELİ KOLON-KİRİŞ
BİRLEŞİMLERİNİN TERSİNİR YÜKLER ALTINDA PERFORMANSININ İNCELENMESİ
(Doktora Tezi) Mustafa KAYA
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Şubat 2007 ÖZET
Bu çalışma öngerme toronları ile art çekmeli olarak birleştirilmiş prefabrike kolon-kiriş birleşimleri üzerinde yapılan deneyleri ve bu elemanların analitik modellenmesini kapsamaktadır. Deneysel çalışmalar sonunda prefabrike elemanların moment kapasitesi, rijitlik ve enerji tüketme kapasiteleri monolitik elemanlarla karşılaştırıldığında prefabrike deney elemanlarının bu özelliklerinin oldukça iyi olduğu görülmüştür. Özellikle 15,24 mm çapında toronların kopma dayanımının %60 oranında gerilerek kullanıldığı elemanın monolitik elemanlarla moment kapasitesi olarak yaklaşık olarak eşit olduğu görülmüştür. Prefabrike elemanların rijitlik ve enerji tüketme kapasitesinin monolitik elemanların rijitlik ve enerji tüketme kapasitelerinden düşük olduğu görülmüştür. Deney elemanlarının analitik modellemesinde ise analitik modellerin başlangıçta yük kapasitesi ve rijitlikleri deney elemanlarından düşük olmasına rağmen ilerleyen çevrimlerdeki yük kapasitesi ve rijitlikleri deney elemanları ile uyumludur.
Bilim Kodu : 911.1.144
Anahtar Kelimeler : Prefabrike kolon kiriş birleşimi, moment aktaran birleşimler
Sayfa Adeti : 254
Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Abdussamet ARSLAN
PERFORMANCE ANALYSIS Of POST TENSIONING BEAM To COLUMN CONNECTIONS UNDER CYCLING LOADING IN PREFABRIC
STRUCTURES (Ph. D. Thesis) Mustafa KAYA
GAZİ UNIVERSITY
INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2007
ABSTRACT
This study covers the experimental and analytical modeling of prefabricated column-beam connection that were constructed with pre-stressing cables and after tension. Moment capacity, stiffness and energy dissipation capacities of monolithic and prefabricated members were compared, and properties of prefabricated members were found to be quite sufficient. Especially the prefabricated member with a 15,24 mmdiameter pre-stressing cable that is pre- stressed up to 60% of the ultimate strength had nearly the same moment capacity with monolithic member. Stiffness and energy dissipation capacities of the prefabricated members were lower than the monolithic members. There are differences at load carrying capacities and stiffness for the initial cycles between analytical model and experimental results, and at further cycles analytical model of the specimens were matched quite well, and load capacities and stiffnesses of the members were close.
Science Code : 911.1.144
Key Words : Prefabricated column-beam connection Page Number : 254
Adviser : Prof. Dr. Abdussamet ARSLAN
TEŞEKKÜR
Bu tezin konu tespitinden son aşamasına kadar her konuda bilgi ve tecrübelerini ve ayrıca hiç tereddüt etmeden büyük bir hoşgörüyle birtakım kaynaklarını, fikirlerini ve desteğini esirgemeyen tez danışmanım Prof. Dr. Abdüssamet Arslan Bey’e teşekkürü bir borç bilirim.
Desteklerini her zaman hissettiğim sevgili eşim ve çocuklarıma çalışmalarım süresince göstermiş oldukları sabırdan dolayı teşekkür ederim. Çalışmalarımın her aşamasında desteğini esirgemeyen Yrd. Doç. Dr. Özgür Anıl, Dr M. Emin Kara’ya teşekkür ederim.
Bu çalışmanın deney aşamasında deney elemanların üretilmesinde çalışmalarıma destek olan ALACALI İNŞ. AŞ’ye de teşekkür etmeyi borç bilirim.
Sayfa
ÖZET ... iv
ABSTRACT... v
TEŞEKKÜR... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xi
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... xiii
RESİMLERİN LİSTESİ ... xxii
SİMGELER VE KISALTMALAR ... xxv
l. GİRİŞ ... 1
2. DENEYSEL ÇALIŞMA ... 16
2.1. Deneysel Çalışmanın İlkeleri. ... 16
2.2. Deney Elemanlarının Üretimi ... 18
2.3. Prefabrike Kolon ve Kirişlerin Birleştirilmesi ... 26
2.4. Malzeme Dayanımları... 41
2.4.1. Donatı dayanımları ... 41
2.4.2. Beton dayanımları ... 42
2.5. Deney Düzeni... 46
2.5.1. Yükleme düzeni. ... 46
2.5.2. Ölçüm düzeni ve ölçümlerin değerlendirilmesi ... 48
2.5.3. Yük ölçümlerinin değerlendirilmesi. ... 50
2.5.4. Yer değiştirme ölçümlerinin değerlendirilmesi. ... 50
3. DENEYLER ... 57
3.1. Monolitik ve Prefabrike Elemanlara Deney Programının Uygulanması ... 57
3.1.1. M1 deney elemanı ... 58
3.1.2. M2 deney elemanı ... 68
3.1.3. AP1 deney elemanı ... 79
3.1.4. AP2 deney elemanı ... 91
3.1.5. BP1 deney elemanı ... 103
3.1.6. BP2 deney elemanı ... 116
3.1.7. CP1 deney elemanı ... 128
3.1.8. DP1 deney elemanı ... 141
4. DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI. ... 153
4.1. Dayanım ve Davranış... 153
4.1.1. Deney elemanlarının akma anında yük kapasiteleri... 154
4.1.2. Deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranında yük kapasiteleri ... 155
4.1.3. Deney elemanlarının maksimum yük kapasitesi... 157
4.2. Deney Elemanlarının Enerji Tüketme Kapasiteleri. ... 161
4.2.1. Deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranı sonunda enerji tüketme kapasiteleri. ... 161
4.2.2. Deney elemanlarının maksimum yük seviyesinde enerji tüketme kapasiteleri ... 164
4.3. Deney Elemanlarının Rijitliği ... 169
4.3.1. Deney elemanlarının başlangıç rijitliği ... 169
4.3.2. Deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranındaki rijitliği ... 171
4.4. Kayma Deformasyonları ve Eğrilik Ölçümleri ... 175
5. ANALİTİK ÇALIŞMA ... 177
5.1. Beton ... 178
5.1.1. Hognestad beton modeli... 179
5.1.2. Multilineer izotropik pekleşmeli plastisite modeli... 180
5.1.3. Willam - Warnke göçme modeli ... 180
5.2. Çelik ... 183
5.3. SONLU ELEMAN MODELİ ... 185
5.3.1. Ansys eleman tipleri ve nitelikleri ... 185
5.3.2. Modelleme ... 195
5.3.3. Katı ağ modeli ... 197
5.3.4. Sınır Şartları ... 198
5.3.5. Yükleme ... 199
5.4. Sonuçlar ... 200
5.4.1. M1 analitik modeli ... 201
5.4.2. AP1 analitik modeli... 207
5.4.3. BP1 analitik modeli... 212
5.4.4. CP1 analitik modeli... 217
5.4.5. DP1 analitik modeli ... 222
6. ANALİTİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI. ... 226
6.1. Analitik ve Deney Elemanlarının Dayanımlarının Karşılaştırılması. ... 226
6.1.1. Analitik ve deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranında dayanımlarının karşılaştırılması ... 232
6.1.2. Maksimum yük seviyesinde analitik ve deney elemanlarının dayanımlarının karşılaştırılması ... 235
6.2. Analitik ve Deney Elemanlarının Rijitliklerinin Karşılaştırılması ... 237
6.2.1. Analitik elemanların başlangıç rijitliklerinin karşılaştırılması ... 238
6.2.2. Analitik ve deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranında rijitliklerinin karşılaştırılması ... 240
7. SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ VE ÖNERİLER ... 244
7.1. Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 244
7.2. Öneriler ... 247
KAYNAKLAR ... 250
ÖZGEÇMİŞ ... 253
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 2.1. Deney elemanlarının karakteristik özellikleri... 18
Çizelge 2.2. 15.24mm çapında öngerme toronuna art çekme uygulanması ... 33
Çizelge 2.3. Prefabrike deney elemanlarına uygulanan art çekme kuvvetleri ... 38
Çizelge 2.4. Öngerme toronlarının mekanik özellikleri... 41
Çizelge 2.5. Deneylerde kullanılan donatıların ortalama çekme dayanımları ... 42
Çizelge 2.6. Deney elemanları beton karışım oranları... 42
Çizelge 2.7. Çimento şerbetinin karışım oranları ... 44
Çizelge 2.8. Deney elemanları yüzey betonlarının karışım oranları... 44
Çizelge 2.9. Deney elemanlarının ortalama silindir basınç dayanımları ... 45
Çizelge 4.1. Deney elemanlarının yük ve yatay ötelenme oranı kapasiteleri ... 154
Çizelge.4.2. Elemanların %1.5 yatay ötelenme oranında yük kapasiteleri... 155
Çizelge 4.3. Deney elemanlarının maksimum yük kapasiteleri... 157
Çizelge 5.1. Eleman sabitler... 185
Çizelge 5.2. Betonun multilineer izotropik modellenmesi için gerekli değerler .... 190
Çizelge 5.3. Betonun göçme yüzünün modellenmesi için gerekli parametreler... 192
Çizelge 5.4. Donatıların bilineer izotropik modellenmesi için gerekli özellikler... 193
Çizelge 5.5. Öngerme toronlarının multilineer izotropik olarak modellenmesi için gerekli parametreler ... 194
Çizelge 5.6. Plakaların lineer izotropik olarak modellenmesi için gerekli parametreler ... 194
Çizelge.5.7. Analitik elemanların yükleme programı ... 200
Çizelge.6.1. Analitik ve deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranında dayanımları ... 232
Çizelge Sayfa Çizelge.6.2. Analitik ve deney elemanlarının maksimum yük seviyesinde
dayanımları... 235 Çizelge 6.3. Analitik ve deney elemanlarının başlangıç rijitlikleri... 238 Çizelge 6.4. Analitik ve deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme
oranında rijitlikleri ... 241
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 2.1. Deney elemanlarının kenar bir düğüme benzeştirilmesi... 17
Şekil 2.2. Monolitik deney elemanı donatı detayı. ... 20
Şekil 2.3. Prefabrike deney elemanı kiriş kalıp ve donatı detayı ... 22
Şekil 2.4. Prefabrike deney elemanı kolon kalıp ve donatı detayı... .25
Şekil 2.5. AP1 deney elemanına art çekme işlemi uygulanması... 34
Şekil 2.6. BP1 deney elemanına art çekme işlemi uygulanması... 35
Şekil 2.7. CP1 deney elemanına art çekme işlemi uygulanması... ..36
Şekil 2.8. DP1 deney elemanına art çekme işlemi uygulanması... ..37
Şekil 2.9. Deney düzeneği... .47
Şekil 2.10. Ölçüm düzeneği.. ... ..49
Şekil 2.11. Bir deney elemanının deformasyon bileşenleri... ..51
Şekil 2.12. Kayma deformasyonu ölçümleri ... ....54
Şekil 2.13. Eğilme deformasyonu ölçümleri ... ..56
Şekil 3.1. M1 numunesi deplasman geçmişi... ...58
Şekil 3.2. M1 numunesi yük geçmişi... ....59
Şekil 3.3. M1 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği.. ... 63
Şekil 3.4. M1 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği ... .64
Şekil 3.5. M1 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği... .64
Şekil 3.6. M1 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği... ...65
Şekil 3.7. M1 numunesi üst kayma açısı grafiği... ... ...65
Şekil 3.8. M1 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği ... 66
Şekil 3.9. M1 numunesi alt kat kayma açısı grafiği... ....66
Şekil Sayfa
Şekil 3.10. M2 numunesi deplasman geçmişi... .69
Şekil 3.11. M2 numunesi yük geçmişi... ...69
Şekil 3.12. M2 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği ... 74
Şekil 3.13. M2 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği.. ... .75
Şekil 3.14. M2 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği... ..75
Şekil 3.15. M2 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği... .76
Şekil 3.16. M2 numunesi üst kayma açısı grafiği... ... ...76
Şekil 3.17. M2 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği ... ..77
Şekil 3.18. M2 numunesi alt kat kayma açısı grafiği... .77
Şekil 3.19. AP1 numunesi deplasman geçmişi.. ... .79
Şekil 3.20. AP1 numunesi yük geçmişi... ... ...80
Şekil 3.21. AP1 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği... .86
Şekil 3.22. AP1 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği... 87
Şekil 3.23. AP1 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği. ... .87
Şekil 3.24. AP1 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği. ... ..88
Şekil 3.25. AP1 numunesi üst kayma açısı grafiği... ... ...88
Şekil 3.26. AP1 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği... 89
Şekil 3.27. AP1 numunesi alt kat kayma açısı grafiği.. ... ..89
Şekil 3.28. AP2 numunesi deplasman geçmişi ... ...91
Şekil 3.29. AP2 numunesi yük geçmişi... ... ..92
Şekil 3.30. AP2 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği... .98
Şekil 3.31. AP2 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği... 99
Şekil 3.32. AP2 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği.. ... 99
Şekil Sayfa
Şekil 3.33. AP2 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği.... ... 100
Şekil 3.34. AP2 numunesi üst kayma açısı grafiği... ... ...100
Şekil 3.35. AP2 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği... ..101
Şekil 3.36. AP2 numunesi alt kat kayma açısı grafiği... ... .101
Şekil 3.37. BP1 numunesi deplasman geçmişi... ... 103
Şekil 3.38. BP1 numunesi yük geçmişi... 104
Şekil 3.39. BP1 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği... 111
Şekil 3.40. BP1 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği... .112
Şekil 3.41. BP1 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği... .112
Şekil 3.42. BP1 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği. ... .113
Şekil 3.43. BP1 numunesi üst kayma açısı grafiği... ...113
Şekil 3.44. BP1 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği... ..114
Şekil 3.45. BP1 numunesi alt kat kayma açısı grafiği... .114
Şekil 3.46. BP2 numunesi deplasman geçmişi... ... 116
Şekil 3.47. BP2 numunesi yük geçmişi... ..117
Şekil 3.48. BP2 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği... ...123
Şekil 3.49. BP2 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği... ..124
Şekil 3.50. BP2 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği... ...124
Şekil 3.51. BP2 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği.... ... ..125
Şekil 3.52. BP2 numunesi üst kayma açısı grafiği... ...125
Şekil 3.53. BP2 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği ... ...126
Şekil 3.54. BP2 numunesi alt kat kayma açısı grafiği... .126
Şekil 3.55. CP1 numunesi deplasman geçmişi. ... 128
Şekil Sayfa
Şekil 3.56. CP1 numunesi yük geçmişi... ...129
Şekil 3.57. CP1 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği... .136
Şekil 3.58. CP1 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği... ...137
Şekil 3.59. CP1 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği... .137
Şekil 3.60. BP1 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği ... ..138
Şekil 3.61. CP1 numunesi üst kayma açısı grafiği... ...138
Şekil 3.62. CP1 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği... .139
Şekil 3.63. CP1 numunesi alt kat kayma açısı grafiği... .139
Şekil 3.64. DP1 numunesi deplasman geçmişi.... ... .141
Şekil 3.65. DP1 numunesi yük geçmişi... ... 142
Şekil 3.66. DP1 numunesi yük-yatay ötelenme grafiği... ...148
Şekil 3.67. DP1 numunesi üst kat moment-eğrilik grafiği... ..149
Şekil 3.68. DP1 numunesi alt kat moment-eğrilik grafiği. ... ...149
Şekil 3.69. DP1 numunesi üst kat kayma deformasyonu grafiği. ... .150
Şekil 3.70. DP1 numunesi üst kayma açısı grafiği... ... ...150
Şekil 3.71. DP1 numunesi alt kat kayma deformasyonu grafiği... .151
Şekil 3.72. DP1 numunesi alt kat kayma açısı grafiği... ... .151
Şekil 4.1. Deney elemanlarının yük- yatay ötelenme oranı zarf eğrileri. ... .153
Şekil 4.2. %1.5 yatay ötelenme oranında prefabrike elemanların yük kapasitelerinin monolitik elemanların yük kapasiteleri ortalamasına oranı... ... ..156
Şekil 4.3. %1.5 yatay ötelenme oranında prefabrike elemanların yük kapasitelerinin DP1 prefabrike elemanın yük kapasitesine oranı . ... 157
Şekil 4.4. Prefabrike elemanların maksimum yük kapasitelerinin monolitik elemanların maksimum yük kapasitelerine oranı... 158
Şekil Sayfa Şekil 4.5. Prefabrike elemanların maksimum yük kapasitelerinin DP1
elemanının maksimum yük kapasitesine oranı ... ... ..159 Şekil 4.6. Prefabrike elemanların %1.5 yatay ötelenme oranlarındaki deney
sonundaki yük kapasiteleri ve artış oranları... 160 Şekil 4.7. Deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranı sonuna kadar
her çevrimde kümülatif olarak tükettiği enerji miktarları... ...162 Şekil 4.8. %1.5 yatay ötelenme oranı sonunda prefabrike elemanların tükettiği enerji miktarlarının monolitik elemanların tükettiği enerji miktarlarına oranı . ... .163 Şekil 4.9. %1.5 yatay ötelenme oranı sonunda prefabrike elemanların tükettiği
enerji miktarlarının DP1 prefabrike elemanının tükettiği enerji
miktarına oranı .. ... 164 Şekil 4.10. Deney elemanlarının deney sonunda kümülatif olarak tükettiği
enerji miktarları ... 165 Şekil 4.11. Deney sonunda prefabrike elemanların tükettiği enerji miktarlarının monolitik M1 ve M2 elemanlarının tükettiği enerji miktarlarına
oranı ... 166 Şekil 4.12. Deney sonunda prefabrike elemanların tükettiği enerji miktarlarının DP1 prefabrike elemanının tükettiği enerji miktarına oranı . ... 167 Şekil 4.13. Prefabrike deney elemanlarının deney sonunda tükettiği enerji
miktarlarının %1.5 yatay ötelenme oranı sonunda tükettiği enerji
miktarlarına oranı ... 168 Şekil 4.14. Prefabrike elemanların başlangıç rijitliklerinin monolitik
elemanların başlangıç rijitliklerine oranı ... ...170 Şekil 4.15. Prefabrike deney elemanlarının başlangıç rijitliklerinin DP1
prefabrike elemanının başlangıç rijitlğine oranı ... ... 171 Şekil 4.16. Prefabrike elemanların %1.5 yatay ötelenme oranında rijitliğinin
M1 ve M2 elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranında rijitliklerine oranı .. ... 173 Şekil 4.17. Prefabrike elemanların %1.5 yatay ötelenme oranındaki rijitliğinin
DP1 elemanının bu yatay ötelenme oranında rijitliğine oranı ... 174
Şekil Sayfa Şekil 4.18. Deney elemanlarının başlangıç rijitliğine göre %1.5 yatay ötelenme
oranındaki rijitlik kayıpları ... ... ...175
Şekil 5.1. Donatısız betonun tek eksenli gerilme-şekil değiştirme eğrisi... ... 178
Şekil 5.2. Hognestad modeline göre betonun σ- ε grafiği... 179
Şekil 5.3. Von-mises silindiri ve elipsi. ... 180
Şekil 5.4. σ 1, σ 2 ve σ 3 koordiat sisteminde bir p noktasının yeri ... .182
Şekil 5.5. Willam-warnke göçme yüzü... ..182
Şekil 5.6. Donatı çeliğinin idealize edilmiş σ- ε ilişkisi... ..184
Şekil 5.7. Çeliğin elastik-tam plastik davranışı... 184
Şekil 5.8. Solid65 elemanı ... 186
Şekil 5.9. Link8 elemanı .. ... .192
Şekil 5.10. Solid45 elemanı... ... 195
Şekil 5.11. Monolitik model elemanlarının hacimsel olarak oluşturulması... 196
Şekil 5.12. Prefabrike model elemanlarının hacimsel olarak oluşturulması... 197
Şekil 5.13. Monolitik model elemanlarının katı model ağı ... 198
Şekil 5.14. Prefabrike model elemanlarının katı model ağı ... .198
Şekil 5.15. Model elemanlarının mesnetleri. ... 199
Şekil 5.16. M1 elemanında yüzey betonu tarafında ilk eğilme çatlağı. ... 202
Şekil 5.17. M1 elemanında kısa konsol tarafında ilk eğilme çatlağı.. ... .202
Şekil 5.18. M1 elemanında 14.5kN kuvvet altında sx gerilme dağılımı... 203
Şekil 5.19. M1 elemanında 14.5kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı... 203
Şekil 5.20. M1 elemanında son çevrimin ileri yüklemesinde 42.6kN yük altında oluşan hasar durumu. .... ... ..205
Şekil 5.21. M1 elemanında 42.6kN kuvvet altında sy gerilme dağılımı... 205
Şekil Sayfa
Şekil 5.22. M1 elemanında son çevrimin geri yüklemesinde hasar durumu .. ... 206
Şekil 5.23. M1 elemanında 14.5kN kuvvet altında sx gerilme dağılımı... .206
Şekil 5.24. AP1 elemanında kısa konsol tarafında ilk eğilme çatlağı... 207
Şekil 5.25. AP1 elemanında yüzey betonu tarafında ilk eğilme çatlağı... .208
Şekil 5.26. AP1 elemanında 33.4 kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı ... 208
Şekil 5.27. AP1 elemanında 33.4 kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı ... .209
Şekil 5.28. AP1 elemanında son çevrimin ileri yüklemesinde oluşan hasar durumu. ... 210
Şekil 5.29. AP1 elemanında 38.6 kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı.. ... 210
Şekil 5.30. AP1 elemanında 38.6 kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı.. ... 211
Şekil 5.31. AP1 elemanında 9. çevrimin geri yüklemesinde oluşan hasar durumu... ... ..211
Şekil 5.32. BP1 elemanında kısa konsol tarafında ilk eğilme çatlağı. ... .212
Şekil 5.33. BP1 elemanında yüzey betonu tarafında ilk eğilme çatlağı... .213
Şekil 5.34. BP1 elemanında 16.5 kN kuvvet altında sz gerilme dağılımı... ..213
Şekil 5.35. BP1 elemanında son çevrimin ileri yüklemesinde hasar durumu ... 215
Şekil 5.36. BP1 elemanında 37.0 kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı... ... ...215
Şekil 5.37. BP1 elemanında son çevrimin geri yüklemesinde oluşan hasar durumu ... .216
Şekil 5.38. BP1 elemanında 35.5 kN kuvvet altında sz gerilme dağılımı ... .216
Şekil 5.39. BP1 elemanında 36.0 kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı... ... .217
Şekil 5.40. CP1 elemanında kısa konsol tarafında ilk eğilme çatlağı... ... 218
Şekil 5.41. CP1 elemanında yüzey betonu tarafında ilk eğilme çatlağı... 218
Şekil Sayfa Şekil 5.42. CP1 elemanında 10. çevrimin ileri yüklemesinde 42 kN yük
altında oluşan hasar durumu ... 219
Şekil 5.43. CP1 elemanında 42.0 kN kuvvet altında sz gerilme dağılımı... 220
Şekil 5.44. CP1 elemanında son çevrimin geri yüklemesinde 41.9 kN yük altında oluşan hasar ... 220
Şekil 5.45. CP1 elemanında 41.9 kN kuvvet altında sxy gerilme dağılımı. ... .221
Şekil 5.46. CP1 elemanında 41.9 kN kuvvet altında sz gerilme dağılımı... .221
Şekil 5.47. DP1 elemanında yüzey betonu tarafında ilk eğilme çatlağı... 222
Şekil 5.48. DP1 elemanında 33.4 kN kuvvet altında sz gerilme dağılımı ... .223
Şekil 5.49. DP1 elemanında son çevrimin ileri yüklemesinde hasar durumu ... 224
Şekil 5.50. DP1 elemanında 48.9 kN kuvvet altında sz gerilme dağılımı.. ... ..224
Şekil 5.51. DP1 elemanında son çevrimin geri yüklemesinde oluşan hasar durumu. ... 225
Şekil 5.52. DP1 elemanında 48.5 kN kuvvet altında sz gerilme dağılımı... ... .225
Şekil 6.1. M1 deney ve analitik elemanı zarf eğrilerinin karşılaştırılması ... 227
Şekil 6.2. AP1 deney ve analitik elemanı zarf eğrilerinin karşılaştırılması ... ...228
Şekil 6.3. BP1 deney ve analitik elemanı zarf eğrilerinin karşılaştırılması . ... ....229
Şekil 6.4. CP1 deney ve analitik elemanı zarf eğrilerinin karşılaştırılması . ... 230
Şekil 6.5. DP1 deney ve analitik elemanı zarf eğrilerinin karşılaştırılması ... ..231
Şekil 6.6. Analitik elemanların yük- yatay ötelenme oranı zarf eğrileri... ..231
Şekil 6.7. %1.5 yatay ötelenme oranında ileri yüklemede analitik ve deney elemanlarının yük kapasiteleri... ... 233
Şekil 6.8. %1.5 yatay ötelenme oranında geri yüklemede analitik ve deney elemanlarının yük kapasiteleri. ... ..234
Şekil 6.9. %1.5 yatay ötelenme oranında analitik elemanların yük kapasitelerinin deney elemanlarının yük kapasitelerine oranı... ... 234
Şekil Sayfa Şekil 6.10. Maksimum yük seviyesinde ileri yüklemede analitik ve deney
elemanlarının yük kapasiteleri.. ... .236 Şekil 6.11. Maksimum yük seviyesinde geri yüklemede analitik ve deney
elemanlarının yük kapasiteleri. ... .237 Şekil 6.12. Maksimum yük seviyesinde analitik elemanların yük kapasitelerinin deney elemanlarının yük kapasitelerine oranı... ... 237 Şekil 6.13. Analitik ve deney elemanlarının ileri yüklemede rijitlikleri... .239 Şekil 6.14. Analitik ve deney elemanlarının geri yüklemede rijitlikleri.. ... .240 Şekil 6.15. İleri ve geri yüklemelerde analitik elemanların başlangıç
rijitliklerinin deney elemanlarının başlangıç rijitliklerine oranı ... 240 Şekil 6.16. Analitik ve deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranında
ileri yüklemede rijitlikleri... ... ...242 Şekil 6.17. Analitik ve deney elemanlarının %1.5 yatay ötelenme oranında
geri yüklemede rijitlikleri... ...243 Şekil 6.18. Analitik elemanların %1.5 yatay ötelenme oranında rijitliklerinin
deney elemanlarının rijitliklerine oranı ... ...243
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim Sayfa
Resim 2.1. Prefabrike kolonların birleşim bölgesinde bulunan aparatlar ... 23 Resim 2.2. Öngerme hattından kaldırılmak üzere olan prefabrike kolon resmi ... 24 Resim 2.3. Toronların gireceği deliklerin ağzına sünger yapıştırılması ... 26 Resim 2.4. Prefabrike kirişlerin kolonlara profillerle montajı ... 27 Resim 2.5. Prefabrike kolon ile kiriş arasındaki boşluğun sünger ile kapatılması .... 28 Resim 2.6. Dolgu betonunun pompa yardımı ile prefabrike kolon ile kiriş
arasındaki boşluğa doldurulması... 28 Resim 2.7. Öngerme toronlarının uçlarına öngerme kamalarının takılması ... 31 Resim 2.8. Ard çekme anında toronlardaki uzamanın ölçülmesi... 32 Resim 2.9. Düşey konumdaki toronlara ard çekme işleminin
uygulanması .... ... 37 Resim 2.10. Öngerme toronlarına enjeksiyon şerbetinin doldurulması... 39 Resim 2.11. Kiriş yüzey betonunun donatı resmi ... 40 Resim 2.12. Kiriş yüzey betonunun kalıbın içerisine yerleştirilmesi... 40 Resim 2.13. Yüzey betonlarından 150x150x150mm boyutlarında küp kalıplara beton örneği alınması ... 45 Resim 3.1. M1 monolitik deney elemanında rijit duvar tarafında kiriş esas
eğilme donatısının burkulması.... ... .62 Resim 3.2. M1 deney elemanın geri yüklemede % 2.26 yatay ötelenme
yapmış hali . ... .67 Resim 3.3. M1 deney elemanın ileri yüklemede % 5.76 yatay ötelenme
yapmış hali... ... .67 Resim 3.4. M2 deney elemanında eğilme donatısının kopması ... 73 Resim 3.5. M2 deney elemanın ileri yüklemede % 1 yatay ötelenme
yapmış hali ... 78
Resim Sayfa Resim 3.6. M2 deney elemanın geri yüklemede% 0.59 yatay ötelenme
yapmış hali... ... .78 Resim 3.7. AP1 deney elemanında kısa konsol ile dolgu betonu arasında
12 mm açıklık. ... ...83 Resim 3.8. AP1 prefabrike deney elemanında yüzey betonunun ezilmiş durumu .... 84 Resim 3.9. AP1 deney elemanında kiriş alt köşesinden beton parçasının
kopması. ... 85 Resim 3.10. AP1 deney elemanın ileri yüklemede % 4.37 yatay ötelenme
yapmış hali ... ....90 Resim 3.11. AP1 deney elemanın ileri yüklemede% 6.10 yatay ötelenme
yapmış hali.. ... ..90 Resim 3.12. AP2 deney elemanında rijit duvar tarafında dolgu betonunun
ezilmesi .. ... ..95 Resim 3.13. AP2 deney elemanında kiriş alt köşesinden betonun kopması ... 96 Resim 3.14. AP2 deney elemanında kolon üst yüzü ile yüzey betonu
arasında açılma ... ..97 Resim 3.15. AP2 deney elemanın ileri yüklemede % 4.5 yatay ötelenme
yapmış hali ... 102 Resim 3.16. AP2 deney elemanın ileri yüklemede% 6.0 yatay ötelenme
yapmış hali.... ... 102 Resim.3.17. BP1 deney elemanında yüzey betonunun alt kenarında ezilme... 107 Resim 3.18. BP1 deney elemanında kısa konsol ile dolgu betonu arasında
10mm açılma ... 108 Resim 3.19. BP1 elemanında kiriş alt köşesinden beton parçasının kopması . ... 109 Resim 3.20. BP1 elemanının geri yüklemede% 5.76 yatay ötelenme yapması ... 115 Resim 3.21. BP1 elemanının ileri yüklemede% 5.76 yatay ötelenme yapması... 115 Resim 3.22. BP2 deney elemanında dolgu betonunun köşesinin ezilmesi .. ... 119
Resim Sayfa Resim 3.23. BP2 deney elemanında kısa konsol ile kiriş alt kenarı
arasında açıklık... 121 Resim 3.24. BP2 deney elemanında yüzey betonunun alt kenarında ezilme ... . 121 Resim 3.25. BP2 elemanının geri yüklemede % 5.81 yatay ötelenme yapması. ... ..127 Resim 3.26. BP2 elemanının geri yüklemede % 5.99 yatay ötelenme yapması ... ..127 Resim 3.27. CP1 deney elemanı yüzey betonunun alt kenarında ezilme ... 131 Resim 3.28. CP1 elemanında kısa konsol ile kiriş alt kenarı arasında açılma . ... 133 Resim 3.29. CP1 elemanında rijit duvar tarafında kiriş alt kenarından
betonun kopması ... 134 Resim 3.30. CP1 elemanının geri yüklemede % 5.9 yatay ötelenme yapması ... .140 Resim 3.31. CP1 elemanının ileri yüklemede% 6.75 yatay ötelenme yapması ... 140 Resim 3.32. DP1 elemanının kiriş alt kenarından beton parçalarının kopması ... 146 Resim 3.33. DP1 elemanında yüzey betonundan beton parçalarının kopması ... 147 Resim 3.34. DP1 elemanın geri yüklemede% 5.1 yatay ötelenme yapması ... 152 Resim 3.35. DP1 elemanın ileri yüklemede% 5.8 yatay ötelenme yapması ... 152
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış simgeler, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklama
A Öngerme toronunun kesit alanı
a Eğrilik hesabında kullanılan LVDT’lerin eksenleri arası uzaklık b Eğrilik hesabı yapılan bölgenin yüksekliği
d9x d9’ün yatay izdüşümü d10x d10’ün yatay izdüşümü
d0 D0 LVDT’sinden ölçülen deplasman d1 Kolonun rijit yatay ötelenmesi
d2 Kirişin kolon üzerinde rijit yatay ötelenmesi
dθ Düğümdeki dönmeden dolayı d0 doğrultusunda oluşan deplasman dnet Kiriş ucunun yatay yöndeki net deplasmanı
d11x d11’ün yatay izdüşümü d12x d12’nin yatay izdüşümü
di i. LVDT’den okunan deformasyon Ec Betonun elastisite modülü
Emax Öngerme toronunun maksimum elastisite modülü Emin Öngerme toronunun minimum elastisite modülü ft Betonun tek eksenli çekme dayanımı
fbc Betonda iki eksenli basınç dayanımı f2 Betonda bir eksenli ezilme gerilmesi ki i. Bölgenin eğriliği
Simgeler Açıklama
L0 Öngerme toronuuzunluğu
L Kolon üst yüzü ile D0 LVDT’si ekseni arasındaki uzaklık M Monolitik eleman
P Prefabrike eleman
θ Düğümün (kolon-kiriş birleşiminin) dönme açısı
γ9, γ10 Birinci bölgede d9 ve d10 ile hesaplanan kayma açıları γ1 Birinci bölgede ortalama kayma açısı
γ11 , γ12 İkinci bölgede d11 ved12 ile hesaplanan kayma açıları γ2 İkinci bölgede ortalama kayma açısı
θi i. Bölgede dönme açısı
εco Betonun maksimum gerilme düzeyindeki birim şekil değiştirmesi εcu Betonun kopma birim uzaması
σy Betonda elastik davranıştan plastik davranışa geçiş gerilmesi σe Betonda eşdeğer gerilme değeri
σ1, σ2, σ3 Betonda asal gerilmeler σ Betonda basınç gerilmesi
l. GİRİŞ
Prefabrike yapılar; özellikle endüstride imalat hızı, fabrikada üretim, yapı elemanlarının kalitesi, hassas boyut ve bağıl maliyet gibi nedenlerle yerinde inşa edilen betonarme yapılara ve çelik yapılara göre daha çok tercih edilmektedir.
Bununla birlikte bu yapıların deprem riski yüksek bölgelerde kullanılması ile ilgili deneysel ve analitik çalışmalar sınırlıdır. Çoğu yapı şartnamesinde prefabrike yapılar için özel koşullar bulunmamaktadır. Bu durumda prefabrike yapıların sismik performansının bu yapıların özdeşi olan monolitik yapıların sismik performansına eşit veya daha yüksek olduğunun deneysel olarak gösterilmesi gerekmektedir.
Prefabrike yapıların performanslarının büyük oranda bu yapıların elemanlarının birleşimlerine bağlı olduğu ortaya çıkmıştır. Yaşanan 1992 Erzincan, 1995 Dinar, 1998 Ceyhan ve 1999 Marmara ve Düzce depremlerinde prefabrike yapıların davranışlarına bakıldığında hasarların çoğunlukla yetersiz tasarım ve imalat nedeni ile birleşimlerde yoğunlaştığı görülmüştür. Bu yapıların diğer elemanlarında çok az hasar veya hiç hasar görülmemiştir.
Prefabrike yapılarda birleşimlerin tasarım ve imalatının en önemli sorun olduğu görülmüştür. Bu nedenle birleşimler üzerine çalışmalar yapılmaya başlamıştır.
Çalışmaların büyük çoğunluğu ise kolon kiriş birleşimleri üzerine yoğunlaşmıştır.
Kolon kiriş birleşimleri basit ve moment taşıyıcı birleşimler olarak gruplandırılabilir.
Basit birleşimler yalnız yerçekiminden kaynaklanan yükleri karşılayacak şekilde tasarlanır. Bu birleşimlerin yalnız kesme kuvveti ve eksenel kuvvet taşımasına izin verilir. Deprem riski yüksek bölgelerde şayet yeterli perde duvarı mevcut ise bu birleşimlerin kullanılmasına izin verilebilir. Moment taşıyıcı birleşimler ise eksenel kuvvet ve kesme kuvvetinin yanında moment aktaracak şekilde tasarlanmaktadır.
Moment aktaran birleşimler ıslak birleşimler, kuru birleşimler ve art çekmeli birleşimler olarak gruplandırılabilir. Islak birleşimlerde elemanlar birbirine kaynak v.s. bağlandıktan sonra birleşen elemanların arasındaki boşluklar şantiyede hazırlanmış olan dolgu betonu ile doldurulmaktadır. Kuru birleşimlerde ise
prefabrike elemanların üretimi aşamasında bu elemanlara yerleştirilmiş olan plakalardan birbirine kaynakla birleştirilmektedir. Üçüncü birleşim olan art çekmeli birleşimlerde prefabrike elemanların birleşimi bu elemanların üretimi aşamasında içerisinde oluşturulmuş kanallardan geçirilen yüksek dayanımlı donatılar ile sağlanmaktadır. Art çekmeli birleşimler kurulumu daha hızlı, tersinir yükleme altında daha az rijitlik kaybı, sahada yüksek kaliteli üretim v.s sebeplerden dolayı tercih edilmektedir.
Yürütülen deneysel çalışmada kolon ve kirişleri art çekmeli olarak birleştirilmiş 2/5 ölçekli altı adet prefabrike eleman ve bu prefabrike elemanlara referans olacak iki adet monolitik elemanın test edilmesi planlanmıştır. Monolitik elemanların göstermiş olduğu rijitlik, enerji tüketme ve moment taşıma kapasitesinin geliştirilen art çekmeli birleşim detayı ile prefabrike elemanlarda da sağlanması amaçlanmıştır.
Geliştirilen birleşim detayı prefabrike kolon ve kirişlerin art çekmeli olarak birleştirilmesinden ibarettir. Deneylerde prefabrike kolon ve kirişlerin art çekmeli olarak birleştirilmesinde kullanılan öngerme toronlarının çapı ve toronlara uygulanan germe oranlarının birleşimin davranışına etkisinin araştırılması amaçlanmıştır.
Öngerme toronlarının farklı oranlarda gerilmesi ve farklı çaplarda öngerme toronu kullanılmasının prefabrike kolon kiriş birleşiminin rijitlik, enerji tüketme ve moment taşıma kapasitesine etkisinin araştırılması amaçlanmıştır.
Prefabrike kolon ve kirişlerin art çekmeli birleşimlerinde kullanılan öngerme toronlarının çapının ve bu toronlara uygulanan germe oranlarının davranışa etkisinin incelenmiştir. Çalışmada art çekme işleminde kullanılan öngerme toronunun çapı ve toronlara uygulanan germe oranları temel iki değişkendir. Deney programında yer alan deney elemanlarının karakteristik özellikleri aşağıda sunulmuştur.
Monolitik deney elemanları prefabrike deney elemanlarına referans olması amacı ile tek döküm olarak üretilen deney elemanlarıdır. Bu deney elemanlarının kolon ve kirişleri prefabrike kolon ve kirişlerle özdeştir.
Art çekme işleminde kulanılan öngerme toronlarının çapının davranışa etkisini araştırmak amacı ile aşağıda belirtilen çaplarda öngerme toronları kullanılmıştır.
• 12,70 mm çapında öngerme toronu kullanılması
• 15,24 mm çapında öngerme toronu kullanılması
Prefabrike kolon ve kirişlerin art çekmeli olarak birleştirilmesinde öngerme toronları aşağıda belirtilen oranlarda gerilmiştir.
• Öngerme toronlarına kopma dayanımının %40'ı oranında gerilme uygulanması
• Öngerme toronlanna kopma dayanımının %50'si oranında gerilme uygulanması
• Öngerme toronlarına kopma dayanımının %60'ı oranında gerilme uygulanması
Deney elemanlarına 3. bölümde detaylı olarak anlatılmış olan deney programı uygulandıktan sonra elde edilen sonuçlar deney elemanlarının moment kapasitesi, rijitlik ve enerji tüketme kapasiteleri açısından değerlendirilmiştir. Programda belirtilen deney prosüdürü uygulandıktan sonra prefabrike elemanlara üçer defa brüt
%l, 2 ve 4 yatay ötelenme oranları uygulanmıştır. Prefabrike elemanlara ayrıca uygulanmış olan yatay ötelenme oranlarından elde edilen sonuçlar ile normal deney prosedüründen elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçların yanında deney elemanlarının sonlu elemanlar yöntemi esaslı ANSYS programı ile bilgisayar modeli kurularak analizleri yapılmıştır. Bu analizlerden elde edilen sonuçlar ile deneylerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Literatür incelendiğinde yeni jenerasyon olarak adlandırılan art çekmeli kolon kiriş birleşimleri üzerine sınırlı sayıda çalışma sonuçlarının yayınlandığı görülmüştür.
Literatüre ilk defa 1971'de giren bu çalışmaların amacı bu birleşimlerin monolitik sistemlere göre avantajlarını ve dezavantajlarını ortaya koymaktır. 1971 yılından beri bu konuda yürütülmüş olan çalışmalar bu bölümde özetlenmiştir.
Park, Blakey ve Park, Thompson öngerme toronları ile ankrajlı ve parçasal ankrajlı art çekmeli kolon kiriş birleşimleri üzerine çalışmıştır [1-3]. İlk olarak Yeni Zelanda’da Blakey ve Park tarafından başlatılmış ve çalışmayı daha sonra Park ve Thompson devam ettirmiştir.
Bu çalışmalarda Park ve Blakely tarafından dört adet art çekmeli olarak birleştirilmiş kolon-kiriş birleşimi test edilmiştir. Birleşimlerde art çekme işleminde kullanılan donatının içerisinden geçtiği kılıfın içerisi enjeksiyon harcı ile doldurulmuştur.
Ayrıca kolonlarda öngerme kuvveti mevcuttur. Dört elemandan iki tanesi plastik mafsal kirişte meydana gelecek şekilde diğer iki tanesinde ise plastik mafsal kolonda meydana gelecek şekilde tasarlanmıştır. Test elemanları beton ezilmeden önce çok az enerji tüketmişlerdir. Ayrıca beton ezildikten sonra çok hızlı rijitlik kaybı gözlenmiştir. Buna rağmen bütün elemanlar yüksek süneklik ve düşük artık deplasman göstermeleri bakımından tatminkardır. Bu çalışmanın devam eden aşamasında Park ve Thompson on adet 1/1 ölçekli iç kolon kiriş birleşimini test etmişlerdir. Bu çalışmalarda art çekmeli birleşimlerde kullanılan yumuşak çeliğin ve yüksek dayanımlı donatıların katkısı araştırılmıştır. Elemanlardan beş adedi yalnız yüksek dayanımlı donatı içermektedir. Elemanlardan dört adeti yumuşak çeliğin yanında yüksek dayanımlı donatı içermektedir. Geri kalan bir eleman ise sadece yumuşak çelik içermektedir.
Deneylerin sonunda öngermesiz boyuna donatıların elemanların sünekliğini kayda değer şekilde artırdığı gözlenmiştir. Keza öngermesiz boyuna donatıların beton ezilinceye kadar dayanım ve rijitlik kaybını azalttığı görülmüştür. Kiriş kesitinin ortasından geçen yüksek dayanımlı donatının birleşimin kesme kuvveti taşıma kapasitesine olumlu etkisi olduğu gözlenmiştir.
Priestly, MacRae ve Priestly, Tao National Institute of Standards and Technology’de yürüttüğü çalışmalarda art çekmeli prefabrike birleşimlerde art çekme işleminde kullanılan kılıfın içerisinin çimento şerbeti ile doldurulmasının birleşimin davranışına etkisini test etmişlerdir [4-5]. Tersinir deprem yüklerine maruz kalan bu elemanlar önemli süneklik göstermişlerdir. Buna rağmen art çekme işleminde
kullanılan yüksek dayanımlı donatıda elastik olmayan deformasyonlardan dolayı art çekmeden oluşan kenetlenme kuvvetlerinde kayıplar görülmüştür. Bu yüzden bu tür birleşimler aşırı germeden dolayı rijitlik kaybına uğramıştır. Priestly ve Tao parçasal art çekmeli olarak birleştirilmiş prefabrike birleşimler üzerine teorik olarak çalışmışlardır. Bu analitik sonuçlar Priestly ve MacRae tarafından yapılan deney sonuçları ile doğrulanmıştır. Bu çalışmalarda iki adet büyük ölçekli kolon kiriş birleşim test edilmiştir.
Art çekmeli birleşimler üzerine NIST'te yürütülen çalışmalarda deprem bölgelerinde bu gibi yapıların birleşimleri için rasyonel tasarım prosedürü oluşturulmasında veri sağlamak amaçlanmıştır. [6-11]. Geniş kapsamlı olan bu çalışmalarda art çekmeli prefabrike kolon-kiriş birleşimlerinin sismik performansı üzerine deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Bu çalışmalarda toplam 20 adet iç kolon-kiriş birleşimi dört aşamada test edilmiştir. Test edilen birleşimler kaynaksız, bulonsuz, gusesiz üretilmiştir.
Birleşimlerde kesme dayanımının sağlanması için yüksek dayanımlı donatı kullanılmıştır. Programın ilerleyen aşamalarında elemanların enerji tüketme kapasitelerini geliştirmek için öngermesiz donatı da kullanılmıştır. Bu dört aşama süresince art çekmede kullanılan donatının tipi, yeri ve ankrajı, art çekmede kullanılan donatının yalnız veya öngermesiz donatı ile birlikte kullanılması ve öngermesiz donatının miktarı parametre olarak denenmiştir. Çalışmalar aşağıda dört aşamada anlatılmıştır.
Geraldine S. Cheok ve H. S. Lew çalışmalarında altı adet 1/3 ölçekli kolon-kiriş birleşimi test etmiştir. Bu birleşimlerden ikisi prefabrike art çekmeli kolon kiriş birleşimi, ikisi 2. derece deprem bölgeleri için tasarlanmış monolitik kolon kiriş birleşimi, diğer ikisi 4. derece deprem bölgeleri için tasarlanmış monolitik kolon kiriş birleşimidir. Bu aşamada monolitik kolon kiriş birleşimleri UBC (Uniform Building Code) ve ACI 352'ye (American Concrete Institute) göre tasarlanmıştır. Monolitik elemanlarda kiriş alt yüzünde donatı oranı %0,7 kiriş üst yüzünde donatı oranı %0,8 ve kiriş boyutları 203x406 mm'dir.
Prefabrike elemanlarda kolon kiriş birleşimi için iki adet 25,4 mm çapında yüksek
dayanımlı donatı kullanılmıştır. Kullanılan bu donatıların kiriş alt ve üst yüzlerinden mesafesi 89 mm'dir. Başlangıçta kolon yüzü ile kiriş arasındaki normal gerilme art çekme işleminden dolayı 7 N/mm2 dir. Ayrıca yüksek dayanımlı donatının içerisinden geçtiği kablonun içi 41 N/mm2 dayanımında harç ile doldurulmuştur.
Kolon kiriş arası ise çelik lifli beton harcı ile doldurulmuştur. Bu aşamada prefabrike elemanlarda a/d=2,74'tür.
Bu aşamada elde edilen deney sonuçlarından art çekmeli kolon kiriş birleşimlerinin monolitik kolon kiriş birleşimleri kadar rijit ve sünek olduğu ve deprem riski yüksek bölgelerde uygulanabileceği görülmüştür. Bununla birlikte her çevrimde ve toplamda enerji tüketim kapasitelerinin geliştirilmesi gerektiği görülmüştür.
Geraldine S. Cheok ve H. S. Lew'in çalışmalarının ikinci aşamasının amacı birinci aşamada belirlenen birleşimlerin karekteristiklerinin geliştirilmesidir. Bu aşamada iki takım prefabrike birleşim test edilmiştir. Birinci takım birleşimde yüksek dayanımlı donatı kullanılırken diğer takımda öngerme toronu kullanılmıştır. İki takımda da kiriş boyuna donatısı kiriş merkezine daha da yaklaştırılmıştır. Yüksek dayanımlı donatı kullanılan birinci takım elemanlarda bu donatılar kiriş alt ve üst yüzlerinden 140 mm mesafeye yerleştirilmiştir, ikinci takımda ise altı adet öngerme toronu kullanılmıştır.
ikinci takımda donatıların ağırlık merkezlerinin kiriş alt ve üst yüzlerine mesafeleri 102 mm'dir. Art çekme işleminden dolayı kolon yüzü ile kiriş arasındaki normal gerilme 7 N/mm2'dir. Ayrıca yüksek dayanımlı donatının içerisinden geçtiği kılıfın içi 41 N/mm2 dayanımında harç ile doldurulmuştur. Kolon ile kiriş arası çelik lifli beton harcı ile doldurulmuştur. Bu elemanlarda kiriş temiz açıklığının kiriş yüksekliğine oranı a/d=2,4'tür. İki aşamadan oluşan bu çalışmada bu aşamalardan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Birinci aşama sonuçları ile ikinci aşama sonuçları dayanım, enerji tüketme ve birleşimin sünekliği açısından karşılaştırılmıştır. İkinci aşamada bu değerler birinci aşamadan çok yüksek değildir. Fakat prefabrike birleşimlerin dayanımı monolitik birleşimler kadar tatminkardır. İkinci aşamada yapılan değişikliklerden dolayı enerji tüketimi kapasitesinde artış görülmüştür. Enerji tüketme kapasitesi kiriş içinden
geçen donatı merkeze yaklaştırıldığında %45 artmıştır. Yüksek dayanımlı donatı yerine öngerme toronu kullanılması ile enerji tüketimi %30 artmıştır.
Geraldine S. Cheok ve William Stone üçüncü aşamada birinci ve ikinci aşamalarda oluşan kayma bölgeleri üzerine çalışılmıştır. Prefabrike elemanlarda tersinir yükler altında deneyin ilerleyen safhalarında kayma bölgelerinin sıfır rijitlik sergilediği görülmüştür. Bu kayma öngerme toronunun akmasına neden olmaktadır. Kaymayı elemine edebilmek için parçasal ankrajlı öngerme toronlarının kullanılması düşünülmüştür. Parçasal ankrajlı toronlarm kullanılması ile toronlardaki deformasyonların azalması beklenmektedir. Sonuç olarak üçüncü aşama, ikinci aşama ile kabloların kolonların yüzünden 381 mm mesafede ankrajsız olması dışında özdeştir.
Üçüncü aşamada, ikinci aşamaya göre dayanımda herhangi bir azalma olmamıştır.
Parçasal ankrajlı öngerme toronlarının kullanılması birinci ve ikinci aşamalarda sıfır deplasmanda meydana gelen kayma bölgesini ortadan kaldırmıştır. Buna karşın parçasal ankrajlı toronların kullanıldığı deney elemanlarının tam ankrajlı toron kullanılan deney elemanlarına göre yaklaşık %50 az enerji tükettiği görülmüştür.
Geraldine S. Cheok ve William Stone dördüncü aşamaya kadar olan çalışmalarda bu aşamada bundan önceki üç aşamanın sonuçlarından prefabrike elemanlarda yalnız öngerme toronu kullanıldığında enerji tüketme kapasitelerinin daha düşük olduğu görülmüştür. Bu nedenle dördüncü aşamanın amacı elemanların sismik performanslarını ve enerji tüketme kapasitelerini geliştirmektir. Bu aşamada elemanlardaki öngerme toronunun akmasını ertelemek için iki yöntem kullanılmıştır.Kullanılan yöntemler aşağıda özetlenmiştir.
Birinci yöntemde öngerme toronları kirişin ortasına yaklaştırılmıştır. Toronların az deformasyon göstermesi için tam ankrajlı olması sağlanmıştır.
İkinci yöntemde ise ankrajsız öngerme toronları kirişin alt ve üst kenarlarına yerleştirilmiştir(JP4). İki durumda da yumuşak çelik kirişin alt ve üst kenarlarına
tamamen ankrajlı olarak yerleştirilmiştir. Bu aşamada LP4 iki defa test edilmiştir.
Elemanın ilk iki testi LP4A ve LP4B yalnız ankrajsız öngerme toronu içermektedir.
LP4C ise kiriş alt ve üst kenarlarında yumuşak çelik ve öngerme toronu içermektedir
4A aşamasına kadar olan deneylerde kirişlerin alt ve üst yüzlerine düşük dayanımlı yumuşak çelik yerleştirilmiş ve art çekme işleminde kullanılan yüksek dayanımlı donatı veya öngerme toronları kirişlerin merkezine daha da yaklaştırılarak deney elemanlarının enerji tüketme kapasiteleri geliştirilmiştir.
Geraldine S.Cheok ve William Stone çalışmanın 4A aşamasında birleşimlerde yumuşak çeliği enerji tüketmesi amacı ile kullanılmıştır. Art çekme işleminde gerekli kesme direncini sağlamak için ise yüksek dayanımlı donatı kullanılmıştır. Bu aşamada değişken olarak yumuşak çeliğin miktarı ve türünün davranışa etkileri araştırılmıştır. Birleşimler kirişin merkezinde öngerme toronu içermektedir.
Kirişlerde art çekme işleminden dolayı oluşan başlangıç gerilmesi 3 N/mm2'dir.
Kirişlerin kolona temas eden kenarlarına betonun ezilmemesi için çelik korniyerler yerleştirilmiştir. Bu aşamada deney elemanlarının kırılması yumuşak çeliğin kopmasından kaynaklandığı için bu aşamada yumuşak çeliğin kolon iç yüzünden 25 mm mesafeden sonra ankraj yapılmasına karar verilmiştir.
4.B aşaması sonunda birleşimler dayanım, yatay ötelenme oranı, enerji tüketimi ve betondaki hasar açısından monolitik birleşimlere eşit veya bu birleşimleri aşacak kapasitede tasarlanmıştır. Elemanlar yaklaşık %2 yatay ötelenme oranında monolitik birleşimlerle karşılaştırabilecek düzeyde enerji tüketmiştir. Deplasman ölçerler deney süresince kolon kiriş birleşim bölgesinde düşey kayma göstermemiştir. Kolon kiriş birleşiminde oluşan kayma bölgesinin ölü yükten dolayı meydana gelmediğini göstermek amacı ile bu aşamada elemanların üzerine ağırlık uygulanmıştır.
PRESSS’ kapsamında yapılan çalışmalar dört aşamada analitik ve deneysel olarak gerçekleştirilmiştir [15]. Çalışmaların amacı farklı deprem bölgelerinde yapılacak yapılar için tasarım koşulları geliştirmektir. Çalışmaların bir kısmı Minnesota ve Texas Üniversitelerinde gerçekleştirilmiştir. Çalışmalarda dört farklı
birleşim türü test edilmiştir. Test edilen birleşim türlerinin özellikleri aşağıda açıklanmıştır.
Birinci birleşim türü nonlineer elastik sistem olup ankrajsız yüksek dayanımlı donatı içermektedir. Bu birleşim türü hasarın azaltılmasında, artık yatay ötelenme oranlarının azaltılmasında ve başlangıçta yüksek rijitlik sağlanmasında başarılı olmuştur. Fakat yüklemelerde geri dönüşte deplasmanda düşüşü azaltmıştır.
İkinci birleşim türü çekme-basınç-akma birleşimi olarak adlandırılmıştır. Bu birleşim türü orta dayanımda çelik içermektedir. Bu tür birleşimler önemli miktarda enerji tüketimine izin vermiştir. Bununla birlikte elastik ötesi yüklemelerde artık deplasmanlar gözlenmiştir. Çekme-basınç-akma birleşim türü sıradan betonarme birleşimlere benzemektedir. Tek fark akmanın plastik mafsal uzunluğu boyunca dağılması yerine yalnız birleşim bölgesinde yoğunlaşmasıdır.
Üçüncü birleşim türü, bu iki birleşimin kombine edilmesi şeklindedir. Bu hibrit birleşim bütün türlerdeki sıkıntıları hemen hemen elemine etmiştir. Birleşim kesit ortasında ankrajsız yüksek dayanımlı donatı ile sağlanmaktadır. Enerji tüketmesi için ek olarak kirişin alt ve üstünde enjeksiyonu yapılmış öngermesiz yumuşak çelik kullanılmıştır.
Dördüncü birleşim türü ise sürtünme ile enerji tüketen özel ekipmanlar içermektedir.
Çalışmanın ikinci aşamasında 1999 yılında California Üniversitesinde %60 ölçekli 5 katlı prefabrike yapı tasarlanmış ve tersinir yükler altında test edilmiştir. Bu çalışmada yapı deprem yüklerine benzer yükler altında test edilmiştir.
Deneyler deplasman kontrollü olarak sürdürülmüştür. Deneylerde dört adet birleşim türü iki farklı çerçevede test edilmiştir. Bu çerçeveler kendilerine dik yönde kesme duvarına bağlanmışlardır. Test edilen birleşimler çekme basınç akma açıklığı, çekme basınç akma, hibrit birleşim ve öngermeli birleşimdir. Birleşimlerden ilk 3 adedi önceki aşamalarda test edilmiştir. Birleşimlerde tek açıklıklı kiriş sürekli kolona
bağlanmıştır. Son birleşim türünde ise açıklık boyunca öngermeli olan kiriş tek katlı kolonların üzerine bağlanmıştır. Deneylerde hibrit ve öngermeli birleşimlerin performanslarının oldukça iyi olduğu görülmüştür. Fakat birleşim bölgesinde küçük de olsa betonda dağılma ve önemsiz birleşim çatlakları görülmüştür. Çekme-basınç- akma birleşim türünün ise birleşim yüzünde kaymaların dışında oldukça tatminkar olduğu görülmüştür. Çalışmadan elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir.
Yapıya UBC'de 4. derece deprem bölgeleri için belirtilen sismik dataların %50 fazlası uygulandığı halde yapının davranışı oldukça tatminkardır. Yapıda duvar yönünde hasar çok azdır. Çerçeve yönünde dayanım kaybı gözlenmemiştir. Yapıya tasarım yatay ötelenmelerinin 2 kalından fazla yatay ötelenme uygulanmasına rağmen (%4.5) çerçeve yönünde eşdeğeri betonarme çerçeveye göre çok az hasar görülmüştür. Öngermeli çerçevenin performansı oldukça iyi seviyededir. Hasar betonun hafif dökülmesiyle ve birleşim bölgesinde dolgu harcının ezilmesiyle sınırlıdır.
Seval Pınarbaşı tarafından yürütülen çalışmada yaklaşık 1/2 ölçekli dört adet eleman deprem yüklerine benzer yükler altında test edilmiştir [16]. Birinci eleman (MR1) monolitik referans elemandır, ikinci eleman orjinal prefabrike elemandır(POl). Bu eleman piyasada bir firma tarafından uygulanan birleşim türüne göre tasarlanmıştır.
Bu birleşimin düşük kapasiteli ve donatısının yetersiz olduğu görülmüştür. Bu yüzden üçüncü prefabrike elemanda (PM1) birleşim donatısı miktarı kayda değer biçimde artırılmıştır. Buna rağmen bu elemanda kirişin beklenmeyen bölgesinde plastik mafsal oluşumu gözlenmiştir. Modifiye edilen dördüncü elemanda (PM2) görülen iyileşmeler birleşim performansı açısından tatminkardır. Deney elemanları yeterli dayanım, süneklik, kabul edilebilir düzeyde enerji tüketimi ve rijitlik göstermiştir. Enerji tüketim kapasitesinin kirişin alt ve üst kenarına yerleştirilen öngermesiz donatı miktarının artması ile arttığı görülmüştür.
Fanning yaptığı çalışmada biri 3,0 m açıklıklı klasik, diğeri 9,0 m açıklıklı ön gerilmeli iki ayrık donatılı kiriş ANSYS Sonlu Elemanlar Programı'yla modellenmiş ve bulunan sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır [17]. Beton için Solid65,
çelik ve öngerme kabloları için Link8 elemanları kullanılmış, beton ve çeliğin birim uzamaları aynı kabul edilmiştir. Klasik kiriş, yakınsamayı kolaylaştırma ve deney elemanlarıyla uyum sağlayabilme amacıyla deplasman kontrollü yüklenmiştir. 9,0 m lik kirişi ön gerilmeli olarak tanımlamak için ise girilen ön gerilme kablolarına (Link8 elemanları) başlangıç şekil değiştirmesi verilmiştir. ANSYS'in betonun nonlineer davranışını modellerken yaptığı kabulle, kullandığı elemanlar ve özellikle betonun içinde tanımlanan gizli çatlak modelinin gerçeğe ne kadar uyduğunu belirlemek için yapılmış bu çalışmadan elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. 3,0m 'lik klasik kirişin göçme yükü sonlu eleman modelinde 66,1 kN olarak bulunurken, deneylerden bu değer 66,18 ve 66,7 kN olarak elde edilmiştir.
İlk çatlağa kadar lineer devam eden yük - deplasman eğrisi, yaklaşık 17 kN 'da ilk çatlak görüldükten sonra daha düşük bir rijitlikle deney sonuçlarıyla uyumlu bir biçimde devam etmiştir. Ancak, deneyden elde edilen maksimum kiriş orta nokta deplasmanı 45 mm iken, modelden elde edilen deplasman 27 mm'yi geçememiştir.
Art germeli 9,0 m 'lik kirişte ise sonlu eleman modeliyle bulunan göçme yükü, deneyden elde edilen göçme yükünden %12 daha düşük bulunmuştur. Sonuç olarak, gizli çatlak modelinin betonarme sistemlerin eğilmeden göçmesinde kullanılabilecek uygun bir nümerik model olduğu sonucuna varılmıştır.
Arnesen, Sorensen ve Bergan çalışmasında iki program geliştirilmiştir [18].
Birincisinde düzlem gerilme problemi ele alınmış ve plastisite teorisi kullanılmıştır.
Bu programda iki boyutlu bir kiriş analiz edilmiştir. Bu kirişin dataları da Bresler - Scordelis kirişinden alınmıştır. Betonun modellenmesinde iki boyutlu dört düğüm noktalı düzlem elemanlar, donatı için ise iki düğüm noktalı çubuk elemanlar kullanılmıştır. Basınç altında beton malzemesinin davranışı Von Mises elipsiyle belirlenen elastik orantılılık sınırına kadar lineer elastik, ondan sonra da lineer pekleşmeli plastik olarak, donatı davranışı ise akma noktasından sonra pekleşmeli plastik olarak tanımlanmıştır. Çalışmanın sonucunda kiriş için yapılan modellemenin yetersiz geldiği belirtilmiştir.
Yılmazer M. çalışmasında 2300 mm boyunda 250x150 mm kesitinde basit mesnetli kirişin ANSYS programı ile modellemesini yapmıştır [19]. Beton için Solid65
elemanı içinde donatılar tanımlanarak kullanılmıştır. Solid65 elemanının içindeki donatı hacminin eleman hacmine oranı her bir yön için ayrı ayrı hesaplanmıştır.
Yapılan analiz sonuçlarına göre, model kirişi 17,31 kN seviyelerine kadar lineer elastik davranmış, bu yük seviyesinde açıklık ortasında çekme çatlağı oluşup plastik bölgeye geçmiştir .
Mesnet hizalarında kirişin üst yüzünde görülen pozitif gerilme, her ne kadar basit kiriş varsayımı yapılarak modelleme yapılsa da artan yükle birlikte mesnet üstlerinde çatlak oluşacağını göstermektedir. Nitekim yükün artmasıyla birlikte açıklık ortasındaki çatlaklar ilerlemiş, ayrıca mesnet üstünde de çatlaklar oluşmuştur. Buna, mesnetlerin 120 mm içeriden tanımlanmasının neden olduğu düşünülmektedir. Kiriş modellemesi yapılırken her ne kadar mesnetler, gerilme yığılmasını engellemek için kiriş derinliğine doğru üç hat üzerinde tanımlanmış olsalar da yükün artmasıyla birlikte mesnetlerin kirişe birleşim noktalarındaki çatlaklar engellenememiştir.
Model kirişinin yük-deplasman eğrisi ile deney kirişinin yük deplasman eğrisi özellikle donatının akmasına kadar oldukça yakın çıkmıştır. Deney sonuçlarına göre donatı 138 kN yük altında akmıştır. Akma anında kirişin deplasmanı 9,2 mm olarak ölçülmüştür. Model kirişinde ise akma yükü olarak 144 kN, akmadaki deplasman olarak da 9,2 mm bulunmuştur.
Deney kirişi ve model kirişinin akma yükleri ve rijitlikleri arasındaki fark %4'tür.
Akmadaki deplasman ise aynıdır. Donatı aktıktan sonra deney kirişi büyük deformasyon yaparak sünek bir davranış göstermiş, 144 kN'da 48,2 mm deplasman yaparak göçmüştür. Model kirişi ise akmadan sonra yük taşımaya devam etmiş, 171 kN'da 27,6 mm deplasman yaparak göçmüştür.
Çalışmanın sonunda bilgisayarda oluşturulan sonlu eleman modelinin gerçek davranışa oldukça yaklaştığı, yine de bilgisayar modelinin deney elemanına göre daha rijit davranıp daha az süneklik göstererek göçmeye ulaştığı görülmüştür.
Çalışma sonuç itibari ile betonarme bir elemanın analitik olarak modellenmesinde iyi örnek olmuştur.
Antonio F. Barbosa ve Gabriel O. Riberio çalışmalarında aynı kiriş için iki farklı modelleme yapmışlardır [20]. Kiriş, 4,0 m açıklıklı, 200x350 mm kesitinde, düzgün yayılı yükle yüklü basit mesnetli bir kiriştir. Donatı olarak yalnız 114200 mm2 alanlı çekme donatışı mevcuttur. Her iki modellemede de boyuna ve enine simetriden dolayı kiriş geometrisinin 1/4'ü modellenmiştir. Birinci modelde beton solid65 elemanı ile tanımlanırken, donatı için link8 çubuk elemanı olarak tanımlanmıştır.
İkinci modelde ise donatılar solid65 elemanlarının bünyesinde hacimsel oranlarla tanımlanmıştır (gizli donatı). Her iki model de 4 kere analiz edilmiştir. Beton için her analizde farklı malzeme modelleri oluşturulmuş ezilmeli lineer elastik, elastik tam plastik, multilineer pekleşmeli plastik ve ezilmeli multilineer pekleşmeli plastik, donatı için ise lineer elastik, elastik-tam plastik modelle yetinilmiştir.
Bütün analizlerde yük - deplasman eğrileri düşük yüklemelerde birbirlerine çok yakın sonuçlar vermiştir. Başlangıçtaki lineer ilişki, betonda çatlama başlayınca ani bir rijitlik kaybı gösterip devamında yine yaklaşık lineer olarak devam etmiştir. Gizli donatılı modellerde bu rijitlik kaybı safhasındaki atlayış daha yumuşak ve belirsiz olmuştur. Modeller arasındaki fark asıl servis yüklerinden sonra oluşmuştur. Lineer elastik modeller kısa zamanda göçmeye ulaşmış ve bir çözüm elde edilememiştir. En iyi sonuçlar gizli donatı tekniğinin kullanıldığı modellerde, ayrıca ayrık donatılı modellemede ise elastoplastik malzeme modelinin ve özellikle ezilmenin ihmal edildiği multilineer pekleşmeli modellerden elde edilmiştir.
Araştırmacılara göre, ayrık veya gizli, donatı yerleşimi nasıl olursa olsun ve betonun elastoplastik modeli ne kadar iyi tanımlanırsa tanımlansın, ezilme ve plastisitenin bir arada kullanıldığı modeller çok erken yakınsama kaybı gösterirler. Bu durum araştırmacılara göre, Ansys'in beton modelinde akma ve göçme arasında bir çeşit uyumsuzluk olmasından kaynaklanabilir.
Barbossa ve Riberio'nun çalışmasına göre ezilmenin ihmal edilmediği modellerde göçme düşük yük seviyelerinde oluşurken, en iyi yük geçmişi ezilmenin ihmal edildiği multilineer pekleşmeli modelden elde edilmiştir. Ayrık ve gizli donatılandırma arasında ciddi bir fark bulunmamaktadır.
Faherty çalışmasında betonarme ve ön gerilmeli beton kirişlerin sonlu elemanlar yöntemi ile analizini yapmıştır [21]. Bu kirişler basit mesnetli ve kiriş üst kenarından simetrik olarak iki noktadan yüklenmiştir. Betonarme kirişin analizi, lineer ankraj kayması, bilineer çelik özellikleri ve betonda çatlak gelişimini kapsamaktadır.
Kirişlere uygulanan yük sıfırdan başlayarak kirişte çatlak oluşuncaya kadar artırılmıştır. Çalışmada kiriş geometri ve yükleme açısından simetrik olduğundan kirişin yarısı ile çalışılmıştır.
Faherty’in ön gerilmeli beton kirişlerde yaptığı çalışmalarda lineer olmayan beton özellikleri, ankraj kayması, beton ile donatı arasında ankrajın bozulması ve bilineer donatı özellikleri incelenmiştir. Ön germe kuvveti, elastik ön germe kaybı, zamana bağlı ön germe kaybı ve betonda yük artışından meydana gelen çekme gerilmesi kaybı incelenmiştir. Üç adet ön gerilmeli kirişten iki adeti çatlamamış kesit bir tanesi ise çatlamış kesitten oluşmaktadır. Ön gerilmeli beton kirişlerden elde edilen sonuçlar Branson’un 1970 yaptığı deney sonuçları ile benzerlik göstermiştir.
Kachlakev dışarıdan ankrajlanmış CFRP kirişler üzerine çalışmıştır [22]. Kirişin simetri olmasından dolayı kirişin yarısı modellenmiştir. Çalışmada etriye kullanılmamıştır. Çözümlerin yakınsamasında betonarmenin nonlineer davranışından dolayı yakınsama sıkıntısı yaşanmıştır. Analiz boyunca yük adımları genişden dara doğru değişmiştir. Çalışmanın başlarında özellikle lineer yükleme kısmında yük adımları geniş iken betonda çatlaklar oluşmaya başladıktan sonra ve donatı aktıktan sonra yük adımları daralmıştır. Çalışmada eğilme çatlağı, basınç çatlağı, ve diyagonel çatlak gözlenmiştir.
Wolanski çalışmasında betonarme ve öngermeli beton kirişlerde sonlu elemanlar yöntemi esaslı ANSYS programı ile birisi betonarme diğeri öngermeli kiriş olan iki adet kirişi incelemiştir [23]. Çalışmada birinci aşamada 1997 yılında Buckhouse tarafından yapılmış olan deneysel çalışma sonucuna göre kalibrasyon model oluşturulmuştur. Kirişte eğilme ve kesme donatılarının kırılma yükleri kalibrasyon model ile belirlenmiştir.
Kalibrasyon modelden elde edilen sonuçlar ön gerilmeli kirişe uygulanmıştır.
Başlangıçta kirişe öngerme verilmesinden başlayıp kirişte eğilme kırılması gerçekleşinceye kadar deplasmanlar, gerilmeler ve betondaki ezilmeler takip edilmiştir.
2. DENEYSEL ÇALIŞMA 2.1. Deneysel Çalışmanın İlkeleri
Depremlerde prefabrike yapılarda meydana gelen hasarların büyük çoğunluğunun bu yapıların kolon kiriş bileşimlerinde meydana geldiği bilinmektedir. Prefabrike yapılarda meydana gelen bu hasarları azaltmak amacı ile dünyanın değişik yerlerinde bu yapıların bileşimleri üzerine analitik ve deneysel çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışma ise prefabrike yapılarda kolon ve kirişlerin öngerme toronları kullanılarak art çekme metodu ile birleştirilmesi üzerine yapılmıştır. Çalışmada kriter olarak öngerme toronlarının çapı ve art çekme oranı incelenmiştir.
Bu deneysel çalışmanın amacı prefabrike yapılarda art çekmeli olarak birleştirilmiş kolon kiriş bileşimlerinin deprem yüklerine benzer yükler altında davranışını araştırmaktır. Bundan dolayı deney elemanları kolon ve kirişlerden oluşan betonarme çerçevenin deforme olmuş şekli göz önüne alınarak tasarlanmıştır. Böyle bir çerçevenin abartılmış deformasyon diyagramı Şekil 2.1.a’da gösterilmiştir. Şekilden de görüleceği gibi deprem yükleri altında moment sıfır noktaları yaklaşık olarak kolon ve kiriş ortasında oluşmaktadır. Bu nedenle hem çerçeve davranışını temsil etmesi hem de yük uygulamada sağladığı kolaylıklar nedeniyle bu çalışmada ele alınan model bir dış düğümün moment sıfır noktaları arasında kalan parçalarının çıkarılması ile oluşturulmuştur (Şekil 2.1.b). Böylece davranışı iyi bilinen incelemeye elverişli izostatik bir eleman geometrisi oluşturulmuştur. Deney elemanının boyutları laboratuvar koşulları ve deney elemanının gerçeğine uygun davranış sergilemesi için pratikte uygulanan boyutların 2/5 ölçeğinde seçilmiştir.
Zaten ACI T1.1-01. deneysel çalışmalarda deney elemanı boyutlarının gerçek eleman boyutlarının 1/3’ünden daha küçük olamayacağını belirtmiştir [24]. Monolitik elemanlarda plastik mafsalın her zaman kirişte oluşması için kirişin her iki tarafındaki kolonların taşıma güçlerinin kirişin taşıma gücünden fazla olması ve böylece güçlü kolon zayıf kiriş düğümü oluşturulması tasarlanmıştır. Bu amaçla kolonların moment kapasitesini artırmak amacı ile kolonlara eksenel olarak öngerme kuvveti uygulanması tasarlanmıştır.
L L L
h
h
Vb Vc
Vc
Nc+Vb
Nc
K Detayi
Şekil 2.1. Deney elemanlarının kenar bir düğüme benzeştirilmesi a) Deprem yükleri altında çerçeve deformasyonu, b) Kenar düğümde çerçeve deformasyonu
