Kompozit Yapılarda KÖCO- Saplama Kaynak Teknolojisi

Transkript

1 Kompozit Yapılarda KÖCO- Saplama Kaynak Teknolojisi E T K Đ L E Y Đ C Đ T E K N O L O J Đ 10/

2 KÖCO Saplama Kaynak Teknolojisi ile Kompozit Yapılar Kompozit Yapı nedir? Günümüz yapı teknolojilerinde en sık rastlanan özellik ideal farklı yapı malzemelerinin bir arada kullanılabilmesidir. Kompozit yapının en önemli özelliği beton ile çeliğin beraber kullanılmasıdır. Dünyadaki çelik + beton kompozit yapılarda yüksek gerilme ve esneklik özelliğine sahip çelik ile, yüksek basınç mukavemeti ve korozyon direncine sahip betonun çeşitli kombinasyonları kullanılmakta ve uygulanmaktadır. Kompozit yapı yöntemi ile çelik ve betonun pozitif özelliklerini herhangi bir engel kalmadan birleştirmek mümkündür. Meydana gelen kompozit yapılarda çelik taşıyıcılar gerilim gücünü, beton ise basınç gücünü taşımakta buna ilaveten çelik iskeletin betonla birleşmesi sonucunda çelik ile beton bir bütün olarak taşıyıcı güce sahip olup tamamıyla beraber hareket eden bir bütün haline gelmekte, ve yangına karşıda büyük bir koruma sağlamaktadır. Şekil 1: Kompozit taşıyıcı prensibi (şematik diyagram) Çelik + Beton Kompozit Yapıların Avantajları: Bina yüksekliğinin düşük olması hallerinde maksimum kat olanağı sağlar (özellikle çok katlı binalarda) Köprü taşıyıcı aralıklarının 40-80m arasında değişmesine izin verdiğinden daha ekonomik köprü yapımı Çelik taşıyıcı yapılar kolonsuz, duvarsız ve kesintisiz mekana izin verir (çok katlı otoparklarda) Bina betonarmeye göre %40-50 daha hafiftir, buda daha az deprem yükü almasını anlamına gelir Çelik yapılarda tesisat montajı kolay yapılır. Kabloların ve tesisatın yenilenmesi sorunsuzca yapılır. Binanın çelik kolonlarla yapılması yangına karşı büyük avantaj sağlar. Isı gövedeye yavaş yayılır. Çelik konstrüksiyon binaların inşaası gibi kolay inşaa edilebilir Çelik ve betonu birbirinden ayırmak kolay olduğu için kolaylıkla sökülebilir Dünya normlarında test edilmiş ve onaylanmış bütünüyle kaynatılmış saplama ile beton ve çelik bir bütün halinde hareket eder, buda bina güvenliğine önemli rol oynar Bağlantı Şekli Kompozit yapılarda, çelik ve beton arasındaki bağlantının kesme stresine karşı dayanıklı olması gerekmektedir, bu şekilde kompozit etki gerçekleştirilmekte ve kompozit etki yaratılmaktadır. Đlk başlarda kompozit inşaatlarda blok düveller ve U metal bağlantılar kullanılmaktaydı. kaldırılması için her zaman ilave dayanağa gereksinim duyulmaktaydı. Bu bağlantı elemanlarının temel sakıncası, kompozit birleşmede hassas kayba neden olabilecek yetersiz esneklikti. Bu parçaların üretimi ve kaynaklama maliyeti de aynı zamanda yüksekti. Altmışlı yıllarda soğuk dövmeli kaynak saplamalarının kullanılmaya Şekil 2: Artık kullanılmayan bağlantı şekli başlanması kompozit yapıların inşaatına önderlik etmiştir. Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 2

3 Saplama Kaynak Kullanımının bazı önemli avantajları: Büyük miktarlarda ve farklı ölçülerde düşük maliyetli üretim Statik ve dinamik stres altında güvenilir ve emniyetli olması Çelik ve betonun kaynak saplaması ile birbirine bağlanması, bunların birbirinden ayrılmasını önler Yüksek esneklik ve kompozit taşıyıcıların taşıma kapasitesindeki belirgin artış Çeşitli yük yönleri için çelik parçaların betona kaynak saplaması ile birleştirilmesi ile meydana gelen kompozit taşiyıcıdaki çatlama riskini ortadan kaldırması Tasarıma uygun olarak çelik parçaların beton içerisine önceden planlandığı şekilde yerleştirilmesi Saplama kaynak yöntemiyle yapılan kaynaklarda çelikde hiçbir deformasyon olmaması Eğitimli operatörlerle çalişma nedeni ile yüksek vasıflı kaynakçılara gerek duyulmaması Elektronik olarak kontrol ve takip edilen saplama kaynak makinesi ile standart kaynak kalitesinin elde edilebilmesi Uluslararası yapı denetim ve güvenlik normlarına uygun olması Yapılarda saplama kaynak kullanımının tipik uygulamaları Bina inşaatlarında, kompozit yapı metodunun inşaat sektöründe önemli bir yeri bulunmaktadır. Binanın hava koşullarından bağımsız, hızlı montaj avantajı planlanan tarihten daha önce kullanıma geçmesine olanak sağlar. Geniş kolonlara ihtiyaç duyulmayan alanlarda, daha esnek kullanıma ve daha fazla kullanım alanına imkan verir. Kiriş boyutları betonarmeye göre düşük olduğundan geniş açıklıklara rağmen döşemelerin inceliği nedeniyle aynı yapı yüksekliği için daha fazla kat yapılmasına olanak sağlar. Şekil 3: Yüksek yapılarda geniş aralıklı taşıyıcı kolonlar Şekil 4: Kompozit taşıyıcıların seri üretiminde saplama kaynak uygulaması Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 3

4 Şekil 5: Beton dökülmeden önce, çok katlı otoparkta bulunan iki tavan parçasının arasındaki derz Çok katlı otopark inşaatlarında öncelikle şekil 4 de görüldüğü gibi taşıyıcı çelik kirişlerin üzerine KÖCO kaynak saplamaları kaynatılmakta, daha sonra içlerine çelik halka monte edilmiş beton taşıyıcılar ile birleştirilmektedir. Bu işlemden sonra şekil 5 de görülen derz boşluğuna özel beton dökülerek işlem tamamlanmaktadır. Kaynak saplamaların etrafına konan çelik düğümler betonun saplama etrafına düzgün bir şekilde doldurulmasını sağlamaktadır. Çok amaçlı kullanım Kompozit yapılar bina inşaatlarında kullanıldığında, endüstriyel ve ofis binalarının tasarımında büyük kolaylık, kullanıcı ve değişiklik isteklerine kolay uyum sağlar. Taşıma yapmayan duvarlar hızlı bir şekilde yer değiştirebilir, bölünebilir veya ortadan kaldırılabilir. Yapıya dikey ve yatay ekler yapılabilir, yeni katlar eklenebilir. Kablolar ve tesisatlar da kelepçe bağlantıları ile çelik taşıyıcılara kolayca monte edilebilir. Aşağıdaki resimlerde bu alanda kullanılabilecek farklı ürünler gösterilmektedir: Şekil 6: Alt flanş üzerinde süspansiyon Şekil 7: Trapezoid sacların askılarına bağlantılar Şekil 8: Tesisat ile ilgili çeşitli örnekler Yangından Korunma Çelik taşıyıcılar beton veya beton çekirdek çelik taşıyıcıda olabilir. Bu tür çelik taşıyıcılar yüksek yangın riski olan binalar için çok avantajlıdır. Beton ısının yavaş bir şekilde çelik taşıyıcılara yayılmasına izin vermekte, buda uzun süreli dayanma etkisi yaratmaktadır. Şekil 9: Kompozit kiriş üzerinde yangında meydana gelen ısı etkisi Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 4

5 Đnce ve Rigit kolonlar Çok katlı yüksek yapılardaki kolonların rijitliği ve yangına karşı dayanıklılığı, çelik veya beton çekirdekli taşıyıcıların kaynak saplaması ile birebir kesintisiz kaynatılması ile artırılmıştır. Beton çekirdeği saran çelik boru betonu yerinde tutar ve çelik çubukları olan betonarme ile aynı mukavemete sahip olur. Beton ile çelik bir bütün olarak deprem etkisi altında beraber hareket ederek, bu etki altında binadaki kopma yada çatlama etkisi azaltmış olur. Kompozit köprüler Kompozit köprüler saplama kaynaklar kullanılmadan inşa edilmesi mümkün olmayan kompleks yapılardır. Kompozit yapı metodu ile uzun köprülerdeki taşıyıcı sayısını azaltarak maliyette büyük avantajlar sağlanır. Uzun köprüler üzerinde genelde binlerce kaynak saplamaları bulunmaktadır, Kaynak saplamaları kullanılması destekleyici çelik yapı ve beton parçalar arasında uzun süreli sağlam ve güvenilir bağlantıyı sağlamaktadır. Şekil 11: Kompozit köprünün bitiş noktası Şekil 10: Çeşitli kompozit kolon türleri Şekil 12: Kompozit köprü Wilda Gera (alt flanş çelik) Şekil 13: l-profilden inşa edilen kompozit köprü montajı Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 5

6 Beton yapılarda KÖCO kaynak saplamaları Saplama kaynak metodu ile beton içinde kalacak ankraj plakalarının kullanımı çelik veya ahşap yapıların beton yapıya monte edilmesi için idealdir. Beton içerisine yerleştirilmiş kaynak saplamaları ile kaynatılmış ankraj plakalarının en büyük avantajı, gerilme stresine maruz kalan alanlarda bile beton içerisine yerleştirilmiş oldukça ağır yüklerin güvenli şekilde tutulmasını sağlamalarıdır. Şekil 14: Resimde KÖCO saplama kaynak metodu ile kaynaklanmış ankraj plakaları Şekil 15: Ankraj plakası ile transfer edilen yükü gösteren şematik diyagram (ankraj plakası üzerindeki yük) (beton içerisine yerleştirilmiş ankraj plakasına bağlanmış çelik kiriş) Yukarıda görülen şekillerde yapılmış olan beton içi çelik parçalar KÖCO saplamalarıyla birleştiğinde ortaya çıkan yapı malzemesi Avrupa Teknik Onayı ETA-03/0039 (yapısal çelik için) ve ETA-03/0040 (paslanmaz çelik için) onaylanmış yapı malzemeleridir. Ankraj plakalarının taşıma kapasiteleri StudCalc. Version 1.0 ile hesaplanabilir ve istenirse tarafımızdan ücretsiz olarak temin edilebilir. Đlk uygulamada, ortak olarak kullanılan KÖCO kaynak saplamalı ankraj plakalarının taşıma kapasiteleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Đzin verilen yükler, yanal etkiler veya olası çapraz veya boylamsal destek dikkate alınmadan hesaplanmıştır. Dikdörtgen plakalarda (kare olmayan), yanal kuvvet uzun taraf için hesaplanmıştır. Đzin verilen azami gerilme ve yanal stresin aynı element için artarda uygulanmaması gerekmektedir. Tablonun amacı, ilk değerlendirme için rehberlik etmektir; kesin hesaplama StudCalc. programı ile yapılmalıdır. Verilen değerler garanti edilmemektedir. Teknik yönetmeliklere uyum ile ilgili sorumluluk her zaman için Đinşaat mühendisine aittir. Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 6

7 Beton içerisindeki KÖCO kaynak saplamalı çelik plakaların yük taşıma kapasitesi (KN olarak) Ankraj plakası türü/boyutları Plaka kalınlığı (mm) Kaynak Saplama C20/25 C30/37 C40/50 C50/60 Nzul Vzul Nzul Vzul Nzul Vzul Nzul Vzul 1/100x /75 11,3 10,9 13,7 10,9 15,3 10,9 15,3 10,9 13/ ,9 20, , ,2 19 2/200x /75 18,5 21,9 22,5 21,9 26,2 21,9 28,7 21,9 13/100 25,2 38,1 30,7 38,1 35,5 38, ,1 10/75 23,4 32,9 28,4 32,9 33,1 32,9 36,2 32,9 10 3/300x150 13/100 30,8 57,2 37,4 57,2 43,5 57,2 47,7 57, /150 49,6 88,5 60,3 88,5 70,1 88,5 76,7 88,5 4/200x /100 39,2 76,3 47,7 76,3 55,4 76,3 60,7 76,3 4/250x /150 67, , , , /100 49,2 98,4 59,8 114,5 69,6 114,5 76,2 114,5 5/300x /300x /150 67,2 134,5 81,8 163,6 95, , /100 59,3 118,6 72,1 144,3 83,9 167,8 91,9 171,8 16/150 77,8 155,6 94,6 189, ,1 120,5 241,1 22/175 87,1 174, ,2 246,4 134,9 269,9 N zul (gerilim ve basınç gerilimi) ve V zul (Kesme stresi), resmi onay doğrultusunda izin verilen yüklerdir (ETA), bunların hesaplanabilmesi StudCalc. (Beta) ile yapılmaktadır. Bu programla ankraj plakaları ile transfer edilen yükü kolayca hesaplayabilmek mümkündür. Şekil 16: Avrupa Teknik Onayına sahip ankraj plakalarının tipleri Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 7

8 Kompozit Đnşaatlarda KÖCO Ürünleri Köster & Co. GmbH Kompozit yapı sektöründe KÖCO bu sürecin başlangıcından beri aktif bir rol almıştır. Altmışlı yılların ortalarından bu yana milyonlarca kaynak saplama üretmiştir. Kaynak saplamaları, çok aşamalı preslerde üretilmekte, başları ve uç yüzleri çeşitli soğuk dövme adımları ile dövülmektedir. Sıcak haddeleme ile mukayese edildiğinde, bu mukavemeti ve verimlilik noktasını arttırmaktadır. Düşük karbon içeriği ile çift ısıl işlem görmüş, en az %15 oranında yeterli uzamaya sahip olan çelik bu işlem için en uygun malzemedir. Soğuk haddeleme ile hassas ölçü ve temiz yüzey elde edilebilmektedir, bunun sonucunda kaynak işlemi için gerekli olan maksimum elektrik etkenliği sağlanmaktadır. Kaynak saplamaların boyutları (Ölçülerin tamamı mm olarak verilmiştir) Saplama çapı d 1 Kafa çapı d 2 Asgari uzunluk L min Azami uzunluk L max KÖCO kaynak saplamalar yüzeye çekme ark saplama kaynak metodu ile kaynatılırlar. (ISO 4063 doğrultusunda No.783). Bu yüksek akımlı çekme ark metodu ile, kaynak tabancasından verilen akım ile saplamanın ucu hafifçe yüzeyden kaldırılmakta ve hem saplama ucu hem de kaynak yapılacak yüzey çok kısa bir süre içerisinde eritilmektedir A ya kadar uygulanan akımın mukavemetinin, saplama çapı doğrultusunda hesaplanması gerekmektedir. Kaynak süresinin sonunda, ergiye batırılmak üzere bir yay ile saplama kaynak yüzeyine batırılmakta ve akım kesilmektedir. Sonuçta saplama ve yüzey birbirine tam ve kesintisiz olarak kaynatılmaktadır. Kaynak sonrası yüzeyin mukavemeti, hem saplama hem de çalışma yüzeyi malzemelerinin mukavemetinden daha fazla olmaktadır. Şekil 17: Muntazam kaynak sağlayan seramik halkalı çekmeli ark saplama kaynak methodu Kısa bir süre içerisinde büyük miktarlarda kaynak saplamaların düşük maliyetli olarak kaynağının yapılması sonucunda KÖCO saplama kaynak makinesine olan talep artmıştır. KÖCO saplama kaynak makinesini her türlü kaynak saplaması uygulaması için aşağıda sıralanan özelliklerinden dolayı öncelikle tercih edilmektedir: 1. Kaynak esnasında akımın elektronik kontrolü sayesinde en önemli parametrenin ana voltaj dalgalanmalarından veya güç kaynağının ısınmasından bağımsız olarak dengede tutulması sağlamaktadır; 2. Yeterli elektrik iletkenliği için eşzamanlı test ile pilot akım üzerinden arkın ateşlenmesi; 3. Kaynakta füzyon eksikliğinin önlenmesi için kaynak havuzuna saplamanın sıcak olarak batırılması; mm² ye kadar çapı olan kaynak kablosu, güç kaynağı ve operatör arasında daha uzun mesafe sağlar, bu şekilde daha düşük seviyede ısı oluşur; 5. Tüm elektrikli ve mekanik parametreler için önceden belirlenmiş olan ayarlar sayesinde operatör için güvence sağlanır; 6. Herhangi bir arıza durumunda KÖCO güç kaynakları tarafından neden teşhis edilmekte ve bu şekilde arıza daha hızlı bir şekilde giderilmektedir; 7. Üretim (CE) tarafından onaylanmış ilgili tüm normlar doğrultusunda yapılmaktadır. Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 8

9 Şekil 18: KÖCO ELOTOP serisi saplama kaynak makineleri Yapılarda saplama kaynak bağlantılarının kalitesinin sağlanması Modern kaynak saplama makinesinin yanında, güvenli kaynak bağlantılarının kompozit yapılarda her zaman tercih edilmesi, iyi bina tasarımı, doğru seçilmiş malzemeler ve en son kullanılan tekniklerle beraber mümkündür. Kaynak saplama metodunun kuralları EN ISO içerisinde belirtilmiştir. Diğer hususların yanında burada, saplama kaynaklarına ait inceleme ve test prosedürleri verilmiştir. Bunlar aşağıda sıralandığı şekildedir: 1. Kaynak halkasının kusursuzluğunun ve saplama kaynağının doğru uzunluğunun kontrolü için görsel test; 2. Kaynak yapıldıktan sonra bükme testi; Şekil 19: KÖCO CLASSĐC serisi saplama kaynak tabancaları 3. Makro cilalama ile yanmış kaynak saplamanın kontrolü ve araştırmalarla uygunsuz malzeme veya yanlış ayarlar ile kaynak yapmaktan meydana gelen, kaynak hataları, çatlak veya boşluklar içerisindeki hataların tespit edilmesi; 4. Đleti ve gerilme testleri, kaynak yüzeyinin genelindeki hataların tespit edilmesi için tasarlanmıştır. Bu testler prensip olarak sadece nitelikli saplama kaynak metodu uygulayan firmanın ilk sertifikasyon başvurusunda yapılmaktadır; Kaynak için uygun olduğu kanıtlanan saplamalar EN ISO standardı altında listelenmiştir. Bu liste içerisinde bulunan sapmalar ile kullanıcının uygunsuz malzeme veya saplama şekli hususunda her türlü endişesi ortadan kaldırmaktadır. Norm içerisinde sıralanmış olan saplama şekillerine ve malzemelerine ilave olarak KÖCO ayrıca bazı özel saplamalarda, örneğin ekstra uzun kaynak saplamaları ve halen kaynak için elverişli olan yüksek gerilimli çelikten yapılmış dişli saplamalar da üretmektedir. Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 9

10 Betonarme yapı veçelik konstrüksiyonun bazı önemli karakteristiklerinin karşılaştırılması Çelik konstrüksiyon Hava koşullarından bağımsız olarak fabrikada yüksek dereceli pre-fabrikasyon şeklinde üretilebilmesi, bu şekilde hazırlanan prefabrike parçaların hızla monte edilebilmesi bundan dolayı maliyetinin düşük olması Yüksek yangın riski olan binalarda alınması gereken yangın önlemlerinin fazlalığı Geniş açıklıkların daha az ve küçük kesitli kolonlarla gerçekleştirilmesi, buda hissedilebilir ölçüde daha az malzeme kullanımı Titreşime karşı hassas olması Yapının tüm ömrü süresince bakım (korozyona karşı koruma) gerektirmesi Alternatif kullanımlar için yapısal değişiklikler ve ayarlamalara daha uygun olması Yıkım sonrasında atıkların yok edilmesinin düşük maliyetli olması (artıklar hurdaya ayrılabilir ve geri dönüşümlüdür) Betonarme Yapı Hava koşullarına bağlı olarak üretimin çoğunluğu inşaat alanında gerçekleştirilmekte, detaylı çalışma gerektirdiğinden dolayı maliyetinin yüksek olması Dahili yangın korumasına ihtiyaç olması bundan dolayı yangından korunma maliyetinin düşük tutulması Geniş aralıklar için büyük çaplı kolonlara ve ağır taşıyıcılara ihtiyaç duymakta, buda binaların ağır olması anlamına gelmesi Titreşime karşı hassas olmaması Doğru şekilde planlanması durumunda korozyona karşı tedbir almaya fazla ihtiyaç duyulmaması Alternatif kullanımlar için yapısal değişiklikler ve ayarlamaların zorluklarının olması Yıkım sonrasında yüksek atık maliyetinin olması (artıkların yeniden kullanılamaması) Çelik ve Beton - Kompozit Yapılar yukarıda saydığımız bu avantajları bünyesinde max düzeyde birleştirmektedir.. Sources of illustrations: Figures 1, 3, 6, 7, 8, 9, 10: Stahl-Informationszentrum (Steel Information Centre), Düsseldorf Figure 2: Beton-Kalender 1993, Verlag Ernst & Sohn (Roik, Bergmann, Haensel, Hanswille Verbundkonstruktionen, Bemessung auf der Grundlage des Eurocode 4 Teil 1 / Composite structures, Design on the base of Eurocode 4 part 1 ) Figures 4, 5: Goldbeckbau, Bielefeld Figure 12: Ingenieurbüro HRA, Bochum (engineering design bureau) Figure 13: Köster Italia Figures 11, 14 to 19: Köster & Co. Bolzenschweißtechnik, Ennepetal Issue 10/2007 ver. 1.2 Page 10