İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET"

Canan Gökbakar
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI Cemal EYYUBOV *, Handan ADIBELLİ ** * Erciyes Üniv., Müh. Fak. İnşaat Müh.Böl., Kayseri-Türkiye Tel(0352) / Faks (0352) ceyyubov@erciyes.edu.tr ** Erciyes Üniv.Yozgat Müh.-Mim. Fak. İnşaat Müh. Böl., Yozgat-Türkiye Tel (0354) / 137 Faks (0354) ahandan@erciyes.edu.tr ÖZET Bu bildiride farklı kalınlıklara sahip çelik boru içerisine doldurulmuş betonun mekanik özelliklerinin deneysel araştırma sonuçları sunulmaktadır. Ayrıca bu tür kompozit en kesitli elemanların eksenel basınç altında hesap esasları tebliğ edilmektedir. 1. GİRİŞ İçerisi beton ile doldurulmuş kompozit kolonlar ve kirişler gibi yapı elemanlarının betonarme elemanlara kıyasla dayanım-ağırlık oranının yüksek olması, boru içerisindeki betona bakım gerektirmemesi, kalıpsız beton dökülebilmesi, yüksek rijitlik ve dayanıma sahip olması, boru içerisindeki betonun yanal deformasyonlarının sınırlandırılmasıyla dayanımının yükselmesi ve basınç elemanlarının boru kısmının yerel burkulma dayanımının yükselmesi gibi üstünlükleri bulunmaktadır [1]. İçerisi beton ve betonarme ile doldurulmuş çelik kolonlar ABD, Japonya, Fransa, İngiltere, Azerbaycan ve diğer bazı ülkelerde ; yüksek yapılarda, köprü ve iskele ayaklarında, petrol çıkartma platformlarında ve diğer çeşitli mühendislik yapılarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür yapı elemanlarının dayanım, burkulma ve yerel burkulma kontrolü hesaplamalarının yapılabilmesi için boru içerisine konmuş betonların mekanik özelliklerinin bilinmesi gerekir. Betonun çelik boru ile sınırlandığı durumlarda basınç

, Yozgat-Türkiye Tel (0354) 242 10 01 / 137 Faks (0354) 242 10 05 ahandan@erciyes.edu.

2 dayanımı, elastisite modülü, poisson oranı gibi mekanik özelliklerinin deneysel olarak araştırılması güncelliğini korumaktadır. Elasto-plastik bir kabuk olan ince et kalınlığa sahip çelik boru ile onun içerisini dolduran gevrek bir malzeme olan betonun birleşimi yeni ve farklı mekanik özelliklere sahip bir malzemeyi meydana getirmektedir. Bu tür kompozit malzemelerde poisson oranı 0.5 e kadar yükseltilebilir [2]. Bu iki malzemeden oluşan en kesitin geometrik ve mekanik özelliklerinin doğru seçilmesi ile statik ve dinamik yükler etkisinde büyük taşıma kapasitesine sahip kompozit bir yapı elemanı teşkil edilebilir [3]. Ayrıca yapılan çalışmalarda normal betonun yanal deformasyonun %10 sınırlandırılmasıyla beton numunelerin yük taşıma kapasitelerinin %50 yükseltilebileceğini göstermiştir [4]. Buna karşılık yüksek dayanımlı betonlarda yanal deformasyonların sınırlandırılmasının basınç dayanımına büyük etkisinin olmadığı görülmüştür [5]. İçerisi beton ile doldurulmuş çelik borulardan oluşan yapı elemanlarının yerel burkulma ve sehim dirençleri diğer tip çelik en kesitlerle teşkil edilen yapı elemanların burkulma ve sehim dirençlerinden önemli ölçüde yüksektir [2]. Yirminci yüzyılın ikinci yarısından beri ABD, Japonya gibi ülkelerde kompozit yapı elemanlarının kullanıldığı binaların depreme dayanıklılığının araştırılması bu yapı elemanlarının yüksek sismikliğe sahip deprem bölgelerinde bina ve mühendislik yapılarının taşıyıcı sistemlerinde kullanılmasının büyük avantajlarının olduğunu ortaya koymuştur [6]. Japonya nın sismik bölgelerinde köprü taşıyıcı sistemlerinde içerisi betonla doldurulmuş çelik boru elemanlarının uygulanmasının büyük ekonomik fayda sağladığı ve taşıyıcı sistemin depreme dayanıklılığını önemli ölçüde arttırdığı gözlenmiştir [7]. İçerisi beton ile dolu çelik boru elemanlarının kullanılması ile teşkil edilen mühendislik yapılarının hesaplanma ve tasarım esaslarının hazırlanmasının tamamlanması güncel bir sorundur. Çelik boru içerisindeki beton davranışının incelenmesi ve bu betonun mekanik özelliklerinin tayini önemli bir konudur.

getirmektedir. Bu tür kompozit malzemelerde poisson oranı 0.5 e kadar yükseltilebilir [2].

3 2. ARAŞTIRMA YÖNTEMİ İçerisi betonla dolu çelik boru taşıyıcı elemanların davranışı büyük ölçüde boru içerisindeki betonun mekanik özelliklerine bağlıdır. Buna göre de deney numunelerinin hazırlanmasında ve deney yönteminin seçilmesinde yükün doğrudan betona uygulanabilmesi husus esas alınmıştır. Referans deney numuneleri için 150x300 mm standart silindir beton numuneleri hazırlandı. Çelik boru içerisindeki betonun mekanik özelliklerinin araştırılabilmesi için ise yüksekliği 310 mm, iç çapı 150 mm ve et kalınlıkları 5,5 mm, 11 mm ve 13,5 mm olan borular içerisine su/çimento oranı 0.40 ve 0.50 olan betonların doldurulması ile numuneler hazırlanmıştır. Çelik boru içerisine beton doldurulduğunda numunenin üst ve alt kenarlarından betonla doldurulmamış 5 mm lik bir boşluğun bırakılmasına özen gösterildi. Çelik boru ile sınırlanmamış betonun mekanik özelliklerinin tayini her bir su/çimento oranı için üretilen 3 adet standart silindir numunesi üzerinde yapıldı. Bir grubu temsil eden her bir et kalınlığı ve su/çimento oranı için 3 adet numune üretildi. Toplam olarak 6 grup numune üretildi. Numuneler üretildikten sonra 28 gün su içerisinde standart bakıma tabii tutuldular. Deneyler 300 ton yükleme kapasiteli basınç presinde yapıldı. Yükleme sırasında her 4 ton yük artışı için düşey ve yanal deformasyonlar ölçüldü. İçerisi beton ile doldurulmuş çelik boru numunelerine eksenel yükün sadece betona uygulanması suretiyle deneyler yapıldı. 3. ÇELİK BORU İÇERİSİNDEKİ BETONUN DAVRANIŞININ DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI Numunelerin eksenel olarak yüklenmesi yaklaşık olarak kopma yükünün %80 ine kadar yapıldı. Deney sonrası numunelerin incelenmesi çelik borunun iki eksenli, boru içerisindeki betonun ise üç eksenli gerilme durumunda olduğunu gösterdi. Yük referans numunesinin kopma dayanımının 4 katına ulaştığında numunelerin orta kısmında çelik

Referans deney numuneleri için 150x300 mm standart silindir beton numuneleri hazırlandı.

4 boru en kesitinde akma eğilimi gösterdi.deney sonuçlarına bağlı olarak numunelerin gerilme-şekil değiştirme grafikleri çelik boru-beton kesitinin elasto-plastik davranış karakterine sahip olduğunun gösterdi. Beton silindir dayanımları orantılı deformasyonun 0,02 değerine karşı gelen yüke bağlı olarak belirlendi. Bu dayanım değerleri içerisi betonla doldurulmuş çelik borudan tasarlanan yapı elemanlarının taşıma yükünün hesaplanmasında ve burkulma dayanımı kontrolünde emniyet gerilmesi değeri olarak kabul edilebilir. Çelik borunun et kalınlığı 5,5 mm den 11 mm ye yükseldiğinde çelik boru içerisindeki betonun silindir dayanımında %20 artış gözlendi. Çelik boru et kalınlığı 5,5, mm olduğunda boru içerisindeki betonun dayanımının, aynı betonun sınırlandırılmamış durumundaki silindir dayanımına oranla 2,5 kat ve et kalınlığı 11 mm olduğunda ise 3 kat arttığı görüldü. Et kalınlığı 13.5 mm olan numunenin basınç dayanımında 11 mm. olana kıyasla çok az artış gözlendi. 4. BULGULAR Yapılan deneysel araştırma verilerinin değerlendirmelerin sonuçlarını aşağıdaki gibi özetlenebilir. Çelik boru içerisindeki betonun eksenel yük etkisinde elasto-plastik bir malzeme davranışına gösterdiği söylenebilir. Çelik boru içerisindeki betonun orantılı deformasyonunun 0,02 değerine karşı gelen silindir dayanımı sınırlandırılmamış betonun silindir dayanımına oranla et kalınlığı 5,5 mm olan çelik borularda 2,5 ve et kalınlığı 11 mm olan borularda ise 3 kat artış elde edildi. İçerisi betonla dolu çelik boru taşıyıcı sistemlerin hesaplanmasında betonun emniyet gerilmesi değeri yüksek dayanımı BS25 den fazla betonlar için silindir dayanımının boru et kalınlığı 5,5 mm olduğunda 2,5 kat ve boru et kalınlığı 11 mm den fazla olduğunda ise 3 katı kadar alınabilir.

Beton silindir dayanımları orantılı deformasyonun 0,02 değerine karşı gelen yüke bağlı olarak belirlendi.

5 Köprü, iskele ve petrol çıkartma platformları gibi mühendislik yapı taşıyıcı sistemlerinin tasarımında içerisi betonla doldurulmuş çelik boru-beton kompozit elemanların kullanılması yapıların güvenliğini ve dayanıklılığını artırır. KAYNAKLAR 1. Arda T.S ve Yardımcı N., Çelik Yapıda Karma Elemanların Plastik Hesabı,İstanbul, Shanmugam N.E. and Lakshimi B., State of the Art Report on Steel-Concrete Composite Columns, Journal of Constructional Steel Research 57, , Kvedaras A.K., Research and Practice of Concrete Filled Steel Tubes in Lithuania, Journal of Constructional Steel Research 49, , Kotsovos, M.D., Consideration of Triaxial Stres Conditions in Design, ACI Structural Journal, 84-S29, , Ansari F.and Li Q., High Strength Concrete Subjected to Triaxial Compression, ACI Materials Journal, 93-M49, , Jerome F.H., CompositeSteel and Concrete Structural Systems for Seismic Engineering, Journal of Constructional Steel Research 58, , Katsuyoshi N., Toshiyuki K., and Hiroshi N., Experimental Study on Ultimate Strength and Ductility of Concrete Filled Steel Columns under Strong Earthquake, Journal of Constructional Steel Research, No.51, 1999, pp

, State of the Art Report on Steel-Concrete Composite Columns, Journal of Constructional Steel Research 57,1041-1080,2001. 3. Kv

Benzer belgeler

KAYIT FORMU TEL : 0 (354) 242 1002 FAKS :. 0 (354) 242 1005. E-MAİL 1 : zbabayev@erciyes.edu.tr E-MAİL 2 :...

KAYIT FORMU TEL : 0 (354) 242 1002 FAKS :. 0 (354) 242 1005. E-MAİL 1 : zbabayev@erciyes.edu.tr E-MAİL 2 :... Türkiye İnşaat Mühendisliği XVII. Teknik Kongre ve Sergisi KAYIT FORMU İnşaat Mühendisleri Odası TMMOB ADI SOYADI : Ziyafeddin BABAYEV KURULUŞ :. Erciyes Üniversitesi YAZIŞMA ADRESİ :. E.Ü. Yozgat Müh.