Tez Danışmanı: Prof. Dr. Serap Kahraman

Transkript

1

2 Tez Danışmanı: Prof. Dr. Serap Kahraman Tez izleme komite üyeleri: Doç. Dr. Özgür Özçelik, Doç. Dr. Binnur Gören Kıral, Prof. Dr. Ömer Zafer Alku, Doç. Dr. Evren Toygar Deneysel çalışmalar D.E.Ü. İnşaat Mühendisliği Yapı Mühendisliği Laboratuarı nda gerçekleştirilmiştir. Uzman Dr. İbrahim Serkan Mısır Prof. Dr. Türkay Baran Araş. Gör. Umut Yücel İnş. Yük. Müh. Serhan Sarıdoğan

3 Çalışma Türkiye Prefabrik Birliği ve D.E.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri birimi tarafından desteklenmiştir. Türkiye Prefabrik Birliği Teknik Komite üyeleri: Doç. Dr. Şevket Özden, İnş. Yük. Müh. Hakan Ataköy, İnş. Müh. Günkut Barka Dere Prefabrik A.Ş. İnş. Müh. Halis Koçbulut İnş. Yük. Müh. Erol Ar

4 Projede görev alan öğrencilerimiz ve mezunlarımız Karip Ortakçı, Zehra Kurt, Özgür Girgin Mehmet Erdal Filiz Vargün, Muhammed Emin Demirkıran, Safa Çakmak, Mustafa Cem Kılınç, Harun Kürşat Bektaş, Ali Cihan Demir

5 KAPSAM 1. Giriş 2. Prefabrik Yapılarda Bağlantılar 3. Deneysel Çalışma 4. Deney Sonuçları 5. Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi 6. Sayısal Model Çalışmaları 7. Sonuçlar ve Öneriler

6 1.GİRİŞ Prefabrikasyon süreci = seri üretim + nakliye + montaj Türkiye deki endüstriyel yapıların %90 ı prefabrik betonarme Prefabrik yapılardaki tüm bağlantıların monolitik sistem davranışına benzer rijitlik, enerji tüketim, dayanım ve sünekliğe sahip olduklarının analitik yöntemlerle veya deneylerle kanıtlanmış olmalıdır ( Deprem Yönetmeliği, 2007).

7 1.GİRİŞ:Geçmiş depremlerdeki hasarlar Kolon-kiriş bağlantılarının yetersizliği nedeni ile çatı elemanlarında düşme (1998 Ceyhan Depremi)

8 1.GİRİŞ:Geçmiş depremlerdeki hasarlar Kolon-kiriş bağlantılarının yetersizliği (1999 Kocaeli Depremi)

9 2. PREFABRİK YAPILARDA BAĞLANTILAR Prefabrik kolon ve kiriş elemanların yapıda kesiştiği düğüm noktaları birleşim; ayrı ayrı üretilen prefabrik elemanların inşa sırasında birbirine bağlandıkları nokta ise bağlantı olarak tanımlanır

10 2. PREFABRİK YAPILARDA BAĞLANTILAR 2.1 Mafsallı kolon- kiriş bağlantıları

11 2.PREFABRİK YAPILARDA BAĞLANTILAR 2.2 Moment Aktarabilen Kolon- Kiriş bağlantıları Kuru bağlantılar Ard-germeli bağlantı Bulonlu bağlantı

12 2.PREFABRİK YAPILARDA BAĞLANTILAR 2.2 Moment Aktarabilen Kolon- Kiriş bağlantıları Benzeştirilmiş (Islak) bağlantılar Park ve Bull, 1986 SAFECAST (İTÜ)

13 2.PREFABRİK YAPILARDA BAĞLANTILAR 2.2 Moment Aktarabilen Kolon- Kiriş bağlantıları Kompozit (Islak-kaynaklı) bağlantılar Yerinde Dökme Beton Kaynak Ertaş, 2005 SAFECAST (İTÜ)

14 2.2.3 Kompozit (Islak-kaynaklı) bağlantılar- Ertaş, 2005 % 2.75 ötelenme oranı Tepe yükü-tepe yer değiştirmesi

15 2.2.3 Kompozit (Islak-kaynaklı) bağlantılar- SAFECAST-İ.T.Ü. Testleri (2012)

16 2.2.3 Kompozit (Islak-kaynaklı) bağlantılar- SAFECAST İ.T.Ü. Testleri (2012)

17 Kompozit (Islak-kaynaklı) bağlantılarda davranışı donatı çeliklerinin kaynaklanabilirliği belirlemektedir. Beton prefabrikasyon endüstrisinde büyük açıklıklı kirişlerde bindirmeli ek uygulamalarında donatı-donatı; bağlantılarda ise donatı-sac plaka kaynaklama işlemi yapılır.

18 Donatı çeliklerinin kaynaklanabilirliği Karbon Eşdeğeri kaynaklanabilirlik için en etkili parametredir. - Donatı çeliklerinin birbirlerine ya da başka bir metalle kaynak vasıtası ile birleştirilmesinde kimyasal bileşimleri mekanik özelliklerinden daha fazla önemlidir. -Çeliğin kaynaklanabilirliğini kimyasal kompozisyonu belirleyerek karbon eşdeğeri (C.E.) ile değerlendirilir. Karbon eşdeğeri (C.E.) donatı çeliği içerisinde bileşime giren tüm elementlerin bir fonksiyonudur.

19 Karbon Eşdeğeri TS 708,2010 TS 500 (2000) e göre Karbon Eşdeğeri % 0.50 değerini aşmamalıdır. Deprem Yönetmeliği nde TS 500 koşulu geçerlidir.

20 Elektrot tipi Rutil Elektrot AWS (American Welding Society) göre E6013, TS EN ISO 2560 e göre E38, 5 mm den ince çeliklerde, sac ve borularda uygundur. Punto kaynağına çok uygundur. Bazik Elektrot AWS (American Welding Society) göre E7018, TS EN ISO 2560 e göre E42, Yüksek dayanım istenen köprü büyük çelik konstrüksiyonlar ile basınçlı kap ve makine imalatı için uygundur.

21 Elektrot tipi TS EN ISO 2560 (2013), Kaynak sarf malzemeleri- Alaşımsız ve ince taneli çeliklerin elle yapılan metal ark kaynağı için örtülü elektrotlar-sınıflandırma

22 3.DENEYSEL ÇALIŞMA ÇALIŞMANIN HEDEFLERİ Kompozit iç kolon-kiriş birleşim bölgelerinin tersinir-tekrarlı yükler etkisi altında performanslarının incelenmesi, Kaynaklı bağlantı hesaplarındaki kaynak katsayısının etkinliğinin belirlenmesi, Kompozit kolon-kiriş bağlantılarında donatının erken ötelenme oranlarında kopmasını önlemek

23 3.DENEYSEL ÇALIŞMA 3.1 Deney Parametreleri 1. Kaynak katsayısı (α) 2. Kiriş boyuna donatısı karbon yüzdesi (C) 3. Etriye aralığı / boyuna donatı çapı (s h /d b ) 4. Aderans bozulma boyu (L ab )

24 3.1 Deney parametreleri 1. Kaynak katsayısı (α) Deprem Yönetmeliği ne göre kaynaklı bağlantı hesaplarında iç kuvvetlerin 2 kat arttırılması gereklidir. İlave ankraj donatıları T 1 T 2 T 2 T 1 T max = M d / Z T i = T max A i / ΣA i l kaynak,i T i,max /(2 a τ k,hes. ) a 0.3φ τ k,hes. = 1.15 τ k,em a/0.5l kaynak (Deprem yönetmeliği madde ) Zorbozan, 2010

25 Deney parametreleri 1. Kaynak katsayısı (α) Çalışma kapsamında donatının aktığı anda gelişen kuvvet değeri kaynak katsayısı (α) ile artırılarak donatı-plaka kaynak hesapları yapılmıştır. Ataköy, mm < a = 0,20 Ф < 0,70 t Ф = 18 mm donatı çapı için a max = 3.6 mm a seç = 3 mm

26 Deney parametreleri 2. Donatı karbon oranı

27 Deney parametreleri 3. Etriye aralığı / boyuna donatı çapı (s h /d b ) Normalize edilmiş gerilme Normalize edilmiş birim deformasyon Monti ve Nuti, 1992

28 Deney parametreleri 3. Etriye aralığı / boyuna donatı çapı (s h /d b ) Restrepo, 2004

29 Deney parametreleri Kiriş enine donatı oranı (ρ w ) (s h /d b ) oranına bağlı SAFECAST (İTÜ) testleri, 2012

30 Deney parametreleri 4. Aderans bozulma boyu (Lab) Prefabrik sünek Birleşim bölgesi Monolitik Birleşim bölgesi Plastik mafsal Ertaş, 2005 Eşdeğer Kiriş Analojisi, Pampanin (2003) Atalay, 2010

31 Deney parametreleri 4. Aderans bozulma boyu (Lab) (Atalay,2010). ACI 550.2R-13 Prefabrik Sistemlerde Bağlantılar için Tasarım Kriterleri nde (L ab ) mm veya 4d b - 8d b aralığında değerler alabileceği belirtilmektedir.

32 3.2 Deney Numuneleri 1,5 E42 10 L

33 Numune a/d α ρ w (%) s h /d b L ab Elektrot mm tipi C (%) N0 3,45-0,52 5, ,20

34 N0 Üretim Aşamaları

35 3.4 Prefabrik Numunelerin Üretimi

36

37 3.4 Prefabrik Numunelerin Üretimi N2 numunesi N5 numunesi

38 3.4 Prefabrik Numunelerin Üretimi

39 3.4 Prefabrik Numunelerin Üretimi

40

41 N1 N2 Etriye-plaka kaynak detayı N2

42 1,5 E42 Lk

43

44 3.3 Malzeme özellikleri Donatı Gerilme (MPa) Birim şekil değiştirme (mm/mm) Gerilme (MPa) Birim şekil değiştirme (mm/mm)

45 3.3 Malzeme özellikleri Beton Kolon-kiriş birleşim bölgesi numunelerinde hedeflenen beton basınç dayanımı 35 MPa olup, maksimum agrega çapı 22 mm dir. Bağlantı numunelerinin ortalama basınç dayanımları silindir numune dayanımına çevrilerek elde edilmiştir. Buna göre prefabrik kiriş elemanlar için ortalama 40 MPa; kolon elemanlar için ortalama 45 MPa basınç dayanımı belirlenmiştir. Tamamlayıcı beton için hedeflenen beton basınç dayanımı 30 MPa olup, küp numunelerin ortalama basınç dayanımları silindir numune dayanımına çevrilerek 35 MPa olarak belirlenmiştir.

46 3.5 Test Yöntemi ACI Moment Çerçevelerinin Yapısal Testleri için Kabul Kriterleri Numuneler en az 1/3 ölçekli olmalıdır, Yüklemeler yer değiştirme kontrollü olarak üç tam çevrim olarak uygulanmalıdır, 1.25 < θ (i+1) / θ i <1.5 olmalıdır, Başlangıç ötelenme oranları numunenin elastik bölgede kalmasını sağlamalıdır, Testler en az % 3.5 ötelenme oranına kadar sürdürülmelidir.

47 3.5 Test Yöntemi Tepe yer değiştirmelerinin uygulanması

48 Yükleme profili (Ertaş, 2005)

49 3.6 Test Kurulumu Deney düzeneğini oluşturan bileşenler 1. Eksenel yükleme çerçevesi 2 2. Hidrolik kriko 3. Mafsal Hidrolik veren 5. Yük hücresi 6. Referans çerçeve 7. Pandül ayak Yük hücresi Sabit mesnet 10. Düzlem dışı çerçeve 11. Çelik çerçeve Deneysel çalışmalar D.E.Ü. Yapı Mühendisliği Laboratuarı nda gerçekleştirilmiştir.

50 3.7 Ölçerlerin Yerleşimi Yer değiştirme ölçerler

51 3.7 Ölçerlerin Yerleşimi Gerinim Pulları

52

53 4.DENEY SONUÇLARI Hasarların dağılımı % 5 ötelenme oranı

54 N0 Numunesi (Monolitik numune) 250 Tepe ötelenmesi (mm) İtme Tepe yükü (kn) Çekme Ötelenme oranı (%)

55 Hasarların dağılımı % 3.5 ötelenme oranı

56 N1 Numunesi 300 Tepe ötelenmesi (mm) İtme Tepe yükü (kn) Çekme Ötelenme oranı (%)

57 300 Tepe ötelenmesi (mm) İtme Tepe yükü (kn) Çekme Ötelenme oranı (%)

58 1,5 E İtme Tepe yükü (kn) Çekme Ötelenme oranı (%)

59 250 Tepe ötelenmesi (mm) Tepe yükü (kn) Ötelenme oranı (%)

60

61 10 L

62 N5 Numunesi Tepe ötelenmesi (mm) Tepe yükü (kn) Ötelenme oranı (%)

63 5.DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ 5.1 Dayanım Numune N0 N1 N2 N3 N4 N5 Yükleme yönü Maksimum tepe yükü Q M (kn) İtme 189,3 Çekme 183,8 İtme 231,6 Çekme 287,8 İtme 268,5 Çekme 262 İtme 205,9 Çekme 241,6 İtme 231,2 Çekme 235,8 İtme 225,7 Çekme 228,2

64 5.2 Rijitlik

65 5.2 Rijitlik Numune Yükleme yönü K I (kn/ mm) 0.05 K I K 3.5 N0 N1 N2 N3 N4 N5 İtme 10,2 0,51 0,50 Çekme 8,3 0,42 0,45 İtme 11,7 0,59 0,89 Çekme 12,5 0,63 0,28 İtme 10,6 0,53 1,52 Çekme 11,8 0,59 1,05 İtme 13,3 0,67 0,55 Çekme 10,46 0,52 0,46 İtme 11,1 0,56 1,58 Çekme 11,34 0,57 1,08 İtme 15,7 0,79 1,93 Çekme 8,2 0,41 1,78

66 5.3 Göreli enerji tüketimi β = i A hi ( E + E ) ( θ ' + θ ') 1i 2i 1i 2i

67 5.3 Göreli enerji tüketimi Göreli enerji tüketim oranı (%) N0 N3 N4 N Ötelenme Oranı(%)

68 5.4 Yerdeğiştirme Sünekliği

69 5.4 Yerdeğiştirme Sünekliği Numune N0 Yükleme yönü Q M (kn) Ө Y,eff (%) Ө U (%) µ eff µ ort İtme 189,3 0,8 4,0 5,0 Çekme 183,8 0,96 3,5 3,65 4,33 N1 N2 N3 N4 N5 İtme 231,6 0,86 3,3 3,79 Çekme 287,8 1,0 2,5 2,45 İtme 268,5 1,1 5,0 4,55 Çekme 262 0,96 3,5 3,65 İtme 205,9 0,67 3,14 4,69 Çekme 241,6 1,0 2,31 2,31 İtme 231,2 0,9 3,69 4,3 Çekme 235,8 0,9 3,7 4,1 İtme 225,7 0,68 3,5 5,1 Çekme 228,2 1,0 3,5 3,5 3,12 4,10 3,50 4,2 4,3

70 5.5 Eşdeğer viskoz sönüm oranı (ξ eq ) Eşdeğer toplam viskoz sönüm oranı: Chopra ve Goel (2001) ξ eq = 1 E 4π E D S Chopra (2007)

71 40 35 Eşdeğer viskoz sönüm oranı (%) Ötelenme Oranı(%) N0 N3 N4 N5

72 6.SAYISAL MODEL ÇALIŞMALARI Plastik mafsal Dönme yayı Yığılı plastisite Avantajları Basit yaklaşım sağlar Arayüz etkileri için etkindir. Sayısal çözümlemde etkindir. Sonlu eleman bölgesi Lif esaslı kesit Yayılı plastisite Sonlu eleman modeli Avantajları Kuvvet veya yerdeğiştirme lif esaslı elemanlar plastisitenin eleman boyunca yayılı olarak bulunmasını sağlar. P-M etkileşimi dikkate alınıyor. Dezavantajları M-θ ilişkisi tanımlanmalı, P-M etkileşimi dikkate alınamıyor. Lignos (2014) Dezavantajları Enkesitte yerel dağılım etkisi, Lif kesit ayrıklaştırması, Yerel burkulma problemlerinin dikkate alınmasıdır. 72

73 OPENSEES Deprem mühendisliğinde sonlu eleman yöntemleri kullanılarak simülasyonların gerçekleştirilmesinde yazılımdır. Araştırmaların gerçekleştirilmesinin kurulmasında iletişim mekanizmasıdır. Açık kaynak kodlu bir yazılım olup, deprem mühendisliğinde modellemeler için geliştirilmesi mümkündür. OpenSees akış şeması 73

74 6.1 Yığılı plastisite yaklaşımı 74

75 Ibarra-Medina-Krawinkler Model Biskinis v.d. (2004) L 0.13 s + az v h φydbfy θy = φy asl 3 Ls fc ' θ flexure θ shear θ slip 75

76 Tablo. Çevrimsel model parametreleri Numune K 0 (knm/rad) M y (knm) λ s c k Ө p (rad) Ө pc (rad) Ө u (rad) χ N (a) Lateral Tepe yükü Load (kn) (kn) P1(Experimental) N4 (Deneysel) -200 LP Çevrimsel Model (Cyclic) model LP Monotonik Model(Monotonic) model Ötelenme Drift ratio(%) oranı (%)

77 Birikimli enerji (knm) N4 LP model Ötelenme oranı (%) 77

78 7.SONUÇLAR VE ÖNERİLER 1. Monolitik birleşimlerde donatı sıyrılmasını ve çevrim sıkışmasını önlemek için donatı çapı azaltılıp sayısı artırılmalıdır. 2. Donatı çeliklerinin kaynaklanabilirliğini sağlamak için prefabrik birleşimlerde B420 C sınıfı donatının kullanılması uygundur. 3. Kiriş alt plakalarına kaynaklı boyuna donatılarda burkulmanın azaltılması için etriye aralığını sıklaştırılması gereklidir.

79 7.SONUÇLAR VE ÖNERİLER 4. Yığılı plastisite yaklaşımı ile elde edilen çevrimsel model parametreleri prefabrik yapıların doğrusal olmayan analizlerinde kullanılabilir. 5. Aderans bozulma boyu ile plakaya kaynaklı donatılarda daha homojen bir akma bölgesi oluşturulmuştur. 6. Prefabrik yapılarda birleşim bölgesi ve bağlantı kaynaklarında bazik elektrot kullanılmalıdır.

80 7.SONUÇLAR VE ÖNERİLER 7. Deprem Yönetmeliği nde kaynaklı bağlantıların sadece kuvvet esaslı yaklaşıma göre hesabı yapılmaktadır. Donatının birim deformasyonları sınırlandırılarak şekil değiştirme esaslı yaklaşım kullanılmalıdır.

81 7.SONUÇLAR VE ÖNERİLER 8. Deprem Yönetmeliği nde süneklik düzeyi yüksek kirişler için sıklaştırma bölgesinde etriye aralığı (s k 8ϕ) ile verilmektedir. Bu koşulun prefabrik birleşim bölgelerindeki kirişler için etriye aralıkları kiriş yüksekliğinin 1/4 ünü, en küçük boyuna donatı çapının 4 katını ve 100 mm yi aşmayacaktır şeklinde düzenlenmesi uygun olacaktır.

82 TEŞEKKÜR EDERİM

83 Araş. Gör. Dr. Sadık Can GİRGİN D.E.Ü. Tınaztepe Kampüsü İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Mühendisliği Laboratuarı e-posta: Tel:

84 KAYNAKLAR American Concrete Institute (2005). ACI Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing and Commentary. Michigan, U.S.A. American Concrete Institute. (2013). ACI 550.2R-13 Design guide for connections in precast jointed systems. Michigan, U.S.A. Ataköy, H., (2014). Betonarme Donatı Çeliklerinin Kaynaklanabilirliği ve Kaynak Malzemesi Tasarım Kriterleri Üzerine, Beton Prefabrikasyon Dergisi, sayı 110, Ertaş, O. (2005). Ductile beam-column connections in precast concrete moment resisting frames. Doktora Tezi, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul. Girgin, S. C. (2014). Moment Aktaran Prefabrik Betonarme Kompozit İç Kolon Kiriş Bağlantılarının İyileştirilmesi, Doktora Tezi, D.E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü. Karadoğan, F., Yüksel ve E., ve Bal, İ. E. (2012). SAFECAST Araştırma Projesinin bir parçası olarak iki tip prefabrike dış kolon kiriş birleşim bölgesi. Beton Prefabrikasyon, 102, Özmen, G. ve Zorbozan, M. (2010). Bir Prefabrike Yapı Tasarımı (1. Baskı). Ankara: Türkiye Prefabrik Birliği. Restrepo, J. I. [2006] Lectures notes to the course "Seismic design of reinforced concrete buildings", ROSE School, Pavia, Italy. 84