Hibrit Bir Önüretimli Beton Kiriş-Kolon Bağlantısı

Transkript

1 Hibrit Bir Önüretimli Beton Kiriş-Kolon Bağlantısı Yrd. Doç. Dr. Eray Baran, Atılım Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Mehmet Baran, Kırıkkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Metin Kurtoğlu, Atılım Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü A HYBRID PRECAST CONCRETE BE- AM-COLUMN CONNECTION Abstract: Structural systems consisting of precast concrete frame elements are considered to be a cost-efficient alternative to cast-in-place reinforced concrete and structural steel systems. This type of construction offers the potential benefits of high speed of construction and improved quality control. Despite these advantages, the use of precast concrete structural systems remained limited mostly to single story industrial buildings and non-seismic applications. This is largely due to the lack of connection methods that can safely transfer forces between beam and column elements in precast concrete moment-resisting frames and at the same time minimize the construction efforts required during production and erection. A research study is undertaken at Atılım University Civil Engineering Department in an attempt to fill this gap by developing connection details utilizing structural steel components to provide a ductile moment-resisting connection between precast concrete beam and column elements. Such hybrid connections combine the inherent benefits of precast concrete and structural steel construction together, and as a result, simplify the production of precast concrete beam and column elements at the plant and minimize the effort required during the erection of the system at the construction site. The investigated connection represents a beam-column connection to be used in precast concrete structural frames that are parallel to the floor elements. In such orientation, the precast concrete floor elements transfer the slab gravity loads mainly in one direction, and the effect of gravity loads on the beams of frames parallel to the floor elements remains small compared to those created by lateral loads. With the proposed connection method, the need for short cantilevers on precast concrete columns is eliminated and the precast concrete beams are supported on steel angles that are attached on column faces. The overall experimental program includes testing of fourteen precast concrete beam-column connection specimens, as well as two monolithic beam-column specimens under reversed cyclic displacement loading. Scope of this paper is limited to the results obtained from load testing of four specimens, three of which incorporated the proposed connection scheme while the fourth specimen had monolithic connection. In the precast beam-column specimens, the beam and column elements were fabricated as separate pieces and then these pieces were connected together with the help of steel angles and threaded rods. Top and bottom ends of column elements were pin-connected to the testing frame and displacement-controlled reversed cyclic loading was applied at the Yrd. Doç. Dr. Eray Baran Lisans öğrenimini Orta Doğu Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü nde 1999 yılında tamamladı. Aynı yıl Amerika Birleşik Devletleri ne giderek Minnesota Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü nde lisansüstü eğitimine başlayarak yüksek lisans ve doktora derecelerini sırasıyla 2003 ve 2006 yıllarında aldı. Amerika Birleşik Devletleri nin Nevada eyaletinde bir süre tasarım mühendisi olarak çalıştıktan sonra 2007 yılında Türkiye ye dönerek Atılım Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü nde çalışmaya başladı. Halen aynı bölümde öğretim üyesi olarak görev yapmaktadır yılında köprü mühendisliği ile ilgili yazdığı makalesi ile Nevada Madalyasını, 2004 yılında Matthew J. Huber Ulaşım Mühendisliğinde Mükemmeliyet Ödülünü, 2007 yılında Minnesota Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü En İyi Doktora Tezi Ödülünü almıştır. Ayrıca, yılları arasında Sommerfeld bursunu ve yılları arasında Minnesota Üniversitesi doktora tezi bursunu kazanmıştır. free end of beam elements with increasing displacement amplitudes Performance of the investigated beamcolumn connections was evaluated by comparing the load versus beam end displacement ratio behaviors, variati- 16 TEMMUZ 2013 SAYI : 107

2 Yrd. Doç. Dr. Mehmet Baran Mehmet Baran 10 Haziran 1973 tarihinde Almanya nın Frankfurt şehrinde doğmuştur. İnşaat Mühendisliğinde lisans, yüksek lisans ve doktora derecelerini Orta Doğu Teknik Üniversitesinden sırasıyla 1997, 1999 ve 2005 yıllarında almış, yılları arasında aynı üniversitenin araştırma görevlisi kadrosunda görev yapmıştır. Üniversiteden ayrıldıktan sonra bir süre özel sektörde, özellikle prefabrik ve betonarme yapıların projelendirilmesi konularında çalışmıştır. Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Yapı Anabilim dalında yardımcı doçent kadrosuna 19 Mart 2009 tarihinde atanması ile akademisyenliğe geri dönmüştür. Halen Kırıkkale Üniversitesinde yardımcı doçent kadrosundadır. Betonarme yapıların sismik güçlendirilmesi alanında yayınları bulunmaktadır. Metin Kurtoğlu Lisans öğrenimini 2010 yılında Atılım Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü nde tamamladı. Aynı bölümde yüksek lisans çalışmalarına başladı ve 2013 yılında "Önüretimli Beton Kolon-Kiriş Bağlantıları için Yapısal Çelik Elemanların Kullanıldığı Alternatif Bağlantıların Geliştirilmesi" konulu tezi ile yüksek lisans derecesini aldı. on of stiffness during load cycles, the amount of energy dissipated during each load cycle, as well as the deformation patterns observed after load cycles. Experimental results indicate that the detail used to anchor the embedded plates used at the top and bottom surface of beam elements in the connection region has the major influence on the behavior of the proposed beam-column connection. Different from the monolithic specimen, concrete damage in Specimens D3 and D4 was localized adjacent to the connection region on the beam element (as evident in Figure 12). The revisions performed in the connection detail in Specimen D3-R1 resulted in a damage pattern that is almost uniformly distributed along the beam element. Comparison of the load versus beam end displacement ratio hysteresis curves (given in Figure 13) also suggests that modifying the anchorage detail of the beam embedded plates, the behavior of the beam-column connection is significantly improved. The load capacity of Specimen D3-R1 was measured to be approximately three times that of Specimen D3. Even though the precast beam-column connection specimens were observed to exhibit a stable behavior under increasing beam end displacement ratio values, the load resisting ability of these specimens diminished near the end of load tests. The reason for this behavior was determined mainly to be the damage occurring in steel components used in the connection region. Load versus beam end displacement ratio hysteresis curves of precast beam-column specimens also suffered from pinching, which limited the energy absorption capacity of these specimens as compared to the monolithic specimen. ÖZET Önüretimli beton çerçeve sistemlerde kullanılmak üzere moment aktarabilen ve yapısal çelik elemanların kullanıldığı hibrit bir kiriş-kolon bağlantısının performansı deneysel olarak incelenmiştir. İncelenen hibrit kiriş-kolon bağlantı detayları, önüretimli beton çerçeve sistemlerde döşeme elemanlarına paralel yönde bulunan çerçevelerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Üç adet önüretimli beton bağlantı numunesi ile bir adet birdöküm referans numunesi depremi benzeştiren tersinir-tekrarlı yükleme altında test edilmiştir. Farklı bağlantı detayları kullanılması durumunda kiriş-kolon bağlantı numunelerinin sahip olacağı yük kapasitesi, riijitlik, süneklik ve enerji sönümleme davranışları incelenmiştir. İncelenen hibrit bağlantı detaylarının performans seviyesini belirleyen en önemli parametrenin, kiriş elemanlarının alt ve üst yüzeylerinde bulunan çelik plakaların kiriş betonu içerisine ankraj yapılması için kullanılan yöntem olduğu belirlenmiştir. Önüretimli beton bağlantı numunelerinde kiriş elemanının üzerindeki hasarın bağlantı bölgesinde yoğunlaşması nedeniyle başarılı bir performans elde edilememiş olmasına karşın bağlantı detayında yapılan revizyonlar sonucunda birdöküm numune ile mukayese edilebilir düzeyde bir davranışa ulaşılabilmiştir. Başarılı performans gösteren birdöküm bağlantı numunesinde yük-deformasyon eğrilerindeki çevrim sıkışmasından dolayı bu numunenin enerji sönümleme kapasitesi birdöküm numuneden daha zayıf olmuştur. 1. Giriş Önüretimli beton yapı sistemleri, sundukları yüksek yapım hızı, üstün kalite kontrol ve düşük yapım maliyeti gibi avantajları sayesinde birdöküm betonarme ve yapısal çelik sistemlere karşı bir alternatif oluşturma potansiyeli göstermektedirler. Sahip oldukları bu özelliklerine karşın önüretimli beton TEMMUZ 2013 SAYI :

3 yapı sistemleri günümüzde genellikle tek katlı sanayi yapılarında ve deprem etkilerinin çok fazla olmadığı bölgelerde kullanılmaktadır. Önüretimli beton yapı elemanları arasında güvenilir ve ekonomik olarak bağlantı sağlayabilecek moment aktarabilen bağlantı detaylarının geliştirilememiş olması, çok katlı önüretimli beton yapı sistemlerinin potansiyel avantajlarına rağmen günümüzde sınırlı olarak kullanılmalarının en önemli sebeplerindendir. Uygulamada bulunan bu boşluğu doldurmak amacıyla, Atılım Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü nde yürütülen bir araştırma projesi kapsamında, moment aktarabilen ve yapısal çelik bağlantı elemanların kullanıldığı alternatif hibrit kiriş-kolon bağlantı detaylarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu tür hibrit bağlantı detaylarının kullanılması ile önüretimli beton ve yapısal çelik yapım yöntemlerinin faydaları birleştirilmektedir. Bu sayede, önüretimli beton kiriş ve kolon elemanlarının fabrikada üretimi kolaylaşmakta ve şantiyede kiriş-kolon bağlantısının tamamlanması için gerekli işlemler azalmaktadır. Önüretimli beton elemanlardan oluşan yapısal çerçevelerde moment aktarabilen kiriş-kolon bağlantıları temel olarak iki farklı biçimde oluşturulabilmektedir. Birinci çeşit bağlantılarda, kirişlerle kolonlar arasındaki bağlantı, bağlantı bölgesine donatı çubukları yerleştirildikten sonra bu bölgenin yerinde dökme betonla doldurulması yöntemi ile yapılmaktadır. Bu tür bağlantılar uygulamada ıslak bağlantı olarak adlandırılmaktadır. İkinci çeşit bağlantılar ise kuru bağlantı olarak adlandırılmakta ve bu tür bağlantılarda kirişlerle kolonlar arasındaki bağlantı mekanik bağlantı parçalarının kirişlere ve kolonlara civatalanması ve/veya kaynaklanması yöntemi ile yapılmakta ve şantiyede bağlantının tamamlanması için gerekli ilave beton dökümü işlemini ortadan kaldırmaktadır. Önüretimli beton çerçeve sistemlerinde kullanılan ıslak ve kuru kiriş-kolon bağlantı detayları üzerinde yapılmış literatürde çok sayıda deneysel çalışma mevcuttur (ALCOCER ve diğerleri, 2002; CHEOK ve LEW, 1993; ERSOY ve TANKUT, 1993; ERSOY ve diğerleri, 1993; ERTAŞ ve diğerleri, 2006; FRENCH ve diğerleri, 1989b; KHOO ve diğerleri, 2006; KORKMAZ ve TAN- KUT, 2005; KULKARNI ve LI, 2009; LOO ve YAO, 1995; OCHS ve EHSANI, 1993; ÖZDEN ve ERTAŞ, 2007; PRI- ESTLEY ve MACRAE, 1999; PRIEST- LEY ve diğerleri, 1999; STONE ve diğerleri, 1995; VIDJEAPRIYA ve JAYA, 2012). Bu çalışmalar içerisinde, ıslak bağlantı detayları üzerindeki çalışmaların sayısının kuru bağlantılara oranla çok daha fazla olduğu göze çarpmaktadır. Ayrıca, yapılan çalışmaların önemli bir kısmı bağlantı bölgesinde ardgerme yönteminin kullanıldığı kirişkolon bağlantı detaylarını içermektedir (CHEOK ve LEW, 1993; FRENCH ve diğerleri, 1989b; ÖZDEN ve ERTAŞ, 2007; PRIESTLEY ve MACRAE, 1999; PRIESTLEY ve diğerleri, 1999; STONE ve diğerleri, 1995). Önüretimli beton kiriş ve kolon elemanları arasında kuvvet transferini sağlamak üzere çelik elemanların kullanıldığı farklı geometrik konfigürasyonlara sahip hibrit bağlantı detayları da bazı araştırmacılar tarafından incelenmiştir (ERSOY ve TANKUT, 1993; FRENCH ve diğerleri, 1989b; KULKARNI ve LI, 2009; OCHS ve EH- SANI, 1993; VIDJEAPRIYA ve JAYA, 2012). Farklı araştırmacılar tarafından yapılmış olan çalışmalar, donatı çubuklarının ve halatların birlikte kullanıldığı ardgermeli kiriş-kolon bağlantı detaylarının, önüretimli beton çerçeve sistemler için gerekli olan mukavemet, rijitlik ve süneklik kapasitelerine sahip olduklarını göstermiştir. Ancak bu tür ardgermeli bağlantıların ülkemizdeki önüretimli yapı sektöründe kullanımı günümüzde oldukça sınırlı seviyededir. Bu durumun sebebi tam olarak bilinmemekle birlikte, sektörün ardgerme işlemine yabancı olması ve ekonomik etkenlerin başlıca sebepler olabileceği düşünülmektedir. Ülkemizde yaygın olarak kullanılmakta olan bir önüretimli beton kiriş-kolon bağlantı yöntemi örneği Şekil 1(a) da gösterilmiştir. Görüldüğü üzere, çerçeve sistemi, üzerinde konsollar bırakılan önüretimli kolonlar ve konsollar üzerine yerleştirilen önüretimli kirişlerden oluşmaktadır. Şekilde gösterilen bağlantı şekli hem ıslak bağlantı hem de kuru bağlantı detayları ile uygulanabilmektedir. Kiriş-kolon bağlantı bölgelerinde Şekil 1(a) da gösterilen geleneksel bağlantı yönteminin kullanılması durumunda kolonlar üzerinde kat seviyelerinde her iki doğrultuda da konsollar bırakılması gerekmektedir. Kolonlarda bırakılan konsollar nedeniyle bu elemanların fabrikada üretilmesi, stoklanması ve şantiyeye nakliyesi işlemleri oldukça zahmetli olmakta ve yüksek yapım maliyeti ortaya çıkmaktadır. Önüretimli beton kolon elemanları üzerinde her iki doğrultuda da konsollar oluşturulması gerekliliğinin ortadan kaldırılması, yapı sistemi içerisinde bir yöndeki çerçevelerde önüretimli beton kolonların arasında yerinde dökme betonarme kirişler oluşturularak mümkün olabilmektedir. Ancak bu şekildeki bir yapım yöntemi, önüretimli beton kolonların imalatı sırasında yerinde dökme kiriş birleşimi için ilave donatı filizlerinin ayarlanmasının yanısıra, yerinde dökme betonarme kirişlerin yapımı için şantiyede iskele kurulması, 18 TEMMUZ 2013 SAYI : 107

4 Şekil 1. Önüretimli beton kiriş-kolon bağlantı yöntemi örneği kalıp yapılması, donatı yerleştirilmesi ve beton dökülmesi işlemlerini gerektirdiğinden önüretimli beton yapım tekniğinin temel avantajlarını büyük ölçüde ortadan kaldırmaktadır. Önüretimli beton kolon elemanları üzerinde iki doğrultuda konsollar oluşturulması gerekliliğinin ortadan kaldırılması, Şekil 1(b) de şematik olarak gösterilen bağlantı yönteminin kullanılması ile de mümkündür. Gösterilen bu bağlantı yöntemi, bu proje kapsamında incelenmiş olan bağlantı şeklinin de temelini oluşturmaktadır ve kolon üzerinde beton konsollar bırakılması yerine kolona şantiyede çelik bağlantı aparatları sabitlenerek kirişlerin destekleneceği platformlar oluşturulması prensibine dayanmaktadır. Önüretimli beton kiriş ve kolon elemanları arasındaki bağlantı, yapısal çelik elemanlar kullanılarak sağlandığı için incelenmiş olan bu bağlantı yöntemi hibrit bağlantı olarak adlandırılmaktadır. Önüretimli beton elemanlardan oluşan bir çerçeve şematik olarak Şekil 2 de gösterilmiştir. Bu sistemde, önüretimli beton döşeme elemanlarına paralel yöndeki çerçevelerde hibrit kiriş-kolon bağlantıları kullanılmış, diğer yöndeki çerçevelerin kiriş-kolon bağlantıları ise kolonlarda bulunan kısa konsollara kirişlerin oturtulması ile oluşturulmuştur. Birbirine dik iki yöndeki çerçeveler üzerine etkiyen yükler düşünüldüğünde, bu çerçeveler arasındaki temel farklılık, kirişlerin üzerinde bulunan düşey yük miktarıdır. Kullanılan döşeme sisteminin karakteristik bir özelliği olarak, düşey yüklerin çoğunluğu yalnızca tek yönde taşınmakta ve bu mekanizmanın sonucu olarak da döşeme elemanlarına paralel olan çerçevedeki kirişlerde düşey yük etkileri diğer yöndeki çerçevelere oranla oldukça düşük seviyelerde kalmaktadır. Şekil 2 de belirtildiği üzere, bu çalışma kapsamında incelenen hibrit kiriş-kolon bağlantı yöntemi de bu şekildeki bir sistemin döşeme elemanlarında paralel yönde bulunan çerçevelerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu durumda, düşey yük etkileri oldukça düşük seviyede kalmakta ve elemanlarda ve kiriş-kolon bağlantısında oluşan etkilerin önemli bir kısmı yapıya etkiyen yatay yüklerden oluşmaktadır. Şekil 2. Önüretimli beton elemanlardan oluşan tipik bir üç boyutlu çerçeve TEMMUZ 2013 SAYI :

5 2. Deneysel Çalışma Deneysel çalışmalar kapsamında, önüretimli beton bir çerçevenin dış kiriş-kolon bağlantısını temsil eden numuneler üzerinde depremi benzeştiren yüklemeler yapılmıştır. Bu kapsamda, altı farklı detaya sahip toplam 14 adet hibrit önüretimli beton kiriş-kolon bağlantı numunesi ile iki adet birdöküm beton kiriş-kolon bağlantı numunesi test edilmiştir. Deneysel çalışmaların tamamı Atılım Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Mekaniği Laboratuvarında yürütülmüştür. Yükleme deneyleri sırasında, test edilen herbir bağlantı detayı ile ilgili kusurlar belirlenmiş ve bu kusurların giderilerek bağlantı davranışının iyileştirilmesine yönelik revizyonlar yapılmıştır. Kullanılan bağlantı detaylarının yanısıra, kiriş elemanları içerisinde kullanılan boyuna donatı miktarı ve çelik bağlantı çubuklarında kullanılan öngerme miktarı da deneysel çalışmalar kapsamında incelenen parametrelerdir. Bu makalede, iki farklı detaya sahip toplam üç adet önüretimli beton kiriş-kolon bağlantı numunesi ile bir adet birdöküm referans numuneden elde edilen sonuçlar verilmektedir Deney Numuneleri Çalışmada kullanılan deney numuneleri, alt ve üst uçlarından deney çerçevesine mafsallı olarak sabitlenmiş bir kolon elemanı ve kolon elemanına bağlanmış bir kiriş elemanından oluşmuştur. Kiriş elemanının serbest ucunda düşey doğrultuda tersinir tekrarlı deplasman yüklemeleri uygulanarak kiriş-kolon bağlantı bölgesinin depremi benzeştiren etkiler altındaki performansı incelenmiştir. Numunelerde kullanılan kolon ve kiriş elemanlarının boyutları Şekil 3 de gösterilmiştir. Görüldüğü üzere, kolon ve kiriş elemanlarının uzunlukları sırasıyla 190 cm ve Şekil 3. Deney numunelerinde kullanılan eleman boyutları 180 cm, kesit boyutları da 40x40 cm ve 25x40 cm dir. Yatay yüklere maruz kalmış bir rijit çerçevede kolon ve kirişlerde oluşacak dönüm noktalarının (sıfır moment noktaları) bu elemanların yaklaşık orta noktalarında oluşacağı düşünülürse (Şekil 4), çalışmada kullanılan deney numunelerinin yaklaşık 190 cm kolon yüksekliğine ve 360 cm kiriş uzunluğuna sahip bir çerçeveyi temsil ettiği söylenebilir. Eleman uzunlukları göz önüne alındığında, deney numuneleri yaklaşık olarak ½ ölçeğe sahip bir önüretimli betonarme çerçevenin ara kat kenar kiriş-kolon bağlantısına karşılık gelmektedir. Deney numunelerini oluşturan kiriş ve kolon elemanlarında kullanılan donatı detayları Şekil 5 de gösterilmiştir. Kolon elemanlarında boyuna donatı olarak 12ø20 donatı çubukları, enine donatı olarak da ø8/15 etriyeler kullanılmıştır. Kiriş elemanlarında ise numunelerin çoğunluğunda boyuna donatı olarak kesit alt ve üst seviyelerin- Şekil 4. Yatay yük etkisi altında çerçeve deformasyon şekli Şekil 5. Deney numunelerinde kullanılan donatı detayları: (a) birdöküm numunelerde donatı yerleşimi; (b) önüretimli numunelerde donatı yerleşimi; (c) kolon elemanında donatı yerleşimi; (d) kiriş elemanında donatı yerleşimi 20 TEMMUZ 2013 SAYI : 107

6 de 3ø16 donatı çubukları, enine donatı olarak da ø8/15 etriyeler kullanılmıştır Önüretimli Numunelerde Kullanılan Kiriş-Kolon Bağlantı Detayları Önüretimli beton deney numunelerinde kullanılan kiriş-kolon bağlantı imalatı aşamaları Şekil 6 da özetlenmiştir. Buna göre, kolon elemanlarının üretimi sırasında, eleman içerisine önceden belirlenmiş seviyelerde 4 adet 32 mm çapında delik bırakılmıştır (Şekil 6(a)). Kolon elemanı deney çerçevesine yerleştirildikten sonra bu deliklerden alt seviyede bulunan iki tanesinin içerisinden M30 çapında dişli saplama (gijon çubuğu) geçirilerek, 40 cm uzunluğunda bir L120x12 çelik köşebent parçası kolon elemanının ön yüzüne sabitlenmiştir (Şekil 6(b)). Bu çelik köşebent, kiriş elemanının bir ucu için mesnet görevi görmüş ve bu sayede kiriş elemanı deney çerçevesinin içerisine yerleştirilmiştir (Şekil 6(c)). Daha sonra kolon elemanı üzerinde bulunan üst seviyedeki iki delikten de M30 çapında dişli saplamalar geçirilerek ikinci bir çelik köşebent de kiriş üst yüzeyi seviyesinde kolon elemanının ön yüzüne sabitlenmiştir (Şekil 6(d)). Çelik köşebentleri kolon elemanlarına sabitlemek için kullanılan toplam 4 adet M30 çapındaki dişli saplama çubuğunun herbirine yükleme deneylerine başlamadan önce 3 ton luk öngerme kuvveti uygulanmıştır. Bu sayede her iki çelik köşebentin de kolon elemanının yüzeyine arada boşluk kalmayacak şekilde sabitlenmesi ve bağlantıya etkiyen düşey kuvvetlerin bir kısmının çelik köşebentlerle kolon yüzeyi arasında oluşan sürtünme kuvveti ile karşılanması sağlanmıştır. Kiriş elamanının alt ve üst yüzeylerinde bulunan çelik plakaların, kolon ön yüzeyine sabitlenmiş çelik profillere kaynaklanması ile bağlantı tamamlanmıştır. Kolon elemanı yüzeyine sabitlenen köşebent profillere Şekil 7 de gösterilen şekilde 10 mm kalınlığında 3 er adet berkitme plakası kaynaklanmıştır. Daha önceden belirtildiği üzere, bu çalışma kapsamında çok sayıda farklı bağlantı detayları test edilmiş olmasına rağmen bu makalenin kapsamı toplam dört adet kiriş-kolon bağlantı numunesi ile sınırlandırılmıştır. Bu kapsamda üç adet önüretim kiriş-kolon bağlantı numunesi (D3, D4 ve D3R1 numuneleri) ile bir adet birdöküm referans numunesinden (M numunesi) elde edilen sonuçlar özetlenmiştir. Birdöküm referans numunesinde kiriş ve kolon elemanları monolitik olarak dökülmüştür ve bu numunenin davranışı önüretimli beton numunelerin davranışlarının değerlendirilmesi için referans olarak kullanılmıştır. Önüretimli numunelerde kullanılan kiriş elemanlarının alt ve üst yüzeylerinde bulunan çelik plakaların kiriş betonu içerisine ankraj yapılması için kullanılan yöntemin, önüretimli beton kiriş ve kolon elemanları arasındaki bağlantının eğilme momentleri altında sergileyeceği performans üzerinde çok önemli etkisinin olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle, bu kiriş alt ve üst plakalarının ankraj yöntemi çalışma kapsamında temel parametre olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmaların önemli bir kısmı, kiriş alt ve üst plakaları için başarılı ankraj yöntemleri belirleme üzerine yoğunlaştırılmıştır. D3 Numunesinde Kullanılan Plaka Ankraj Detayı: D3 numunesinde kiriş alt ve üst plakaları için kullanılan ankraj yöntemi Şekil 8 de gösterilmiştir. Bu numunede, kiriş alt ve üst plakaları, zayıf eksen yönünde yerleştirilmiş bir adet UPN-65 profile kaynaklanmıştır. UPN-65 profilin kiriş betonu içerisine ankrajlanması, bu profilin etrafına yerleştirilmiş 150 cm uzunluğunda ø14 donatı çubuklarından yapılan dört adet U şeklinde kanca ile sağlanmıştır. Şekil 6. Önüretimli deney numunelerinde kiriş-kolon bağlantı imalatı aşamaları Şekil 7. Köşebent profil ve berkitme plakası detayları TEMMUZ 2013 SAYI :

7 Şekil 8. D3 numunesinde kullanılan plaka ankraj detayı Şekil 9. D4 numunesinde kullanılan plaka ankraj detayı Şekil 10. D3R1 numunesinde kullanılan plaka ankraj detayı D4 Numunesinde Kullanılan Plaka Ankraj Detayı: D4 numunesinde kiriş alt ve üst plakalarının ankrajı için kullanılan detayda, kiriş plakaları dört adet 20 mm çapında donatı çubuğuna Şekil 9 da gösterilen şekilde kaynaklanmış ve bu donatı çubukları etrafına 150 cm uzunluğunda ø14 donatı çubuklarından yapılan dört adet U şeklinde kanca yerleştirilmiştir. Donatı çubuklarının özelliklerine bağlı olarak, bu çubukların kaynaklanması uygulaması genel olarak kaçınılması gereken bir uygulama olmasının yanında, bu çalışma kapsamında kaynaklanan donatı çubuklarında numunelerin yükleme deneyleri sırasında herhangi 22 TEMMUZ 2013 SAYI : 107

8 Yükleme deneyleri sırasında numunelerin davranışlarını belirlemek amacıyla deney numunesinin ve yükleme çerçevesinin üzerine Şekil 11 de gösterildiği şekilde deplasman ölçerler ve yük hücreleri yerleştirilmiştir. Kiriş serbest ucunda uygulanan yük miktarı, hidrolik yükleme silindirinin ucuna sabitlenmiş 50 ton kapasiteli yük hücresi ile ölçülmüştür. Bu noktadaki düşey yerdeğiştirme de kirişin alt yüzeyine sabitlenmiş bir deplasman ölçer ile belirlenmiştir. Kiriş elemanının kolon elemanına göreceli olarak dönme miktarının kiriş elemanı üzerindeki üç farklı noktada belirlenmesi amacıyla kiriş alt ve üst yüzeylerine üçer adet deplasman ölçer sabitlenmiştir. Yükleme deneyleri sırasında ayrıca, yükleme çerçevesinde oluşan deformasyonlardan dolayı kolon alt ve üst uçlarında oluşan yatay deplasmanlar da ölçülmüş ve bu deplasman değerleri kullanılarak kiriş serbir çatlama veya gevrek kırılma gözlenmemiştir. D3R1 Numunesinde Kullanılan Plaka Ankraj Detayı: D3R1 numunesinde kullanılan kiriş alt ve üst plakalarının ankraj detayı D3 numunesinde kullanılan detay üzerinde revizyon yapılarak elde edilmiştir. Buna göre, kiriş alt ve üst plakalarının bağlanması amacıyla iki adet UPN-65 profil kuvvetli eksen yönünde Şekil 10 da gösterilen şekilde kullanılmıştır. Bu profillerden herbiri beş adet 150 cm uzunluğunda ø14 donatı çubuklarından yapılan U şeklinde kancalar kullanılarak kiriş betonu içerisine ankrajlanmıştır Deney Düzeneği ve Deney Prosedürü lasman çevrimleri uygulanmıştır. Hidrolik yükleme silindiri ile kiriş serbest ucu arasında kullanılan çelik mafsal elemanı sayesinde kiriş serbest ucunun dönmeye karşı serbestliği korunmuştur. Çalışma kapsamında yapılan yükleme deneyleri için Şekil 11 de gösterilen düzenek kullanılmıştır. Kolon alt ve üst uçlarında kullanılan çelik mafsal düzenekleri sayesinde bu noktalarda sıfır moment sınır durumu elde edilmiştir. Yükleme çerçevesine sabitlenmiş 50 ton kapasiteli bir hidrolik silindir ile kiriş serbest ucuna tersinir tekrarlı depbest ucunda ölçülen düşey deplasman değerleri gerektiği şekilde düzeltilerek kiriş net deplasmanları belirlenmiştir. Kiriş-kolon bağlantı bölgesinde kullanılan çelik köşebent elemanlarını kolon yüzüne sabitleyen çelik saplamalarda oluşan kuvvetleri ölçmek amacıyla da kolon arka yüzünde iki adet yük hücresi kullanılmıştır. Numuneler üzerine yerleştirilen deplasman ölçerler ve yük hücreleri 16 kanallı bir veri toplama sistemine bağlanmış ve bu sensörlerden ölçülen veriler yükleme deneyleri sırasında sürekli olarak toplanmış ve kaydedilmiştir. Her yükleme çevrimi sonunda yükleme durdurularak numune üzerinde oluşan çatlaklar işaretlenmiş, çatlakların yanına çevrim sayısı yazılmış ve numunenin fotoğrafları çekildikten sonra yüklemeye devam edilmiştir. Numunelerde göçme oluşumuna veya %4 sehim oranına ulaşılıncaya kadar yükleme deneyleri devam ettirilmiştir Deney Sonuçları İncelenen kiriş-kolon bağlantılarının performanslarının değerlendirilmesi amacıyla yükleme deneyleri sırasında Şekil 11. Deney düzeneği ve ölçüm sistemi TEMMUZ 2013 SAYI :

9 elde edilen yük-deplasman oranı davranışları, yükleme çevrimleri sırasında numune rijitliğinin değişimi ve herbir yükleme çevriminde numuneler tarafından tüketilen enerji davranışları karşılaştırılmıştır. Ayrıca, herbir yükleme çevriminden sonra numunelerin üzerinde kiriş ve kolon elemanları ile çelik bağlantı elemanlarında oluşan hasar dağılımı incelenerek farklı bağlantı detaylarına sahip numuneler arasındaki farklılıklar belirlenmiştir. Yükleme deneyleri sırasında numuneler üzerinde %1,00, 2,20 ve 4,00 deplasman oranı çevrimlerinden sonra oluşan hasarın dağılımı Şekil 12 de gösterilmiştir. Birdöküm kiriş-kolon birleşimine sahip olan M numunesinde oluşan beton hasarı kiriş elemanı boyunca ve kiriş-kolon birleşim bölgesi üzerinde yayılmış olmasına rağmen, özellikle D3 ve D4 numunelerinde oluşan beton hasarı kiriş alt ve üst plakaları arasındaki bölgede sınırlı kalmış olup kiriş elemanının diğer kısımlarında ve kolon elemanında herhangi bir hasar oluşmamıştır. M numunesinin yükleme deneyi sırasında kiriş üzerinde ilk çatlak oluşumu %0,20 deplasman oranında gerçekleşmiştir. %1,00 deplasman oranına ulaşıldığında kiriş üzerinde çok sayıda düşey çatlak, kolon üzerinde ise kiriş alt ve üst yüzeyi seviyelerinde birer adet yatay çatlak oluşmuştur. Çekme ve itme yönlerinde %4,00 lık deplasman oranlarına ulaşıldığında yükleme deneyi sonlandırılmıştır. Numunenin donatı akmasına karşılık gelen yük kapasitesi çekme yönünde 67,9 kn, itme yönünde ise 65,1 kn olarak ölçülmüştür. Maksimum yük kapasitesi çekme yönünde 72,9 kn, itme yönünde ise 72,6 kn olmuştur. D3 numunesinde kolon elemanına saplama çubukları ile sabitlenmiş çelik köşebent elemanların, kolon elemanının yüzeyinden ayrıldığı gözlenmiştir. Yükleme deneyi sırasında, her iki yönde de %4,00 lık deplasman oranına ulaşılmış, ancak deney sonrasında yapılan incelemede kiriş alt ve üst plakalarını birleştiren U-profilin bu profil etrafına yerleştirilmiş donatı kancalarının zorlaması sonucu eğildiği tespit edilmiştir. Maksimum yük kapasitesi çekme yönünde 33,1 kn, itme yönünde ise 30,2 kn olarak ölçülmüştür. D4 numunesinin yükleme deneyi sırasında, her iki yönde de %4,00 lık deplasman oranına ulaşılmış, ve deney sonrasında yapılan incelemede kiriş alt ve üst plakalarını birleştiren donatı çubuklarının, bu çubukların etrafına yerleştirilmiş donatı kancalarının zorlaması sonucu eğildiği tespit edilmiştir. Maksimum yük kapasitesi çekme yönünde 29,6 kn, itme yönünde ise 33,5 kn olarak ölçülmüştür. D3R1 numunesinde kiriş elemanı üzerinde ilk kılcal çatlak oluşumu %0,50 deplasman oranında tespit edilmiştir. Kolon elemanında ise %1,75 deplasman oranında kiriş alt ve üst yüzeyi seviyelerine yakın bölgelerde yatay çatlaklar oluşmuştur. D3 ve D4 numunelerinden farklı olarak, D3R1 numunesinde oluşan hasar bağlantı bölgesinde yoğunlaşmamış ve kiriş elemanı boyunca yayılmıştır. %4,00 deplasman oranına ulaşıldığında kolon elemanına saplama çubukları ile sabitlenmiş çelik köşebent elemanların dönerek kolon yüzeyinden ayrıldığı gözlenmiştir. Bu dönmenin sonucu olarak, kiriş alt ve üst plakalarında da betondan ayrılma görülmüştür. Yükleme deneyi tamamlandıktan sonra yapılan incelemelerde, kiriş alt ve üst plakalarını birbirine bağlayan U-profillerin kiriş üst bölgesi yakınında eğildiği görülmüş ve bu profillerle kiriş üst plakası arasındaki kaynakta çatlak oluştuğu belirlenmiştir. Maksimum yük kapasitesi çekme yönünde 105,2 kn, itme yönünde ise 110,8 kn olarak ölçülmüştür. Numunelerin yük-deplasman oranı grafikleri Şekil 13 de, yük-deplasman zarf eğrileri de Şekil 14 de verilmiştir. Deplasman oranı değerleri, kiriş serbest ucunda ölçülen net düşey yerdeğiştirme değerlerinin bu nokta ile kolon aksı arasındaki mesafeye bölünmesi ile elde edilmiştir. Grafiklerde görüldüğü üzere, birdöküm numune ile karşılaştırıldığında D3 ve D4 numuneleri kabul edilebilir davranış gösterememiştir. Bu numunelerde oluşan hasarın kiriş elemanı üzerinde bağlantı bölgesi yakınında yoğunlaşmış olması numunelerin düşük yük kapasitesine sahip olmalarına sebep olmuştur. D3R1 numunesindeki plaka ankraj detayında uygulanan revizyon sonrasında numunenin davranışında elde edilen gelişme de Şekil 13 de açık bir şekilde görülmektedir. D3 numunesinde kiriş alt ve üst plakaları, zayıf eksen yönünde konulmuş bir adet UPN-65 profil ile birbirine bağlanmış ve bu profil dört adet U şeklindeki yatay kancalarla kiriş içerisine ankraj edilmiştir. Bu şekilde uygulanan bağlantı sonucunda numune oldukça başarısız bir performans göstermiştir. D3R1 numunesinde ise iki adet UPN-65 profil kuvvetli eksen yönünde kullanılmış ve her profil beş adet U şeklindeki yatay kancalarla kiriş içerisine ankraj edilmiştir. Yapılan bu revizyon ile numunenin yük kapasitesi yaklaşık üç kat artmıştır. D3R1 numunesinin birdöküm numuneden daha yüksek yük kapasitesine ulaşmış olmasının temem sebebi de bu numunede kiriş elemanı içerisinde kullanılan ankraj çubuklarının da yük taşıyarak kirişin çekme donatısı gibi davranmış olmasıdır. 24 TEMMUZ 2013 SAYI : 107

10 (a) M numunesi (b) D3 numunesi (c) D4 numunesi Şekil 12. Numunelerde oluşan hasarın yükleme çevrimleri ile ilerleyişi (d) D3R1 numunesi Önüretimli numuneler genel olarak artan deplasman oranı çevrimleri altında istikrarlı bir davranış göstermekle birlikte, yükleme deneyinin sonlarına doğru özellikle D3R1 numunesinin yük taşıma kapasitesinde azalmalar olmuştur. Yüke karşı koyabilme kapasitesinde oluşan bu azalmanın sebebi, bağlantı için kullanılan U-profil elemanlarda oluşan eğilme deformasyonudur. Önüretimli numunelerin yükdeplasman oranı eğrilerinde yükleme TEMMUZ 2013 SAYI :

11 Şekil 13. Numunelerin yük-deplasman oranı davranışları deneyinin sonlarına yaklaştıkça oluşan bu azalmalar, numunenin maksimum yük kapasitesini değiştirmemekle birlikte, numunelerin süneklik seviyelerinin azalmasına neden olmuştur. Numunelerin yük-deplasman oranı grafiklerinde göze çarpan bir başka özellik de, birdöküm numuneden farklı olarak, önüretimli numunelerin yükdeplasman oranı eğrilerinin grafiğin merkezine yakın bölgelerde sıkışmasıdır. Daha önce farklı araştırmacılar tarafından yapılmış önüretimli beton kiriş-kolon bağlantı deneylerinde de (CHEOK ve LEW, 1993; FRENCH ve diğerleri, 1989a; FRENCH ve diğerleri, 1989b; KULKARNI ve LI, 2009; SAQAN, 1995) görülen yük-deplasman oranı eğrilerinde oluşan sıkışmanın en yaygın sebepleri kiriş boyuna donatı çubuklarının sıyrılması ve/veya donatı çubuklarının burkulmasıdır. Ancak, bu şekilde bir deformasyon, bu çalışma kapsamında yapılan yükleme deneylerinde gözlenmemiştir. Önüretimli numunelerin yük-deplasman oranı grafiklerindeki sıkışmanın, yükleme deneyleri sırasında kiriş ve kolon elemanları arasında düşey yönde oluşan göreceli kaymadan kaynaklandığı düşünülmektedir. Kiriş elemanın kolon elemanına göreceli olarak gerçekleştirdiği bu hareketin sebebi, kiriş alt ve üst seviyelerinde bulunan köşebent elemanların kolon yüzeyinde düşey yönde kaymasıdır. Bu kayma, herbir yükleme çevriminde maksimum noktaya ulaşıldıktan sonra yükün boşaltılması ve diğer yönde yüklemeye başlanması sırasında oluşmaktadır. Çalışma kapsamında test edilen önüretimli numunelerde görülen bu sıkışmış yük-deplasman oranı eğrilerinin, numunelerin yük taşıma kapasiteleri veya süneklik seviyeleri üzerinde herhangi bir etkisi Şekil 14. Numunelerin yük-deplasman oranı zarf eğrilerinin karşılaştırılması olmamakta, ancak herbir deplasman oranı çevrimi sırasında yük-deplasman oranı eğrisinin içerisinde kalan alan azaldığından numunelerin enerji sönümleme kapasiteleri sınırlanmaktadır. 3. Sonuçlar Bu çalışmada, önüretimli beton yapı endüstrisinde kullanılmak üzere, moment aktarabilen ve çelik profil elemanların kullanıldığı alternatif bir hibrit kirişkolon bağlantı yönteminin performansı incelenerek yeni bağlantı detaylarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Önerilen bağlantı yönteminde, önüretimli beton kiriş ve kolon elemanları arasındaki kuvvet transferi çelik bağlantı elemanları vasıtası ile yapılmaktadır. İncelenen hibrit kiriş-kolon bağlantı detayları, önüretimli beton çerçeve sistemlerde döşeme elemanlarına paralel yönde bulunan çerçevelerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu durumda, düşey yük etkileri oldukça düşük seviyede kalmakta ve kiriş-kolon bağlantısında oluşan etkilerin önemli bir kısmı yapıya etkiyen yatay yüklerden oluşmaktadır. Kiriş-kolon bağlantı numunelerinin yükleme deneyleri sırasında sergiledikleri performanslar göz önüne alınarak aşağıdaki değerlendirmeler yapılmıştır: - İncelenen önüretimli numunelerden D3 ve D4 numunelerinde kiriş elemanının alt ve üst yüzünde kullanılan çelik bağlantı plakaları arasında kalan küçük bir bölgede hasarın yoğunlaştığı ve kiriş elemanının geriye kalan kısımları ile kolon elemanının herhangi bir beton hasarı almadığı gözlenmiştir. Birdöküm kiriş-kolon bağlantı numunesinden oldukça farklı olan bu hasar şekli, elemanlar üzerinde oluşan hasar isteminin oldukça sınırlı bir bölgede karşılanmaya çalışılmasından dolayı tercih edilen hasar şekli olmamaktadır. 26 TEMMUZ 2013 SAYI : 107

12 - D3R1 numunesinde bağlantı detayında uygulanan revizyon sonucu bu numuneden birdöküm numune ile mukayese edilebilir düzeyde bir davranış elde edilmiş ve bu numunede kiriş elemanı boyunca yayılan bir hasar şeklinin oluştuğu gözlenmiştir. D3R1 numunesinin birdöküm numuneden daha yüksek yük kapasitesine sahip olmasına rağmen bu numunenin enerji sönümleme kapasitesi birdöküm numuneden daha zayıf olmuştur. Bu durumun temel nedeni, önüretimli numunelerin yük-deplasman eğrilerinin grafiğin merkezine yakın bölgelerde sıkışmasıdır. Önüretimli numunelerde görülen bu sıkışmış yük-deplasman oranı eğrilerinin, numunelerin yük taşıma kapasiteleri veya süneklik seviyeleri üzerinde herhangi bir etkisi olmamakta, ancak herbir deplasman oranı çevrimi sırasında yük-deplasman oranı eğrisinin içerisinde kalan alan azaldığından numunelerin enerji sönümleme kapasiteleri sınırlanmaktadır. Birdöküm numunenin yük-deplasman eğrilerinde ise bu şekilde sıkışma oluşmamıştır. Bu proje kapsamında tamamlanan deneysel ve analitik çalışmalar, önerilen hibrit önüretimli kiriş-kolon bağlantı yönteminin birdöküm kiriş-kolon bağlantılarına özdeş performans gösterme potansiyelini ortaya çıkarmıştır. Önerilen hibrit bağlantı detaylarının performans seviyesini belirleyen en önemli parametre, kiriş elemanlarının alt ve üst yüzeylerinde bulunan çelik plakaların kiriş betonu içerisine ankraj yapılması için kullanılan yöntemdir. Bu nedenle, kiriş ankraj plakalarının tasarım ve üretiminin yanısıra kiriş elemanı içerisinde bağlantı bölgesi civarında kullanılacak olan sargı donatısına da ilave özen gösterilmesi gerekmektedir. Teşekkür Bu çalışma, 110M587 kodlu proje kapsamında TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, sağladıkları destek ve teknik yardımdan dolayı Yalım Yapı ve Sanayi A.Ş. den Sayın Çetin Yalım, Murat Güney ve Zafer Aygün e teşekkür ederler. Kaynaklar ALCOCER, S. M., CARRANZA, R., NAVAR- RETE, D. P., MARTINEZ, R., Seismic tests of beam-to-column connections in a precast concrete frame, PCI Journal, 47(3), 70-89, (2002). CHEOK, G. S., LEW, H. S., Model precast concrete beam-to-column connections subject to cyclic loading, PCI Journal, 38(4), 80-92, (1993). ERSOY, U., TANKUT, T., Precast concrete members with welded plate connections under reversed cyclic loading, PCI Journal, 38(4), , (1993). ERSOY, U., TANKUT, T., ÖZCEBE, G., YAĞCI, S., Önüretimli betonarme yapılardaki kolon-kiriş birleşimlerinin deprem davranışı, 7. Prefabrikasyon Sempozyumu Bildirileri, İstanbul, (1993). ERTAŞ, O., ÖZDEN, Ş., ÖZTURAN, T., Ductile connections in precast concrete moment resisting frames, PCI Journal, 51(3), 66-76, (2006). FRENCH, C. W., HAFNER, M., JAYASHAN- KAR, V., Connections between precast elements-failure within connection region, ASCE Journal of Structural Engineering, 115(12), , (1989a). FRENCH, C. W., AMU, O., TARZIKHAN, C., Connections between precast elementsfailure outside connection region, ASCE Journal of Structural Engineering, 115(2), , (1989b). KHOO, J. H., LI, B., YIP, W. K., Tests on precast concrete frames with connections constructed away from column faces, ACI Structural Journal, 103(1), 18-27, (2006). KORKMAZ, H. H., TANKUT, T., Performan- ce of a precast concrete beam-to-beam connection subject to reversed cyclic loading, Engineering Structures, 27, , (2005). KULKARNI, S. A., LI, B., Investigations of seismic behavior of hybrid connections, PCI Journal, 51(4), 67-87, (2009). LOO, Y. C., YAO, B. Z., Static and repeated load tests on precast concrete beam-tocolumn connections, PCI Journal, 40(2), , (1995). OCHS, J. E., EHSANI, M. R., Moment resistant connections in precast concrete frames for seismic regions, PCI Journal, 38(5), 64-75, (1993). ÖZDEN, Ş., ERTAŞ, O., Behavior of unbonded, post-tensioned, precast concrete connections with different percentages of mild steel reinforcement, PCI Journal, 52(2), 32-44, (2007). PRIESTLEY, M. J. N., SRITHARAN, S., CONLEY, J. R., PAMPANIN, S., Preliminary results and conclusions from the PRESSS five-story precast concrete test building, PCI Journal, 44(6), 42-67, (1999). PRIESTLEY, M. J. N., MACRAE, G. A., Seismic tests of precast beam-to-column joint subassemblages with unbonded tendons, PCI Journal, 41(1), 64-81, (1999). SAQAN, E. I., Evaluation of ductile beamcolumn connections for use in seismicresistant precast frames, (Doktora Tezi), University of Texas at Austin, (1995). STONE, W. C., CHEOK, G. S., STANTON, J. F., Performance of hybrid moment-resisting precast beam-column concrete connections subjected to cyclic loading, ACI Structural Journal, 91(2), , (1995). VIDJEAPRIYA, R., JAYA, K. P., Experimental study on two simple mechanical precast beam-column connections under reverse cyclic loading, Journal of Performance of Concstructed Facilities, doi: /(ASCE)CF (2012). TEMMUZ 2013 SAYI :