Taban plakası yeterince rijit mi?

Bağlantı elemanları neden bu kadar önemlidir?

Bağlantı elemanları, yapısal ve yapısal olmayan elemanların bütünlüğü ve güvenliği açısından kritik bir rol oynamaktadır. Bu nedenle EN1992-4 gibi özel standartlar geliştirilmiştir. Bu standartlar, çelik-beton bağlantılarının zorluklarını ele alarak çelik ve beton elemanlar arasında güvenli yük aktarımını sağlayan güvenilir bir tasarım yöntemi sunmaktadır. EN1992-4; çeşitli bağlantı elemanı türlerini (yerleşik başlıklı bağlantı elemanları, sonradan yerleştirilen mekanik ve yapışkanlı bağlantı elemanları) ve farklı etki kategorilerini kapsamaktadır.

Betonda kullanılan bağlantı elemanlarının tasarımı

EN1992-4'e göre statik/yarı-statik yüklemeler için betondaki bağlantı elemanlarının tasarımı, birden fazla kod kontrolü içermektedir:

Şekil 1  Çekme altındaki bağlantı elemanları için kod kontrolleri

Şekil 2 Kesme altındaki bağlantı elemanları için kod kontrolleri

Şekil 3 Çekme ve kesme yüklerinin etkileşimini dikkate alan kod kontrolleri

Standartta (Şekil  1 - Şekil  3) belirtilen tasarım süreci, ilgili tüm kod kontrollerinin sağlandığından emin olmak için ayrıntılı bir yaklaşım gerektirmektedir. Her bağlantı elemanı türü için özel değerlendirmeler yapılması gerekmektedir. Örneğin, mekanik ankrajlar mekanik kilitlenmeye dayanırken, yapışkanlı ankrajlar bağlayıcı malzemenin yapışma özelliklerine bağlıdır. Tasarım süreci, güvenilir bir bağlantı sağlamak için bu farklılıkları göz önünde bulundurmalıdır.

Bu kod kontrollerinden birine daha yakından bakalım. Tasarım modelinin ne kadar karmaşık olduğunu göstermek amacıyla, beton koni kırılması durumunda (Şekil  4) bağlantı elemanının veya bir grup bağlantı elemanının karakteristik direncini örnek olarak ele alacağız:

Şekil  4 Beton koni kırılması durumunda bağlantı elemanının veya bir grup bağlantı elemanının karakteristik direnci

Denklemde; kabuk soyulması, gerilme dağılımının bozulması, tamamlayıcı donatının varlığı ve diğer etkileri dikkate almak için dört faktör yer almaktadır. Bu durum, yalnızca yapı malzemelerinin (çelik, beton) özelliklerinin değil; beton bloğun geometrisi, ankraj düzeni, gömme derinliği, tamamlayıcı donatı vb. diğer faktörlerin de nihai direnç üzerinde, yani verilen yük kombinasyonu için belirleyici kırılma modu üzerinde etkili olduğunu ortaya koymaktadır. Bu durum, çelik-beton bağlantılarının tasarımının manuel olarak yapıldığında tasarımı optimize etmek için çok sayıda hesaplama ve iterasyon içerdiğinden oldukça zahmetli ve karmaşık olabileceğini göstermektedir.

IDEA StatiCa Connection, kullanıcının sonradan yerleştirilen mekanik bağlantı elemanları veya pul plakalı yerleşik ankrajlar kullanarak çelik-beton bağlantıları tasarlamasına olanak tanır. Ankraj türüne bağlı olarak hesaplanması gereken çok sayıda kod kontrolü bulunmaktadır. Şekil  1 - Şekil  3'te listelenen kod kontrollerinin büyük çoğunluğu, IDEA StatiCa Connection'da kullanıcı girdisi ve standartta belirtilen parametreler esas alınarak hesaplanmaktadır. Bunların bir kısmı, standartlaştırılmış bir düzenek kullanılarak gerçekleştirilen deneyler sonucunda elde edilen ve geçerli uyumlaştırılmış teknik şartnamelere göre değerlendirilen ürüne özgü faktörler gerektirdiğinden sağlanmamaktadır. Bu faktörler, Avrupa Teknik Değerlendirmesi (ETA) gibi teknik onaylarda yer almaktadır. Tasarım direncinin hesaplanması için gereken faktörlerin yanı sıra, onayda minimum kenar mesafesi c_min, minimum ankraj aralığı s_min, minimum beton blok yüksekliği h_min, güvenlik katsayıları ve daha fazlası gibi diğer önemli özellikler de yer almaktadır. Sağlanmayan kod kontrolleri hakkındaki bilgiler, Şekil  5'te gösterildiği gibi sonuçlar sekmesinde açıklanmaktadır.

Şekil  5 Ürüne özgü özellikler gerektiren kod kontrollerinin listesi

Çelik taban plakasının rijitliği

Gerekli kod kontrollerinin listesinin yanı sıra, standart uyulması gereken ek kurallar da belirtmektedir. Bunlar arasında bağlantı elemanlarına etkiyen kuvvetlerin türetilmesine ilişkin kurallar yer almaktadır. Bir ankraj plakasına eğilme momenti ve/veya çekme kuvveti etki ettiğinde, çelik-çelik bağlantılarında olduğu gibi kaldıraç kuvvetleri oluşabilir. Bu kuvvetler, ankrajlardaki çekme kuvvetlerinin artmasına yol açacağından taban plakası tasarımında dikkate alınmalıdır. Bu gereklilik, EN1992-4'ün Madde 6.1 (4)'ünde açıklanmış ve Şekil 6.1 b'de gösterilmiştir:

Şekil  6 EN1992-4'ün Madde 6.1 (4)'ü

Şekil  7 Kaldıraç kuvvetleri C_pr nedeniyle bağlantı elemanına etkiyen çekme kuvvetlerinin büyütülmesi

Standart, ankraj plakasının yeterince rijit olması koşuluyla, yani doğrusal gerinim dağılımı varsayımının geçerli olduğu durumlarda (kiriş teorisinde olduğu gibi), bir bağlantı elemanına etkiyen tasarım çekme yüklerinin nasıl hesaplanacağına ilişkin rehberlik sunmaktadır. Ancak Madde 6.2.1'de belirtilen gerekliliklerin karşılanmaması durumunda, çelik taban plakasının elastik deformasyon davranışı dikkate alınmaktadır. Bu etki IDEA StatiCa Connection'da göz önünde bulundurulmaktadır; zira CBFEM yöntemi kullanılarak yapılan hesaplama, bağlı profilin, kaynakların ve temel yastığının rijitliği de dahil olmak üzere (Winkler zemin modeli kullanılarak modellenmiştir) taban plakasının eğilme davranışının yakalanmasına olanak tanımaktadır. Bir sonraki bölümde, plaka kalınlığının ankrajlardaki çekme kuvvetleri, kolondaki eşdeğer gerilmeler ve beton bloktaki basınç gerilmeleri üzerindeki etkisini daha ayrıntılı inceleyeceğiz.

IDEA StatiCa'da bazı örnekler

IDEA StatiCa kullanarak hazırladığım bazı örneklere göz atalım.

Burada, ankraj düzeni (üç ankrajlı iki sıra), gömme derinliği, beton blok boyutları ve malzeme özellikleri her iki incelenen durum için aynı kalmaktadır. Ayarlanacak olan taban plakası kalınlığıdır (10, 20 ve 30 mm) ve uygulanan yük etkileridir – durum no. 1 için N = 100 kN çekme kuvveti, durum no. 2 için ise N = -100 kN basınç kuvvetidir. Bu kabuller, parametrelerin sonuçlar üzerindeki etkisini, yani bağlantı elemanlarının eksenel kuvvetlerini, kolondaki eşdeğer gerilmeyi ve betondaki basınç gerilmesini kolayca doğrulamamıza olanak tanıyacaktır. Model aşağıda Şekil 8'de gösterilmektedir.

Şekil  8 IDEA StatiCa Connection'da model

Durum no. 1 ile başlayalım; incelenen örneklere ait sonuçlar aşağıda verilmiştir:

Şekil  9 Durum no. 1, taban plakası kalınlığı = 10 mm, eşdeğer gerilmeler

Şekil  10 Durum no. 1, taban plakası kalınlığı = 10 mm, ankrajlardaki çekme kuvvetleri

Şekil  11 Durum no. 1, taban plakası kalınlığı = 20 mm, eşdeğer gerilmeler

Şekil  12 Durum no. 1, taban plakası kalınlığı = 20 mm, ankrajlardaki çekme kuvvetleri

Şekil  13 Durum no. 1, taban plakası kalınlığı = 30 mm, eşdeğer gerilmeler

Şekil  14 Durum no. 1, taban plakası kalınlığı = 30 mm, ankrajlardaki çekme kuvvetleri

Tablo 1 Durum no. 1 için sonuçların özeti (N = 100 kN)

Beklendiği gibi, plaka kalınlığı arttıkça kaldıraç kuvvetleri azalmakta; t_fix = 30 mm'de kaldıraç kuvveti kalmamakta ve yük gruptaki tüm ankrajlara eşit olarak dağılmaktadır. Gruptaki en fazla zorlanmış ankrajlar için kuvvetler karşılaştırıldığında, elastik taban plakası (t_fix = 10 mm, N_Ed,1 = 27,9 kN) ile rijit taban plakası (t_fix = 30 mm, N_Ed,1 = 16,7 kN) arasında %67'lik bir fark bulunmaktadır. Çelik taban plakasının eğilme davranışının dikkate alınması, bağlı plakalardaki ve elemanları birleştiren kaynaklardaki gerilme dağılımını da etkilemektedir. Bu durum, tasarım sürecinde taban plakası rijitliğinin doğrulanmasının ne kadar önemli olduğunu göstermektedir.

Durum no. 2'ye ait sonuçlar, plaka kalınlığının betondaki basınç gerilmesi dağılımı üzerindeki etkisini göstermektedir:

Durum no. 2, taban plakası kalınlığı = 10 mm, eşdeğer gerilmeler, betondaki gerilme

Şekil  16 Durum no. 2, taban plakası kalınlığı = 20 mm, eşdeğer gerilmeler, betondaki gerilme

Şekil  17 Durum no. 2, taban plakası kalınlığı = 30 mm, eşdeğer gerilmeler, betondaki gerilme

Tablo 2 Durum no. 2 için sonuçların özeti (N = -100 kN)

Kalınlık arttıkça gerilmenin daha düzgün dağıldığı ve bunun da betondaki maksimum basınç gerilmesini düşürdüğü görülmektedir.

Sonuç

IDEA StatiCa Connection ile kullanıcı, çelik taban plakasının eğilme davranışını doğru bir şekilde modelleyebilir ve bunun modellenen bağlantı üzerindeki etkisini doğrulayabilir. Yazılım, verilen yük etkileri altında taban plakasının deformasyonunu simüle etmek için CBFEM yöntemini kullanmaktadır. Bu sayede mühendisler, kuvvet dağılımını görselleştirebilir, çelik taban plakasının elastik davranışına ilişkin olası sorunları tespit edebilir ya da EN1992-4'te belirtilen doğrusal gerinim dağılımı varsayımının doğruluğunu teyit edebilir. Bu, çelik-beton bağlantılarının tasarım sürecinin kritik bir parçasıdır; zira görece kalın taban plakalarının bile rijit taban plakası gerekliliklerini karşılamayabileceği ve bu doğrulamanın atlanmasının, yukarıdaki örneklerde gösterildiği gibi, ankrajlardaki çekme kuvvetlerinin küçümsenmesine yol açabileceği unutulmamalıdır.

…bir şey daha

Yazılımımızın en son sürümü olan Sürüm 24.0'da, IDEA StatiCa Connection ile Detail arasında doğrudan bir bağlantının beta sürümü hayata geçirilmiştir. Bu sayede 3D Detail (CSFM yöntemi tabanlı) kullanılarak betonarme temellerin (GKS) doğrulanması mümkün olmaktadır. Destek merkezimizde, her iki program arasında veri alışverişinin nasıl yapılacağına ve Detail uygulamasında hesaplamanın nasıl çalıştırılacağına ilişkin adım adım bir eğitim bulabilirsiniz.

Şekil 18 IDEA StatiCa Connection ile Detail arasındaki BIM Bağlantısı (beta sürümü)

Daha fazla kaynak

Konu hakkında daha fazla bilgi edinmek için aşağıdaki bağlantıları inceleyebilirsiniz:

Ankrajların kod kontrolü (EN)

Connection'dan Detail'e ankraj aktarımı (BETA)

IDEA StatiCa Detail – Beton 3D süreksizlik bölgelerinin yapısal tasarımı | IDEA StatiCa

En son sürüm hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, tüm ayrıntılar için sürüm notlarını inceleyebilirsiniz. 

Web Semineri Kaydını İzleyin

1.500'den fazla kayıtlı katılımcıyla gerçekleştirilen bu başarılı web semineri, konuya daha derinlemesine bir bakış sunmaktadır. Bu blog yazısını okuyarak web semineri kaydına erişebilir ve ileri düzey teknik ve uygulamaları keşfedebilirsiniz.
Bu fırsatı kaçırmayın ve hemen inceleyin!