1.1 Beton detaylarının yapısal tasarımına genel giriş
Beton elemanların tasarımı ve değerlendirmesi normalde kesit (1D-eleman) veya nokta (2D-eleman) düzeyinde gerçekleştirilir. Bu prosedür, yapısal tasarıma ilişkin tüm standartlarda, örneğin (EN 1992-1-1 veya ACI 318-19) içinde açıklanmakta olup günlük yapısal mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır. Ancak bu prosedürün yalnızca Bernoulli-Navier düzlemsel gerinim dağılımı hipotezinin geçerli olduğu bölgelerde (B-bölgeleri olarak adlandırılır) kabul edilebilir olduğu her zaman bilinmemekte veya gözetilmemektedir. Bu hipotezin geçerli olmadığı yerler süreksizlik veya bozulmuş bölgeler (D-Bölgeleri) olarak adlandırılır. 1D-elemanların B ve D bölgelerine ilişkin örnekler (Şekil 1)'de verilmiştir. Bunlar; mesnet bölgeleri, tekil yüklerin uygulandığı kısımlar, kesitte ani değişimin meydana geldiği konumlar, boşluklar vb. yerlerdir. Betonarme yapıların tasarımında perdeler, köprü diyaframları, konsollar vb. gibi pek çok başka D-Bölgesiyle de karşılaşılmaktadır.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1\qquad Discontinuity regions (Navrátil et al. 2017)}}}\]
Geçmişte, süreksizlik bölgelerinin boyutlandırılmasında yarı-ampirik tasarım kuralları kullanılmaktaydı. Neyse ki bu kuralların yerini büyük ölçüde, günümüz tasarım yönetmeliklerinde yer alan ve tasarımcılar tarafından sıklıkla kullanılan Çubuk model yöntemi (Schlaich ve diğerleri, 1987) ve gerilme alanları (Marti 1985) almıştır. Bu modeller mekanik açıdan tutarlı ve güçlü araçlardır. Gerilme alanlarının genel olarak sürekli veya süreksiz olabileceğini ve Çubuk model yönteminin süreksiz gerilme alanlarının özel bir durumu olduğunu belirtmek gerekir.
Son on yıllarda hesaplama araçlarının gelişimine karşın, Çubuk model yöntemi özünde hâlâ elle hesap olarak kullanılmaktadır. Gerçek yapılara uygulanması, iterasyon gerektirmesi ve birden fazla yük kombinasyonunun göz önünde bulundurulması nedeniyle zahmetli ve zaman alıcıdır. Ayrıca bu yöntem, kullanılabilirlik kriterlerinin (şekil değiştirmeler, çatlak genişlikleri vb.) doğrulanması için uygun değildir.
İnşaat mühendislerinin D-bölgelerini tasarlamak için güvenilir ve hızlı bir araca olan ilgisi, düzlem içi yüklemeye maruz betonarme elemanların otomatik tasarımına ve değerlendirmesine olanak tanıyan, bilgisayar destekli gerilme alanı tasarımına yönelik yeni bir yöntem olan Uyumlu Gerilme Alanı Yöntemi'nin geliştirilmesi kararına yol açmıştır.
Uyumlu Gerilme Alanı Yöntemi (CSFM), klasik gerilme alanı çözümlerinin kinematik değerlendirmelerle tamamlandığı, yani yapı genelinde gerinim durumunun hesaplandığı, sürekli Sonlu Elemanlar Yöntemi tabanlı bir gerilme alanı analiz yöntemidir. Bu sayede betonun etkin basınç dayanımı, basınç yumuşamasını dikkate alan basınç alanı analizlerinde (Vecchio ve Collins 1986; Kaufmann ve Marti 1998) ve EPSF yönteminde (Fernández Ruiz ve Muttoni 2007) olduğuna benzer biçimde, enine gerinim durumuna göre otomatik olarak hesaplanabilmektedir. Bunun yanı sıra CSFM, çekme rijitliğini de göz önünde bulundurarak elemanlara gerçekçi rijitlikler atamakta ve önceki yaklaşımlar tarafından tutarlı biçimde ele alınmayan tüm tasarım yönetmeliği hükümlerini (kullanılabilirlik ve şekil değiştirme kapasitesi konuları dahil) kapsamaktadır. CSFM, tasarım standartlarının beton ve donatı için öngördüğü yaygın tek eksenli gerilme-gerinim bağıntılarını kullanmaktadır. Bu bağıntılar tasarım aşamasında bilindiğinden kısmi güvenlik katsayısı yöntemi uygulanabilmektedir. Dolayısıyla tasarımcıların, doğrusal olmayan Sonlu Elemanlar Yöntemi analizlerinde tipik olarak gereken ek ve çoğu zaman keyfi malzeme özelliklerini girmesi gerekmemekte; bu durum yöntemi mühendislik uygulamaları için son derece uygun kılmaktadır.
Bilgisayar destekli gerilme alanlarının inşaat mühendisleri tarafından kullanımını yaygınlaştırmak amacıyla bu yöntemlerin kullanıcı dostu yazılım ortamlarında uygulamaya konulması gerekmektedir. Bu doğrultuda CSFM, DR-Design Eurostars-10571 projesi kapsamında ETH Zürih ile IDEA StatiCa yazılım şirketi tarafından ortaklaşa geliştirilen yeni ve kullanıcı dostu ticari bir yazılım olan IDEA StatiCa Detail'de hayata geçirilmiştir.