Birim testi: Ankraj

Giriş 

Bu makalede, beton ankraj sıyrılma davranışının 3D-CSFM ile doğrulanmasına yönelik, deneysel sonuçlarla^[1] doğrudan karşılaştırma yapılan bir birim testi çalışması sunulmaktadır. Araştırmamızın odak noktası, sayısal modellerin ankraj davranışının temel yönlerini —göçme modları ve nihai kapasite dahil— yakalama konusundaki tahmin kapasitelerinin değerlendirilmesidir. Çalışmamız, pratik mühendislik senaryolarında karşılaşılan değişkenliği yansıtacak şekilde 10 mm'den 32 mm'ye kadar geniş bir ankraj çapı yelpazesini kapsamaktadır. Bu sayede çapa bağlı eğilimleri belirlemek ve 3D-CSFM'nin farklı ölçeklerdeki güvenilirliğini değerlendirmek mümkün olmaktadır. Tüm simülasyonların, IDEA StatiCa Detail'de uygulanan bir yöntem olan 3D-CSFM kapsamında ve tüm parametreler için varsayılan ayarlar kullanılarak gerçekleştirildiğini belirtmek gerekir. 

Göçme modlarının tanımı

3D-CSFM'nin sonradan yerleştirilen yapıştırmalı ankrajların modellenmesindeki performansını değerlendirmek için iki göçme modunu göz önünde bulundurmamız gerekmektedir: bağ gerilmesinin (τ_b) tasarım bağ gerilmesine (τ_bd) eşit olduğu sıyrılma ve sınır plastik şekil değiştirmeye ulaşıldığı anlamına gelen ankrajın kendisinin akması.

Birim testi düzeneği

Bu çalışmada, Hilti HIT-RE500 - SD Donatılı Enjeksiyon Harcı (500B) ankrajları IDEA StatiCa Detail'de modellenmiş ve sonuçlar deneysel verilerle^[1] karşılaştırılmıştır. 

Beton blokların boyutları ve donatıları, sıyrılma davranışı üzerindeki olası etkileri azaltmak amacıyla titizlikle belirlenmiş; böylece deneysel sonuçların^[1] geçerliliği güvence altına alınmıştır. Tüm ankraj birim testlerinde tek bir beton blok boyutu kullanılmıştır (1,0x1,0x0,5 m; GxDxY). Blok, B 500B çeliğinden 8-14 mm çapında çubuklarla donatılmıştır. Her yüzey etrafında (alt yüzey hariç; alt mesnet boyunca sürekli olarak modellenen donatılar) 135,0 mm aralıklı 8 donatı katmanı bulunmaktadır.  İlgili yapı yönetmeliklerinin öngördüğü tüm güvenlik katsayıları titizlikle uygulanmış ve hesaplamalar boyunca 1,0 değeri kullanılmıştır. Ankraj deliğinin boyutunun ankrajın kendi çapına oranı, hesap modelinde açıkça dikkate alınmamıştır.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.1 Side view of a reinforced concrete block with glued in anchor}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.2 View of a reinforced concrete block with highligted anchor. Diameter of anchor equals to 16 mm }}}\]

Ankraj bağ dayanımı, ankraj tasarımında kritik bir parametre olup deneysel değerlendirmelere^[1] göre 15,4 MPa olarak belirlenmiş; ikinci doğrulama modeli için ise 12,0 MPa alınmıştır. Benzer şekilde, deneye göre ankrajın beton blok içindeki gömme uzunluğu tutarlı biçimde belirlenmiştir. Modelde, eksenel çekme kuvvetinin uygulandığı beton blok üzerindeki 50 mm'lik ek ankraj uzunluğu da dikkate alınmıştır. Bu testte 10 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm, 25 mm ve 32 mm çaplarındaki ankrajlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneysel düzenekler Tablo 2.2'de özetlenmiştir.

3D-CSFM Katı Blok modeli kullanılarak gerçekleştirilen analizde; ankraj sıyrılma özellikleri, kritik yük eşiklerinin belirlenmesi ve göçme modlarının ayrıntılı tahmini dahil olmak üzere çeşitli konular kapsamlı biçimde incelenmiştir. 

Malzeme özellikleri

CSFM analizinde kullanılan beton, donatı ve ankraja ait malzeme özellikleri Tablo 2.2'de özetlenmiştir. Donatının akma gerilmesi (\(f_{yk}\)) ve nihai gerilmesi (\(k \times f_{yk}\)), betonun basınç dayanımı (\(f_{ck}\)), plastik şekil değiştirme (\(\epsilon_{c2}\)) ve sınır plastik şekil değiştirme (\(\epsilon_{cu2}\)) değerleri, deneyde belirtilen koşullar esas alınarak seçilmiştir. Bağ Dayanımı ise üretici tarafından sunulan prospektüste belirtilmiştir.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3 Stress strain diagrams of materials: (a) Stress-strain diagram of reinforcement B 500B, (b) Stress-strain diagram of concrete C30/37 }}}\]

Deneysel sonuçlarla karşılaştırma 

Bu bölümde, üretici tarafından elde edilen deneysel sonuçlar, 3D-CSFM tarafından tahmin edilen nihai yükler ve göçme modlarıyla karşılaştırılmaktadır. Farklı ankraj çaplarına karşılık gelen altı nihai sıyrılma yükü, 3D-CSFM sonuçlarıyla eşleştirilmiştir. Ayrıca her ankraj çapı için belirli bir göçme modu tespit edilmiştir.

Göçme modları ve nihai yükler

Tablo 2.4, deneysel testlerde ölçülen nihai yüklerin (P_u,exp) ve 3D-CSFM tarafından tahmin edilen nihai yüklerin (P_u,3D-CSFM) karşılık gelen göçme modlarıyla birlikte kapsamlı bir özetini sunmaktadır. Birden büyük oranlar, modelin tahminlerinin ölçülen değerlere kıyasla güvenli tarafta kaldığını göstermektedir. Tablo 2.4'te görüldüğü üzere, tüm 3D-CSFM analizlerinin tahmin ettiği birincil göçme modları deneysel bulgularla örtüşmekle birlikte, büyük çaplarda belirli göçme alt türlerinde bazı farklılıklar gözlemlenmiştir. 3D-CSFM tahminleri genel olarak doğru olmakla birlikte, büyük çaplarda %100'ün üzerindeki oranlarla hafif güvenli tarafta kalma eğilimi göstermektedir. 

Ayrıca (\(P_{u,bar}\)) ve (\(P_{u,bond}\)) değerleri hesaplanarak tabloya eklenmiştir.

\(P_{u,bar}=A_{bar}\cdot k \cdot f_{yk}\)

\(P_{u,bond}=C_{bar}\cdot l_{bar} \cdot \tau_{bd}\)

Burada (\(A_{bar}\)) ankrajın kesit alanı, (\(C_{bar}\)) ankrajın çevresi ve (\(l_{bar}\)) ankrajın beton içindeki uzunluğudur.

Yukarıda sunulan değerlerden, deneyin çözücünün birleşik Sıyrılma ve YA göçme modlarını doğru hesaplayabildiğini kanıtlamak amacıyla kurgulandığı görülmektedir.

Bunun yanı sıra, (\(\tau_{bd} = 12.0 MPa\)) bağ dayanımına sahip aynı modeller hesaplanmış ve analitik olarak belirlenen (\(P_{u,bond}\)) değerleriyle karşılaştırılmıştır.

Şekil 1.4, bağ gerilmesinin tam kapasitesine ulaşıldığını ve sınır şekil değiştirmenin gerçekleştiğini göstererek Tablo 2.4'teki sonuçları doğrulamakta; bu durum göçme modunun Sıyrılma ve YA olarak tanımlanmasına yol açmaktadır.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.4 Anchor 16 mm: Strain check value (left) and Bond stress (right) }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.5 Anchor 32 mm: Stress flow view }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.6 Anchor 25 mm: Stress in the reinforcement }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.7 Anchor 20 mm: Strain in the reinforcement }}}\]

Sonuç 

Deneysel veriler^[1] ile 3D-CSFM'nin beta sürümü arasındaki karşılaştırma tatmin edici bir uyum göstermektedir. Bu ön değerlendirmeden elde edilen temel bulgular şunlardır:

• Tüm ankrajlar için güçlü bir korelasyon sağlanmış olup bu durum, modellerde gözlemlenen göçme modları ve nihai yük değerlerinde açıkça görülmektedir. 
• 3D-CSFM hâlâ beta aşamasında olmasına karşın, deneysel bulgularla uyumu potansiyel kullanım değerini ortaya koymaktadır. Bu uyum, aracın etkinliğine ilişkin belirli bir doğrulama sağlamakla birlikte, geliştirme aşamasında olduğu göz önünde bulundurularak ihtiyatla yorumlanmalıdır.

Kaynaklar 

[1] - HILTI. Hilti HIT - RE500 - SD Injectable Mortar with Rebar (500B). HILTI CORPORATION. Https://www.hilti.com.hk/ [online]. 2016 [cit. 2024-04-22]. Available from: https://www.hilti.com.hk/medias/sys_master/documents/h86/h89/9485674512414/Submittal-ASSET-DOC-LOC-8336225.pdf