gÜÇlendİrme ÇaliŞmalarinda kullanilan kİmyasal …altıncı ulusal deprem mühendisliği...

Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-20 Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-20 October 2007, Istanbul, Turkey

649

GÜÇLENDİRME ÇALIŞMALARINDA KULLANILAN KİMYASAL ANKRAJLARIN EKSENEL ÇEKME ETKİSİ ALTINDA

DAVRANIŞLARI

PULLOUT BEHAVIOUR OF RETROFIT ADHESIVE ANCHORS

Tuba GÜRBÜZ1 Engin SEYHAN2 Alper İLKİ3 Nahit KUMBASAR4

ÖZET

Ülkemizde mevcut betonarme yapılar incelendiğinde önemli bir bölümünün yeterli deprem güvenliğine sahip olmadığı ve güçlendirilmelerinin gerektiği görülmektedir. Güçlendirme uygulamalarında kimyasal ankrajlar sıklıkla kullanılmaktadır. Kimyasal ankrajların tasarımının güvenli bir şekilde yapılabilmesi için eksenel çekme etkisi altındaki davranışlarının iyi anlaşılması gerekmektedir. Bu çalışmada farklı dayanımlarda iki tip beton blok içerisine, iki farklı tipte kimyasal yapıştırıcı kullanılarak, ankre edilen donatı çubukları üzerinde, ankraj derinliğinin (6Ф, 8Ф, 10Ф ve 12Ф) ve donatı çapının (16Ф ve 20Ф) değişken olarak incelendiği bir dizi çekip çıkarma deneyi yapılmıştır. Deneysel programda 24 adet ankraj numunesinin çekip çıkarma deneyleri yapılmış, numunelerin yük–yerdeğiştirme ilişkileri, eksenel yük kapasiteleri ve göçme biçimleri tespit edilmiştir. Ankraj numunelerinin uygulandığı taban bloklarında Türkiye’deki mevcut betonarme binalardaki düşük beton kalitesini temsil edecek şekilde iki farklı kalitede (basınç dayanımları 12 ve 16 MPa olan) düşük dayanımlı beton kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan deney düzenekleri göçme şeklinin beton konisi şeklinde oluşmasına izin verecek şekilde tasarlanmıştır. Uygulamada sıkça kullanılan 10Ф ankraj derinliklerinde ankraj donatısı akma dayanımına ulaşmadan erken göçme meydana geldiği gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Çekip çıkarma, güçlendirme, kimyasal ankraj, yapışma dayanımı

ABSTRACT

In Turkey many existing reinforced concrete structures do not have sufficient seismic safety and should be retrofitted. Adhesive anchors are widely used in seismic retrofit applications. To safely design such anchors, it is very important to understand their behavior under pullout forces. In this study, some of the variables, which could affect the anchor behavior such as adhesive type, anchor depth, diameter of the anchor bar and the compression strength of the base member are investigated under pullout forces. A total of 24 specimens were tested to determine their pullout characteristics, load-displacement behaviors, mode of failures and anchorage strengths. The anchor bars of 16 and 20 mm diameters were set in low strength concrete blocks (12 MPa, 16 MPa), for representing the concrete strengths of existing buildings in Turkey. Two different types of adhesives were used. The test setup was designed to allow concrete cone failure. The test results showed that the pullout capacities of anchors in low strength concrete could not reach the yield strength even in the common embedment length of 10Ф. Keywords: Bond strength, chemical anchor, pullout, seismic retrofit

1 Araş. Gör., İTÜ İnşaat Fakültesi, İstanbul, [email protected] 2 Doktora öğrencisi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, [email protected] 3 Doç.Dr., İTÜ İnşaat Fakültesi, İstanbul, [email protected] 4 Prof. Dr., İTÜ İnşaat Fakültesi, İstanbul, [email protected]

650 Güçlendirme Çalışmalarında Kullanılan Kimyasal Ankrajların Eksenel Çekme

GİRİŞ Kimyasal ankrajlar, sertleşmiş betona sonradan açılan deliğe yapılan bağ tipi ankrajlardır. Betonarme yapıların güçlendirilmesi esnasında, mevcut taşıyıcı sistem elemanlarının kesitlerinin büyütülmesi veya mevcut sisteme yeni taşıyıcı eleman ilavesinde ihtiyaç duyulan yeni donatıların kimyasal ankrajla betona tespiti en sık kullanılan yöntemdir. Kimyasal ankrajlar planlama, tasarım ve uygulama aşamalarında kullanıcıya büyük esneklik sağlamalarının yanında; sahip oldukları yüksek yapışma dayanımları, kolay ve hızlı uygulanabilir olmaları nedeniyle sıklıkla kullanılmaktadırlar. Özellikle güçlendirme perdelerinin başlık bölgeleri, ya da kolon mantoları gibi, moment aktarması beklenen güçlendirmelerde ankrajların büyük çekme kuvvetlerine karşı koyması gereklidir. Uygulanan yapısal ankrajın eksenel çekme etkisi altındaki davranışının bilinmesi, güvenli tasarım yapılabilmesi için önem taşımaktadır. Güçlendirme çalışmalarında, taşıyıcı sisteme yapılan ilavelerin yapıdaki mevcut elemanlarla birlikte çalışması ve güvenli yük aktarımının sağlanması uygulama esnasında yapılan ankrajların performansına bağlıdır. Ankrajlar üzerlerindeki çekme yüklerini monte edildikleri betona ankrajın bağlı derinliği boyunca oluşan aderans gerilmeleri vasıtasıyla aktarırlar. Kimyasal ankrajlarda, donatı-epoksi ara yüzündeki veya beton-epoksi ara yüzündeki tutunmayı sağlayan kayma gerilmelerine aderans denir. Kimyasal ankrajlarda aderansın bileşenleri; sürtünme kuvveti, kimyasal bağ kuvveti ve ankraj donatısının üzerinde bulunan nervürler nedeniyle oluşan mekanik diş kuvveti olarak sayılabilir. Beton sınıfına, kullanılan kimyasal tipine, ankraj geometrisine ve ankraj donatısı dayanımına bağlı olarak ankraj çekip çıkarma deneylerinde farklı göçme modlarına rastlanmaktadır. Ankrajların eksenel çekme etkisinde davranışları incelendiğinde beş farklı göçme tipi gözlemlenmektedir, Şekil 1, (ACI 355, 1991).

P

P

a. Ankraj Donatısının Kopması b. Ankraj Donatısının Sıyrılması

P

P

c. Betonun Konik Kopması d. Koni ile Sıyrılmanın Birlikte Oluşması

Şekil 1. Ankraj Göçme Modları

I. Ankraj Donatısının Akması/Kopması: Kimyasal ankrajları için ankraj donatısının akması tasarımcı tarafından istenilen davranıştır.

II. Ankraj Donatısının Sıyrılması: Ankraj donatısının ankraj deliğinden sıyrılarak çıkmasıdır. Kimyasal ankrajlar, ankraj derinliği boyunca oluşan yapışma dayanımının sona ermesi ile sıyrılmaya başlarlar.

III. Betonun Konik Kopması: Eksenel çekim esnasında betonda oluşan çekme gerilmelerinin beton çekme dayanımını aşması sonucu, ankraj betonun konik olarak kırılmasına yol açar.

T.Gürbüz, E.Seyhan, A.İlki ve N.Kumbasar 651

IV. Koni ile Sıyrılmanın Birlikte Oluşması V. Betonun Yarılması: Beton yarılması taban elemanı derinliğinin sığ olduğu

durumlarda ya da serbest kenara yakın ekilen ankrajlarda meydana gelir. Bu çalışmada sunulan deneysel veriler, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsünde tamamlanan yüksek

lisans tezleri kapsamında İTÜ Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında gerçekleştirilen çekip çıkarma deneylerinin bir kısmını içermektedir (Gürbüz 2007, Seyhan 2006). Çalışmada deprem güçlendirmesi çalışmalarında kullanılan kimyasal ankrajların yaygın olarak kullanılan ankraj derinliklerindeki davranışları incelenmiştir. Ankrajların ekildiği taban bloğu Türkiye’deki mevcut betonarme yapıların beton kalitesini temsil edecek şekilde düşük dayanımlı olarak seçilmiştir.

DENEYSEL ÇALIŞMA Malzemeler Kimyasal ankraj eksenel çekme deneyleri 125x250x(25-30-35) cm boyutlarında donatısız ve çatlamamış beton bloklar üzerinde yapılmıştır. Ankrajların yerleştirildiği bloklar; ülkemizdeki mevcut yapıların genel durumunu temsil etmek üzere deney günlerindeki, ortalama standart standart silindir basınç dayanımları yaklaşık 12.7 ve 16.1 MPa olan iki farklı beton kullanılarak üretilmiştir. Üretici firmadan alınan beton karışımları Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1. Beton karışımları

Beton Sınıfı Çimento Kırma Kum Kum Kırmataş I Kırmataş II Su Akışkanlaştırıcı Uçucu Kül

(kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3)

C12 155 647 437 477 581 140 1.22 -

C16 170 - 610 445 636 144 1.51 45

Ankraj çubukları olarak 16 mm (Φ16) ve 20 mm (Φ20) olmak üzere iki farklı çapta, nervürlü beton çeliği (S420) kullanılmıştır. Φ20 çapındaki donatılar (Set III) aynı özelliklere sahip olmaları için aynı bağ içindeki S420 kalitesindeki beton çeliğinden kesilerek hazırlanırken, Φ16 çapındaki ankraj çubukları iki farklı üreticiden (Set I ve Set II) temin edilmiştir. Tablo 2′de çelik çekme deneyinden elde edilen donatı özellikleri verilmiştir. Tablo 2’de sırası ile fsy donatı akma dayanımını, fsu kopma dayanımı, fmaks en büyük çekme dayanımını göstermektedir. 12 MPa basınç dayanımına sahip beton bloğa ekilmiş 16 mm çapında numuneler set I ile tanımlanan çelik ile üretilirken; 16 MPa basınç dayanımına sahip beton bloğa ekilmiş 16 mm çapında numuneler ise set II ile tanımlanan çelik ile üretilmiştir.

120 cm boyunda hazırlanan ankraj çubukları deney günü dayanımları 12.7 MPa ve 16.1 MPa olan iki farklı dayanımda taban betonuna iki farklı kimyasal yapıştırıcı (M1, M2) kullanılarak ankre edilmiştir. Ankrajların ekiminde kullanılan M1 malzemesi uygulamada sık kullanılan kimyasal yapıştırıcıdır. M1 malzemesi epoksi-amin esaslı, iki bileşenli, pasta kıvamında, çok amaçlı tamir, ankraj ve montaj harcıdır. Hazırlanan karışım ağızdan dolma bir harç tabancasına doldurularak kullanılabilmektedir. M2 malzemesi, epoksi-akrilat esaslı, iki bileşenli, pasta kıvamında, çok hızlı sertleşen ankraj ve montaj harcıdır. İki hazneli kartuş ambalajda temin edilen malzemenin ucuna statik karıştırıcı takılarak özel kartuş tabancasına yerleştirilip hızlı şekilde uygulanabilmektedir. Ankraj ekim zamanlarında hazırlanan epoksi karışımlarından alınan numuneler üzerinde kür süreleri sonunda yapılan deneylerden elde edilen malzeme dayanımları Tablo 3’de verilmiştir.


Tablo 2. Donatı çekme deneyleri test sonuçları dayanım değerleri

Çelik Donatı Gerçek Çap (mm)

Akma Dayanımı fsy (MPa)

Ortalama Akma

Dayanımı fsy,ort (MPa)

Maksimum Dayanım fmaks (MPa)

Kopma Dayanımı fsu

(MPa)

Ortalama Kopma Dayanımı

fsu,ort (MPa)

Set I -1 16.0 474 652 552Set I -2 16.1 475 655 587Set I -3 16.0 466 643 607Set II-1 15.6 452 725 649Set II-2 15.6 446 730 640Set II-3 15.7 451 727 640Set III-1 19.2 478 797 732Set III-2 20.1 559 661 522Set III-3 19.1 464 789 710Set III-4 19.9 555 669 562

472 582

514 632

450 643

Tablo 3. Epoksi Prizma Numuneleri Deney Sonuçları

Basınç Deneyleri Eğilme Deneyleri

M1 64.9 31.2

M2 79.1 26.5

Numune Adı Basınç Dayanımı (MPa) Eğilme Dayanımı (MPa)

Deney Parametreleri Kimyasal ankrajların eksenel çekme etkisindeki davranışlarını ve kapasitelerini; ankrajın geometrik özelliklerinin yanında (ankraj derinliği, donatı çapı, delik çapı, ankrajlar arası mesafe), ankrajı oluşturan malzemelerin mekanik özellikleri (beton kalitesi, donatı akma dayanımı, kimyasal yapıştırıcı özellikleri) de etkilemektedir, (Cook, 2001). Bu çalışmada gerçekleştirilen deney programının kapsamı; ülkemizdeki ankraj uygulamaları göz önünde bulundurularak belirlenmiştir. Ankraj davranışı üzerinde etkileri araştırılan başlıca parametreler ankraj derinlikleri, beton kalitesi, ankraj çubuk çapı ve kimyasal yapıştırıcının türüdür.

Ankraj derinliği, ankraj performansını ve davranışını etkileyen en önemli değişkenlerden biridir. Ülkemizde yapılan güçlendirme çalışmaları esnasında yaygın olarak uygulanan kimyasal ankraj derinliklerinde ankraj donatısının davranışını gözlemleyebilmek için; sıklıkla kullanılan ankraj derinlikleri göz önüne alınarak, çalışmada 6Ф, 8Ф, 10Ф ve 12Ф (ankraj donatı çapının 6, 8, 10, 12 katı) derinliklerinde kimyasal ankrajlar uygulanmıştır.

Ülkemizdeki mevcut yapı stoğu düşünüldüğünde yapılarda karşılaşılan eksikliklerin başında düşük beton kalitesi gelmektedir. Güçlendirme uygulamalarının yapıldığı deprem açısından hasar riski yüksek olan eski yapılarda, ankraj imalatları oldukça düşük dayanımlı betona yapılmaktadır. Ankrajların ekildiği taban bloklarında ülkemizdeki mevcut durumu yansıtmak üzere iki farklı kalitede düşük dayanımlı beton kullanılmıştır. Taban betonlarının deney esnasındaki basınç dayanımları 12.7 ve 16.1 MPa dır.

Ankraj donatısı olarak güçlendirme çalışmalarında betona yeni eklenen kolon ve perde filizlerinde sıklıkla kullanılan 16 mm (Φ16) ve 20 mm (Φ20) çapında S420 kalitesinde nervürlü beton çeliği seçilmiştir.

Kimyasal ankrajlarda elde edilen yapışma dayanımı kullanılan kimyasal yapıştırıcının niteliklerine bağlıdır. Her kimyasalın farklı yapışma dayanımı vardır (örneğin epoksi, polyester ve vinilester reçinesi). Kullanılan yapıştırıcının betona yapışma dayanımı, çeliğe yapışma dayanımı ve mekanik özellikleri (çekme ve basınç dayanımları) ankraj performansını etkileyen önemli unsurlardan biridir. Bu nedenle bu çalışmada ankraj ekimleri epoksi bazlı, iki bileşenden oluşan iki farklı tür kimyasal yapıştırıcı kullanılarak yapılmıştır. Bu malzemeler M1 ve M2 olarak


isimlendirilmiştir. M1 malzemesi pratikte sıklıkla kullanılan, yapıştırıcı (A) ve sertleştirici (B) olmak üzere iki bileşeni kullanıcı tarafından üreticinin belirttiği oranlarda karıştırılarak harç tabancası veya mala yardımı ile uygulanan ankraj malzemesidir. M2 malzemesi ise enjeksiyon tipi kimyasal yapıştırıcı olup üretici firma tarafından hazırlanmış uygulamaya hazır tüpler şeklinde bulunmaktadır. Tüpler harç tabancası yardımıyla uygulanırken A ve B bileşenleri tüpün uç kısmında bulunan karıştırıcıda birleşip uygulamaya hazır hale gelirler. Deney Düzeneği Çalışma kapsamında kimyasal ankrajların eksenel çekme altındaki davranışının belirlenebilmesi için iki farklı düzenek hazırlanmıştır. Ankrajlar arası mesafe ASTM E488’e göre tasarlanmış bu sayede ankrajların birbirine olan etkisi ve deney düzeneğinin deney sonucuna etkisi minimuma indirilmiştir (ASTM E488, 2003). Oluşan konilerin üst üste düşmesi ve oluşan çatlaklardan dolayı ankraj kapasitelerinin etkilenmesi önlenmeye çalışılmış, uygulanan eksenel çekme yükünden doğan tepkinin ankraj çevresinden yeteri kadar uzak olan bölgelere aktarılması sağlanmıştır. Deney düzeneği, mesnet temiz açıklığı ankraj derinliğinin en az iki katı kadar olacak şekilde konumlandırılmıştır. Şekil 2’de ASTM E488’e uygun olarak tasarlanmış deney düzenekleri verilmiştir. Yük ankraj numunelerine 20 ton kapasiteli ortası delik hidrolik kriko ile uygulanmıştır. Elektrikli pompa yardımı ile oluşturulan hidrolik basınçla krikonun, üst ucundan çene ile sıkıştırılan ankraja eksenel kuvvet uygulaması sağlanmıştır. Uygulanan yük değerleri hidrolik krikonun hemen üstüne yerleştirilen, 50 ton kapasiteli delikli yük ölçerle tespit edilmiştir.

Şekil 2. Deney düzenekleri

Deney esnasında yükleme hızının sabit tutulmasına özen gösterilmiştir. Ankrajların yerdeğiştirmeleri donatıya, beton yüzeyi hizasında kelepçe ile tutturulmuş korniyerlere basan 50 mm kapasiteli iki yerdeğiştirmeölçer ile tespit edilmiş, değerlendirmede ankraj donatısının her iki yanına eşit uzaklıkta yerleştirilen bu iki yerdeğiştirmeölçerden alınan verilerin ortalamaları kullanılmıştır. Numuneden alınan yük ve yerdeğiştirme ölçümleri numune kapasitesine eriştiğinde kesilmemiş, ankraj taşıma gücünün büyük kısmını kaybedene kadar veri alınmıştır. Böylece her numuneye ait yük – yerdeğiştirme eğrileri ve eksenel yük kapasiteleri elde edilmiştir. Ankraj Numuneleri Çalışmada iki farklı kalitede betonla üretilen taban bloklarına, iki tür kimyasal yapıştırıcı kullanılarak ekilen 16 ve 20 mm çaplarındaki ankraj donatılarının, farklı ankraj derinliklerinde eksenel çekme altındaki davranışlarını incelemek üzere 24 adet çekip çıkarma deneyi yapılmıştır. Ankrajların üretimi esnasında taban betonuna ankraj delikleri açılmış, deliklerin yüzey temizliği tamamlandıktan sonra kimyasal yapıştırıcı ile donatı ekimi yapılmıştır. Ankrajların yerleşim planları, ankraj kapasitelerinde bir düşüşe neden olmayacak şekilde ayarlanmış; numuneler


birbirlerinden ve serbest kenardan yeteri kadar uzakta olacak şekilde yerleştirilmiştir. Beton konisi teorisine göre oluşan koninin taban açısı 45° olarak alındığında, ankrajların birbirini etkilememesi için ankraj derinliğinin iki katı kadar ankraj aralığı dikkate alınmalıdır, (ASTM E488 2003, Fuchs 1995). Ankraj delikleri kimyasal yapıştırıcı üreticisinin tavsiyesine uygun olarak ankraj donatı çapından 6 mm daha geniş olarak, 22 ve 26 mm çaplarında hazırlanmıştır. Delik delme işlemi tamamlandıktan sonra delik dibine çöken toz, basınçlı hava tutularak delikten atılmıştır. Delik temizliğinin devamında matkabın ucuna tel fırça takılarak delik yüzeyinde kalan zayıf parçacıklar yüzeyden uzaklaştırılırken aynı zamanda yapışma kuvvetinin artırılması için yüzey pürüzlendirilmiştir. Son aşamada ise tekrar basınçlı hava tutulmuştur. Delik temizliği esnasında uygulanan basınçlı hava ve tel fırça ile temizleme işlemlerinin süresi delik yüzey alanı ile orantılı olacak şekilde ayarlanmıştır.

Ankraj ekimleri, kullanılan kimyasal yapıştırıcının ambalaj tipine ve kıvamına göre farklı yöntemler ile yapılmıştır. Kullanılan epoksi-amin bazlı kimyasal yapıştırıcı M1, reçine (A Bileşeni) ve sertleştirici (B Bileşeni) olmak üzere iki bileşenden oluşmaktadır. Epoksi karışımı; üreticinin verdiği ağırlıkça karışım oranı (Bileşen A %75, Bileşen B %25) göz önüne alınarak hassas şekilde hazırlanmıştır. Karışım 3 dakika boyunca rengi değişip homojen hale gelene kadar matkap ucuna takılan karıştırıcı yardımıyla karıştırılmıştır. Açılan ankraj delikleri alt ucundan başlayarak mala yardımıyla epoksi ile bir kaç defada doldurulmuştur. Bu işlem esnasında delikte hava kabarcığı kalmamasına özen gösterilmiştir. M2 malzemeleri iki bileşenli kartuş ambalajda oldukları için özel bir tabanca ile uygulanmıştır. M1 malzemesinden farklı olarak M2 malzemesi çok hızlı sertleştiği için (yaklaşık 15 dakika) ankraj donatılarının yerleştirilmesi çok daha hızlı yapılmıştır. Ankrajların tam düşey olarak yerleştirilmesi düzeç yardımıyla sağlanmıştır. Ankraj ekimi tamamlandıktan sonra epoksinin 7 gün süreyle laboratuvar koşullarında kürünü alması sağlanmıştır.

Numuneler için sistematik bir adlandırma yapılmıştır. Numune adları dört ana parçadan meydana gelmektedir. Birinci parça kullanılan kimyasal yapıştırıcı hakkında bilgi verirken; ikinci bölüm beton basınç dayanımını belirtir. Numune adlarının üçüncü parçası ankraj çapını, son bölüm ise ankraj derinliğini donatı çapının katı cinsinden ifade eder. Numune isminin son parçası ise aynı özelliklere sahip ankrajlar arasında kaçıncı numune olduğunu göstermektedir. Örneğin M1-C12-Φ16-10Φ-1 adlı numune; M1 kimyasalı ile 12 MPa basınç dayanımına sahip beton bloğa ekilmiş 16 mm çapında 10x16=160 mm derinliğindeki numunelerden ilkini temsil etmektedir.

DENEY SONUÇLARI Çalışma kapsamında güçlendirme uygulamalarında sıklıkla kullanılan ankraj derinlikleri dikkate alınarak 6Ф, 8Ф, 10Ф ve 12Ф derinliklerinde ankrajların eksenel çekme deneyleri yapılmıştır. Tablo 4’de kimyasal ankrajların her birine ait geometrik özellikler ve çekip çıkarma deneylerinden elde edilen sonuçlar verilmiştir.

Tablo 4 incelendiğinde beton dayanımındaki sınırlı artışın ankraj yapışma dayanımı üzerinde önemli bir etki yaratmadığı görülmektedir. Bu değerlendirme yapılırken M1-C16-Φ16-12Φ-1 numunesi için elde edilen sonucun bir istisna olduğu düşünülmüştür. Beton dayanımdaki sınırlı artış epoksi ile beton arasında olan kimyasal yapışmayı ve (bu artış beton çekme dayanımında daha da sınırlı olduğu için) koni oluşumunu etkilememiştir. Ancak bu değerlendirmenin beton kalitesindeki sınırlı bir değişim için geçerli olduğu, beton kalitesindeki önemli değişimlerde bu değerlendirmenin geçerli olmayacağı açıktır.

Şekil 3’de farklı ankraj derinliklerinde M1 malzemesi ile üretilen C12 betonundaki Φ16 ankrajların yük-yerdeğiştirme eğrileri, Şekil 4’de ise C16 betonundaki aynı özellikteki ankrajların yük-yerdeğiştirme eğrileri verilmiştir. Ankraj derinliğinin artması ile birlikte, aderans gerilmelerinin oluştuğu yapışma yüzeyinin artması, ankrajın kapasitesinin de artmasını sağlamıştır. Bu artış Tablo 4’den anlaşılacağı üzere yaklaşık doğrusal olarak meydana gelmiştir. Ankraj derinliğinin ankraj davranışı üzerinde de etkisi söz konusudur. Beton yüzeyle yeterli yapışma dayanımına sahip olan M1 yapıştırıcısının kullanıldığı ankrajlarda ankraj derinliğinin artması ankraj dayanımını ve beraberinde göçme tipini etkilemektedir. Sığ ankrajlarda (ankraj derinliği: 6Φ) betonun konik kopması şeklinde göçme tipi gözlenirken ankraj derinliği arttıkça betonun konik kopması ve sıyrılmanın birlikte gerçekleştiği kombine tipi göçme oluşmaktadır, Tablo 4.


Tablo 4. Deney Sonuçları

Eksenel Çekme Kapasitesi

Eşdeğer Düzgün Yayılı Bağ Dayanımı

Ort Eksenel Çekme Kapasitesi

Ort Eşdeğer Düzgün Yayılı Bağ Dayanımı

Φ (mm) (kN) (MPa) (kN) (MPa)

1 M1-C12-Φ16-6Φ-1 6Φ= 96 Koni 38.8 8.0

2 M1-C12-Φ16-6Φ-2 6Φ= 96 Koni 48.8 10.1

3 M1-C12-Φ16-6Φ-3 6Φ= 96 Koni 45.8 9.5

4 M1-C16-Φ16-6Φ-1 6Φ= 96 Koni 42.8 8.9

5 M1-C12-Φ16-8Φ-1 8Φ= 128 Koni ve Sıyrılma 52.0 8.1












17 M1-C16-Φ20-6Φ-1 6Φ= 120 Koni 77.6 10.3




21 M2-C16-Φ20-6Φ-1 6Φ= 120 Sıyrılma 37.0 4.9

22 M2-C16-Φ20-8Φ-1 8Φ= 160 Sıyrılma 58.6 5.8

23 M2-C16-Φ20-10Φ-1 10Φ= 200 Sıyrılma 52.5 4.2

24 M2-C16-Φ20-12Φ-1 12Φ= 240 Sıyrılma 72.8 4.8

87.9 9.1

73.8 9.2

44.5 9.2

59.9 9.3

Numune AdıBağlı

Derinlik Göçme Şekli

Pakma= 95 kN

0

30

60

90

120

0 10 20 30 40Yerdeğiştirme (mm)

Yük

(kN

) M1-C12-Ф16-6Ф-3

M1-C12-Ф16-8Ф-2

M1-C12-Ф16-10Ф-3

M1-C12-Ф16-12Ф-1

Şekil 3. M1, C12 malzemesi ile üretilmiş Φ16 ankrajların yük-yerdeğiştirme eğrileri


Pakma=90 kN

0

30

60

90

120


Yük

(kN

)M1-C16-Ф16-6Ф-1M1-C16-Ф16-8Ф-1M1-C16-Ф16-10Ф-1M1-C16-Ф16-12Ф-1

Şekil 4. M1, C16 malzemesi ile üretilmiş Φ16 ankrajların yük-yerdeğiştirme eğrileri

Kimyasal ankraj uygulamalarında üreticilerin sıklıkla tavsiye ettiği uygulama derinliği 10Ф’dir. Özellikle güçlendirme uygulamalarında ankrajlar beton güç tükenmesine ulaşmadan ankraj donatısı akacak şekilde tasarlanırlar. Şekil 3 ve 4’de ankraj donatısının akma dayanımına ulaştığı eksenel yük seviyesi belirtilmiştir. Yapılan deneysel çalışmada 6Ф, 8Ф, 10Ф ve 12Ф derinlikte uygulanan ankrajlarda, 12Φ derinlikte C16 betonuna ekilen ankraj hariç, donatı akma yükü seviyesine ulaşılamamış, sonuçta ankrajlardan etkin şekilde yararlanılamamıştır, Şekil 3 ve 4. Güçlendirme çalışmalarında genellikle üretici firmaların tavsiye ettiği 10Ф derinliğinde ankraj ekimleri yapıldığı ve güçlendirme yapılan binaların beton kalitesinin çalışmada kullanılan betona göre daha düşük kalitede olabileceği düşünülürse yapılan uygulamalarda sorunların söz konusu olabileceği ortaya çıkmaktadır.

Şekil 5’de farklı ankraj derinliklerinde M1 malzemesi ile üretilen Φ20 çapındaki ankrajların yük-yerdeğiştirme eğrileri, Şekil 6’da ise M2 malzemesi ile üretilen Φ20 çapındaki ankrajların yük-yerdeğiştirme ilişkileri verilmiştir.

Pakma = 161kN

0

40

80

120

160


Yük

(kN

)

M1-C16-Ф20-6Ф-1M1-C16-Ф20-8Ф-1M1-C16-Ф20-10Ф-1M1-C16-Ф20-12Ф-1

Şekil 5. M1 Malzemesi ile üretilmiş farklı derinlikte Φ20 ankrajların yük–yerdeğiştirme ilişkisi

Şekil 3 ile Şekil 5 incelendiğinde görüleceği gibi, ankraj çapının büyümesi aderans gerilmelerinin oluştuğu yüzey alanının artmasına neden olarak, ankraj kapasitesinin yükselmesini sağlamıştır.


Pakma = 161kN

0

40

80

120

160


Yük

(kN

)

M2-C16-Ф20-6Ф-1

M2-C16-Ф20-8Ф-1

M2-C16-Ф20-10Ф-1

M2-C16-Ф20-12Ф-1

Şekil 6. M2 Malzemesi ile üretilmiş farklı derinlikte Φ20 ankrajların yük–yerdeğiştirme ilişkisi

Çalışma kapsamında ankraj malzemesinin ankraj davranışı üzerindeki etkisinin gözlenebilmesi için Φ20 donatıları ile üretilen ankrajlarda M1 ve M2 malzemeleri kullanılmıştır. Şekil 5 ve 6 incelendiğinde malzemeler arasındaki performans ve davranış farkı belirgin biçimde görülmektedir. M1 malzemesinde göçme tipinde betonun konik kopması hakimken, M2 malzemesinde sıyrılma tipi göçme gözlenmektedir. M2 malzemesi için elde edilmiş olan yapışma dayanımları, M1 malzemesi için elde edilmiş olan yapışma dayanımlarından çok daha düşüktür.

M1 malzemesi ile üretilen Φ20 çapındaki ankrajların tamamı eksenel çekip çıkarma deneyleri esnasında oluşan çekme gerilmelerinin, çekme dayanımı düşük olan taban betonu tarafından karşılanamaması sonucu, donatının akma dayanımına ulaşmadan ankrajın dayanımını erken yitirmesi ile kapasitesine ulaşmıştır. Şekil 5 ve 6’da Φ20’lik ankraj donatılarının akma yükü olan 161 kN değeri gösterilmiştir. Koni derinliğinin altında kalan derinlikte oluşan sıyrılma beton ile kimyasal yapıştırıcının ara yüzünde meydana gelmiştir.

Koni oluşumu ile dayanımını kaybeden ankrajlara ait yük-yerdeğiştirme grafikleri incelendiğinde (Şekil 5), maksimum yüke kadar yerdeğiştirmelerin sınırlı kaldığı, koni oluşumuyla yükün ani olarak düştüğü ve yerdeğiştirmelerin hızla arttığı görülmektedir. Koni oluşumu sonrasında yük, ankrajın sıyrılma derinliği boyunca karşılanan mekanik sürtünme kuvveti değerine kadar hızla düşmüş ve sonrasında belli bir miktar yük mekanik sürtünme ile karşılanmaya devam etmiştir. Şekil 7’de yapılan çekip çıkarma deneyleri sonucu elde edilen tam koni ve koni ile sıyrılmanın birlikte oluştuğu göçme tiplerine ait resimler görülmektedir.

Şekil 7. Beton Konileri

M2 malzemesi ile üretilen ankrajlarda, ankraj derinliğindeki artış dayanımı arttırmış olmakla birlikte, göçme tipinde herhangi bir farklılaşma olmamıştır. Tüm derinliklerde ankrajlar beton yüzeyden sıyrılarak göçmektedirler, Şekil 8. M2 kimyasalı ile üretilen ankrajlarda görülen sıyrılma göçme tipi, kimyasalın yapışma dayanımının düşük olmasından kaynaklanmaktadır. Tüm ankraj derinliklerinde bu yapışma dayanımı ile ulaşılan çekme kuvveti betonun çatlamasına neden olacak kuvvetin altında kalmıştır. Bu göçme tipinde kimyasal ankrajın derinliği boyunca oluşan bağ gerilmeleri maksimum yapışma dayanımına ulaşana kadar ankraj dayanımını kaybetmemiştir. Maksimum yükten sonra yerdeğiştirmelerin hızla artması sıyrılmayı açıkça görülmektedir. Tipik


bir sıyrılma göçme mekanizmasında maksimum yükten sonra ankrajın karşıladığı kuvvet beton ile kimyasal yapıştırıcı arasında oluşan mekanik sürtünme ile sağlanmaktadır.

Şekil 8. M2 ile üretilen ankrajların sıyrılma ile göçmeleri

Görüldüğü gibi ankraj imalatında kullanılan yapıştırıcı malzeme ankraj davranışını etkileyen en önemli etkenlerden biridir. Malzemenin fiziksel ve kimyasal özellikleri ankraj dayanımını ve göçme tipini belirleyen önemli etkilerdir. M2 malzemesinin yüzeylere olan yapışma dayanımının az olması ankraj dayanımını azaltmakta, göçme tipinin sıyrılma şeklinde gerçekleşmesine neden olmaktadır. M2 malzemesi üretici firma tarafından geliştirilme aşamasında olan bir kimyasal olduğundan üretici firma tarafından verilen yapışma dayanımı değeri yoktur.

Ankrajlarda göçme yükünün ankraj donatısının bağlı derinliğindeki yüzey alanına bölünmesi ile ortalama düzgün yayılı yapışma dayanımı elde edilmiştir. M1 malzemesi ile üretilen Φ16 ve Φ20 çaplarındaki ankrajlar için 10Φ ankraj derinliğinin yeterli olmadığı görülmüş olmakla birlikte ortalama yapışma dayanımları incelendiğinde; ankraj çapının ya da ankraj derinliğinin yapışma dayanımı üzerindeki etkisinin az olduğu, yapışma dayanımının hemen hemen sabit bir değer aldığı görülmektedir. Deneylerden elde edilen ortalama yapışma dayanımı (≈ 9-10 MPa) üretici firmanın, kullanılan kimyasal yapıştırıcı için tavsiye ettiği yapışma dayanımı olan 3 MPa (7 günde betona yapışma dayanımı) değerinden yüksek çıkmıştır.

SONUÇLAR

Bu çalışma kapsamında; iki farklı kimyasal yapıştırıcı kullanılarak mevcut yapı stoğunu temsil edebilmek amacıyla deney günü dayanımı 12.7 MPa ve 16.1 MPa olan betona uygulanan Φ16 ve Φ20 çaplarında, farklı derinliklerdeki ankrajların, eksenel çekme yükleri altındaki davranışları incelenmiştir. Yürütülen deneysel çalışmanın sonunda aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır. M1 malzemesi ile üretilen 6Ф derinliğindeki ankrajlarda betonun konik olarak göçmesi gözlenirken, daha derin ankrajlarda beton konisi ile ankraj sıyrılması birlikte oluşmuştur. Buna karşılık M2 malzemesi ile üretilen tüm ankrajlar daha düşük çekme kuvvetlerinde sıyrılarak dayanımlarını kaybetmiştir.

6Ф, 8Ф, 10Ф ve 12Ф derinliklerinde ekilen ankrajların eksenel çekme kapasiteleri gerek M1 gerekse M2 malzemeleri için artan derinlikle birlikte doğrusala yakın olarak artmıştır. Buna karşılık eşdeğer düzgün yayılı yapışma dayanımlarında, artan derinlik ile önemli bir değişiklik görülmemiş, yapışma dayanımlarının genel olarak M1 kimyasal yapıştırıcı kullanılan ankrajlarda 9-10 MPa, M2 kimyasal yapıştırıcı kullanılan ankrajlarda ise 4-5 MPa düzeylerinde olduğu görülmüştür. Bu da ankraj uygulamalarında kullanılan kimyasal yapıştırıcıların ankraj performansında çok etkili olabileceğini göstermektedir.

Ankrajların dayanımlarını kaybetmesi genel olarak ankraj donatısı akma gerilmesine ulaşmadan gerçekleşmiştir. Ankrajlarda tasarım amacına ulaşılamamış olması genelde yaklaşık 10Φ derinlikte yapılan pratikteki ankraj uygulamalarında sorun olabileceğini göstermiştir.


Teşekkür Çalışma süresince yardımlarını esirgemeyen Yılmaz Kaya’ya, Cem Demir’e, İTÜ Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı çalışanlarına, öğrenci asistanlara ve artık aramızda olmayan Salih Ustaya teşekkür ederim. Çalışma kapsamında yürütülen Bilimsel Araştırma Projesini (BAP) destekleyen İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsüne, çalışmaya destek sağlayan Basf Yapı Kimyasalları AŞ’ye, LaFarge Beton’a ve Gelişim Torna’ya katkılarından dolayı teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR ACI Committee 355 (1991) State-of-The–Art-Report on Anchorage to Concrete, ACI 355.1R-91, American

Concrete Institute, Detroit ASTM E 488 – 96 (Reapproved 2003), Standard Test Methods for Strength of Anchors in Concrete and

Masonry Elements Cook R A, Konz R C, (2001) “Factors Influencing Bond Strength of Adhesive Anchors”, ACI Structural

Journal, V98, No1, 76-86 Fuchs W, Eligehausen R, Breen E J, (1995) “Concrete Capacity Design (CCD) Approach for Fastening to

Concrete”, ACI Structural Journal, V92, No1, 73 – 94 Gürbüz T, (2007) Yapıların Güçlendirilmesinde Kullanılan Kimyasal Ankrajların Eksenel Çekme Etkisi

Altındaki Davranışlarının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, (Tez danışmanı: A. İlki), İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul

Seyhan E (2006) Kimyasal Ankrajların Davranışlarının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, (Tez danışmanı: A. İlki), İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul

gÜÇlendİrme ÇaliŞmalarinda kullanilan kİmyasal …altıncı ulusal deprem mühendisliği...

Documents