Uzun öngerilmeli prefabrik beton kirişlerin göçmesi

İnce kesitli prefabrik öngerilmeli bir kirişin zayıf eksen etrafında eğilmesi veya aşırı sehim yapması ya da bir inşaat sahasında kaldırma aşamasında öngerilmeli prefabrik beton kiriş köprüsünün çökmesi nadir rastlanan bir talihsizlik değildir. Ancak tüm güvenlik yönetmelikleri, kılavuzlar ve önceki mühendislik deneyimiyle birlikte bu durum günümüzde hâlâ yaşanıyor mu? Evet, yaşanıyor. Nasıl olur? Sorun nedir?

Uzun öngerilmeli kirişlerin yanal kararsızlığı

Prefabrik beton kirişler veya ana kirişler; endüstriyel yapılar, hipermarket mağazaları, depolar veya prefabrik öngerilmeli betondan yapılmış kiriş köprüler gibi çok çeşitli projelerde kullanılmaktadır. Kullanılan malzemeler, daha verimli kesit şekilleri ve daha büyük öngerilme demetleri gibi çeşitli teknolojik gelişmeler, daha büyük açıklıklara ulaşılmasını sağlamaktadır. Açıklığın artmasıyla birlikte bu tür kirişlerin toplam ağırlığı da artmakta; bu durum, şekil [3]'te gösterildiği gibi, taşıma ve elleçleme aşamalarını yapısal tasarımdaki kritik yük durumları hâline getirmektedir.

Bu sorunu aşmak için yaygın strateji, başlık genişliklerini azaltarak kirişlerin öz ağırlığını en aza indirmektir. Bununla birlikte, bu yaklaşım elemanın zayıf eksen rijitliğini ve burulma rijitliğini de azaltarak yanal kararsızlık riskini artırmaktadır. [1]

Yanal kararsızlığa bağlı bildirilen kazalar ve hasarlar, genellikle geçici yükleme durumlarında (kaldırma, taşıma ve mesnet üzerine oturtma) ikinci mertebe etkilerini tetikleyen dışmerkezliklerle ilişkilidir. Bu dışmerkezliklerin tipik kaynakları; imalat toleransları, demetlerin yanal konumlanmasındaki değişkenlikler, yerel çatlama, sünme ve rötre kayması ile kirişin yay yapmasına neden olan tek taraflı güneş ısınmasıdır. Öngerilmeli beton kirişlerin yeterli zayıf eksen rijitliği marjına sahip olduğu varsayıldığından, bu olguya geleneksel olarak sınırlı düzeyde ilgi gösterilmiştir. [1]

Uzun öngerilmeli prefabrik beton kirişlerde kazalar

Kiev'in 1965 yılında inşa edilen Dehtiarivskyi Köprüsü, 13 Haziran 2023'te yenileme için kapatılmasının ardından çöktü [2]. Görünüşe göre altı kiriş monte edildikten sonra işçiler yedinci kirişi yerleştirmeye başlamış ve kiriş dengesini yitirerek diğer kirişleri iterek her şeyin çökmesine neden olmuştur. Neyse ki can kaybı yaşanmamış, ancak büyük maddi hasar meydana gelmiştir.

Bir diğer örnek ise kaldırma aşamasındaki göçmedir. 2 m yüksekliğinde ve 1,2 m üst başlık genişliğine sahip sabit I-kesitli, 45,6 m uzunluğunda öngerilmeli prefabrik beton bir kiriş düşünün. İlk kaldırma işleminin ardından deforme olmuş bir şekil ve 300 mm'ye (L/150) kadar ulaşan dramatik yanal deplasman artışı. Kiriş, olası hasarı değerlendirmek amacıyla yeniden zemine indirildi. İnceleme sonucunda sol üst başlıkta düşey çatlaklar gözlemlendi. Çatlak genişlikleri 0,4 mm'yi aşıyordu; elemanın nihai olarak kabul edilebilmesi için dayanıklılık gerekliliklerine uyum sağlanması amacıyla bu çatlakların onarılması gerekmekteydi.

Ardından ikinci bir kaldırma denemesi gerçekleştirildi. Ancak bu denemede L/400'den fazla yanal kayma gözlemlendi; bu durum kirişin özgün şeklini geri kazanamadığı anlamına geliyordu. Bu durum büyük olasılıkla kaldırma işlemleri sırasında meydana gelen plastik deformasyondan kaynaklanmaktaydı. Bu nedenle kiriş reddedildi ve yeni bir kiriş üretilerek şantiyeye taşındı. [1]

İnce kesitli öngerilmeli prefabrik beton kiriş tasarımında güvenlik

Bu tür kazaları ve hasarları nasıl önleyebiliriz? Uzun öngerilmeli beton kiriş tasarımından vazgeçecek miyiz? Elbette hayır; bu bir gerileme olurdu ve son derece üzücü olurdu (yazar öngerilmeli betonun büyük bir hayranıdır)! Bir yapı mühendisi için dakikalar içinde güvenli ve ekonomik bir tasarım sunmak kolay bir iş değildir.

Bu durumda ise kalem ve kâğıdın yeterli olmadığından korkarım. Son mühendislik pratiğimde, ince kesitli öngerilmeli kirişlerin yanal burulmalı burkulması (YBB) ile ilgili karmaşık hesaplamalarda bana yardımcı olabilecek bir yazılımın varlığını hep diledim. Doğal olarak, yarım kalmış programlara giriş değerleri girerek ve sonuçları yorumlayarak gençliğimi harcamak istemedim.

Yanal burulmalı burkulma için çözüm

İyi haber şu ki, uzun prefabrik öngerilmeli beton kirişlerin yanal burulmalı burkulması (YBB) için kapsamlı analiz sunan IDEA StatiCa mevcuttur. Tüm bunlar; kullanımı kolay, sonuçları açık ve otomatik rapor üreten tek bir araçta sunulmaktadır. Yalnızca tipik IDEA StatiCa Beam iş akışını takip edin:

• Geometri: kesit, açıklık bilgileri, öngerilme demetleri ve yapım aşaması geçmişi, global analiz ve tasarım için Beam uygulamasında zaten tanımlanmıştır. Tüm veriler otomatik olarak dikkate alınır.
• Yanal kararlılık sekmesi: kaldırma, taşıma ve diğer yapım aşamalarına ilişkin başlangıç kusuru, sapan detayları, nihai mesnet türleri gibi ayrıntılı giriş verilerini tanımlayın. Bunların tümü YBB analizini etkiler.
• YBB analizini çalıştırın: yani başlangıç kusurlarıyla birlikte malzeme ve geometri bakımından doğrusal olmayan analiz. Arka planda gelişmiş yöntem kullanılır; basitleştirilmiş yöntemler veya formüller değil.
• Sonuçlar: YBB analizinin çıktıları mesnet tepkileri, iç kuvvetler ve sehimdir.
• YBB kontrolü: şu an için RCS uygulamasına manuel giriş mevcuttur. YBB analizi çalıştırıldıktan sonra ayrıntılı sonuçlara (RCS uygulaması) gidin ve yeni dosya olarak kaydedin; burkulma nedeniyle oluşan ek iç kuvvetleri belirleyici taşıma gücü ve kullanılabilirlik kombinasyonlarına girin ve tüm kontrolleri çalıştırın.
  Not: YBB sonuçlarının kontrol kombinasyonlarına otomatik aktarımı yakında geliştirilecektir. 
• Rapor: Otomatik yönetmelik kontrolleri ve özelleştirilebilir çıktılarla doğru raporlar oluşturun; zamandan tasarruf edin ve hata riskini azaltın. 

YBB analizi ve kontrolleri hakkında daha fazla teknik ayrıntıyı buradan bulabilirsiniz.

Son söz

Depolama, taşıma ve kaldırma aşamalarını kapsayan entegre YBB kararlılık kontrolleriyle her imalat ve yapım aşamasında kiriş güvenliğini sağlayın. İnce kesitli öngerilmeli prefabrik beton kirişlerin yanal kararlılıklarını yitirme riski taşıdığı gerekçesiyle bu tasarımlardan endişe duymayı veya kaçınmayı bırakın. Artık IDEA StatiCa'nın desteğiyle güvenle çalışabilirsiniz!

Kaynaklar

[1] A. de la Fuente, J.M. Bairán, S.H.P. Cavalaro, Case Study of Failure of Long Prestressed Precast Concrete Girder During Lifting, Engineering Failure Analysis, Volume 100, 2019, Pages 512-519, ISSN 1350-6307, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.061, (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630717302236)

[2] Çevrimiçi erişim https://english.nv.ua/nation/photos-of-collapsed-kyiv-s-dehtiarivskyi-bridge-50357382.html

[3] Çevrimiçi erişim https://www.prefa-praha.cz/tycove_prvky/