Birim test: Ankraj

Giriş 

Bu makalede, beton ankrajın sıyrılma (pull-out) davranışının 3D-CSFM ile doğrulanmasına yönelik, deneysel sonuçlarla doğrudan karşılaştırma yoluyla gerçekleştirilen bir birim test çalışması sunuyoruz^[1]. Araştırmamızın odak noktası, göçme modları ve nihai kapasite dahil olmak üzere ankraj davranışının temel yönlerini yakalamada sayısal modellerin öngörü yeteneklerini değerlendirmektir. Çalışmamız, pratik mühendislik senaryolarında karşılaşılan değişkenliği yansıtacak şekilde 10 mm ile 32 mm arasında değişen çok çeşitli ankraj çaplarını kapsamaktadır. Bu sayede çapa bağlı eğilimleri ayırt edebilmemize ve 3D-CSFM'in farklı ölçeklerdeki sağlamlığını değerlendirebilmemize olanak tanınmaktadır. Tüm simülasyonların, IDEA StatiCa Detail'de uygulanan bir yöntem olan 3D-CSFM içinde, tüm parametreler için varsayılan ayarlar kullanılarak gerçekleştirildiğini belirtmek gerekir. 

Göçme modlarının tanımı

3D-CSFM'in sonradan yerleştirilen yapıştırılmış ankrajları modellemedeki performansını değerlendirmek için iki göçme modunu dikkate almamız gerekir: bağ gerilmesinin (τ_b) tasarım bağ gerilmesine (τ_bd) eşit olduğu sıyrılma (pull-out) ve sınır asal şekil değiştirmeye ulaşıldığı anlamına gelen ankrajın kendisinin akması.

Birim test kurulumu

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

Beton bloklarının boyutları ve donatıları, sıyrılma davranışı üzerindeki olası herhangi bir etkiyi azaltmak amacıyla dikkatle ele alınmış, böylece deneysel sonuçların^[1] geçerliliği sağlanmıştır. Tüm ankraj birim testleri için tek bir beton blok boyutu kullanılmıştır (1,0x1,0x0,5 m; GxDxY). Blok, B 500B çelik sınıfında ve 8-14 mm çapında çubuklarla donatılmıştır. Her yüzey etrafında 135,0 mm katman mesafesiyle 8 katman çubuk bulunmaktadır (alt yüzey hariç; donatılar alt mesnet boyunca sürekli olarak modellenmiştir). İlgili yapı yönetmeliklerinde belirtilen tüm güvenlik katsayılarına titizlikle uyulmuş ve hesaplamalar boyunca 1,0 değeri kullanılmıştır. Ankraj deliğinin boyutu, ankrajın kendi çapına kıyasla hesaplama modelinde açıkça dikkate alınmamıştır.

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

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

Ankrajlama tasarımında kritik bir parametre olan ankraj bağ dayanımı, deneysel değerlendirmeye göre^[1] 15,4 MPa, ikinci doğrulama modeli için ise 12,0 MPa olarak belirlenmiştir. Benzer şekilde, deneye göre ankrajın beton blok içindeki gömülü uzunluğu tutarlı bir şekilde belirlenmiştir. Eksenel çekme kuvvetinin uygulandığı beton bloğun üzerinde ankrajın ek 50 mm'lik uzunluğu modelde dikkate alınmıştır. Bu testte 10 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm, 25 mm, 32 mm çaplarındaki ankrajlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneysel kurulumlar Tablo 2.2'de özetlenmiştir.

3D-CSFM Katı Blok modeli kullanılarak yapılan analiz, ankraj sıyrılma özellikleri, kritik yük eşiklerinin belirlenmesi ve göçme modlarının ayrıntılı öngörüsü dahil olmak üzere çeşitli yönlerin kapsamlı bir incelemesini içermektedir. 

Malzeme özellikleri

CSFM analizinde kullanılan beton, donatı ve ankrajın malzeme özellikleri Tablo 2.2'de özetlenmiştir. Donatının akma gerilmesi ($f_{yk}$) ve nihai gerilmesi ($k \times f_{yk}$), ayrıca betonun basınç dayanımı ($f_{ck}$), plastik gerinim ($\epsilon_{c2}$) ve sınır plastik gerinimi ($\epsilon_{cu2}$), deney notlarında belirtilen koşullara göre seçilmiştir. Bağ Dayanımı da sağlanan prospektüste üretici tarafından 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, üreticiden alınan deneysel sonuçlar, 3D-CSFM tarafından öngörülen nihai yükler ve göçme modlarıyla karşılaştırılmaktadır. Çeşitli ankraj çaplarına karşılık gelen altı nihai sıyrılma yükü örneği, 3D-CSFM sonuçlarıyla eşleştirilmiştir. Ayrıca her ankraj çapı için belirli bir göçme modu belirlenmiştir.

Göçme modları ve nihai yükler

Tablo 2.4, deneysel testlerde kaydedilen nihai yükleri (P_u,exp) ve 3D-CSFM tarafından öngörülenleri (P_u,3D-CSFM), ilgili göçme modlarıyla birlikte kapsamlı bir şekilde özetlemektedir. Birden büyük oranlar, modelin öngörülerinin ölçülen değerlerden muhafazakâr bir şekilde daha yüksek olduğunu göstermektedir. Tablo 2.4'te görüldüğü gibi, tüm 3D-CSFM analizleri tarafından öngörülen birincil göçme modları deneysel bulgularla tutarlıdır, ancak daha büyük çaplar için belirli göçme alt tiplerinde bazı tutarsızlıklar gözlemlenmiştir. 3D-CSFM öngörüleri genel olarak doğrudur ve daha büyük çaplar için %100'ü aşan oranlarla hafif muhafazakâr eğilimler göstermektedir. 

Ayrıca ($P_{u,bar}$) ve ($P_{u,bond}$) değerleri hesaplanmış ve 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 alanı, ($C_{bar}$) ankrajın çevresi ve ($l_{bar}$) ankrajın beton içindeki uzunluğudur.

Yukarıda sunulan değerlerden görülebileceği üzere, deney, çözücünün birleşik Sıyrılma ve YA göçme modlarını doğru bir şekilde hesaplayabildiğini kanıtlamak üzere kurgulanmıştır.

Ayrıca, ($\tau_{bd} = 12,0 MPa$) bağ dayanımına sahip aynı modeller hesaplanmış ve analitik olarak belirlenen ($P_{u,bond}$) değerleriyle karşılaştırılmıştır.

Şekil 1.4, bağ gerilmesinin tam kapasitesinin yanı sıra sınır gerinimin de sağlandığını göstererek Tablo 2.4'te belirtilen sonuçları doğrulamakta ve dolayısıyla göçme modunun Sıyrılma ve YA olarak belirlenmesine 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'in beta sürümü arasındaki karşılaştırma, tatmin edici bir uyum göstermektedir. Bu ön değerlendirmeden elde edilen temel bulgular şunlardır:

• Modellerde gözlemlenen göçme modları ve nihai yük değerlerinde açıkça görüldüğü üzere, tüm ankrajlar için güçlü bir korelasyon kurulmuştur. 
• 3D-CSFM hâlâ beta aşamasında olmasına rağmen, deneysel bulgularla uyumu potansiyel faydasını ortaya koymaktadır. Bu uyum, aracın etkinliğine dair bir doğrulama sağlamakla birlikte, geliştirme aşamasında olduğu göz önünde bulundurularak dikkatle yorumlanmalıdır.

Kaynaklar 

[1] - HILTI. Hilti HIT - RE500 - SD Enjeksiyon Harçlı Donatılı (500B). HILTI CORPORATION. Https://www.hilti.com.hk/ [çevrimiçi]. 2016 [erişim tarihi 2024-04-22]. Erişim adresi: https://www.hilti.com.hk/medias/sys_master/documents/h86/h89/9485674512414/Submittal-ASSET-DOC-LOC-8336225.pdf