A Vertical Loading System With Linear Slide Bearing For Full Size Column And Frame Experiments

Abstract

Quasi-static experiments on columns and frame elements are of great importance in the study of earthquake behavior. One of the most important problems encountered during the experimental studies on the columns and frame elements under earthquake load was that the axial load on the columns could not be kept constant. The post-tensioning system used to apply axial load to the columns has become a frequently preferred method in terms of ease of application and economic efficiency. In this method, axial force is applied to the columns by post-tensioning the steel cables. However, as the horizontal displacement increases, the cables deviate from the vertical plane and form horizontal and vertical load components on the test element. This horizontal component is in the opposite direction of the applied horizontal force and affects the results of the experimental study. In this study, a vertical loading system has been developed which is free of horizontal movement with low friction linear slides and allows the axial load to remain constant on the axis to which it is applied. The developed system was tested on a single-storey and single-span reinforced concrete frame in full size. As a result of experimental studies, it was seen that the axial load remained constant at the vertical axis of the column throughout the experiments.
Keywords: Quasi-static experiments, axial loading, full-scale column, full-scale frame.

Full text

7. Yapı Mekaniği Laboratuvarları Çalıştayı
4-5 Ekim 2019, KTO Karatay Üniversitesi, Konya
1
TAM ÖLÇEKLİ KOLON VE ÇERÇEVE DENEYLERİ İÇİN
DOĞRUSAL KIZAKLI BİR DÜŞEY YÜKLEME SİSTEMİ
A VERTICAL LOADING SYSTEM WITH LINEAR SLIDE BEARING FOR FULL
SIZE COLUMN AND FRAME EXPERIMENTS
Ömer KARAGÖZ
1
, Meltem ERYILMAZ-YILDIRIM
2
, Mizan DOĞAN3,
Eşref ÜNLÜOĞLU4
ÖZET
Deprem etkisindeki yapı davranışının incelenmesinde kolonlar ve çerçeve elemanlar üzerinde
yapılan quasi-statik deneyler büyük önem arz etmektedir. Deprem yükü altındaki kolon ve
çerçeve elemanlarındaki deneysel çalışmalar esnasında karşılaşılan en önemli sorunlardan
birisi kolonlar üzerindeki yükün eksende sabit tutulamaması olmuştur. Kolonlara eksenel yük
uygulanması için kullanılan ard germeli sistem, uygulama kolaylığı ve ekonomik olması
açısından sıklıkla tercih edilen bir yöntem olmuştur. Bu yöntemde çelik kablolara ard germe
verilerek kolonlara eksenel kuvvet uygulanmaktadır. Fakat yatay ötelenme arttıkça kablolar
düşey düzlemden saparak deney elemanı üzerinde yatay ve düşey yük bileşenleri
oluşturmaktadır. Oluşan bu yatay bileşen uygulanan yatay kuvvetin tam tersi yönünde
olduğundan deneysel çalışmanın sonuçlarını etkilemektedir. Bu çalışmada sürtünmesi düşük
doğrusal kızaklar ile yatay hareketi serbest bırakılan ve eksenel yükün uygulandığı eksende sabit
olarak kalmasına izin veren bir düşey yükleme sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem tek katlı
ve tek açıklıklı tam boyutlu betonarme çerçeve üzerinde test edilmiştir. Yapılan deneysel
çalışmalar sonucunda eksenel yükün deney boyunca kolonun düşey ekseninde sabit kaldığı
görülmüştür.
Anahtar kelimeler: Quasi-statik deneyler, eksenel yükleme, tam ölçekli kolon, tam ölçekli çerçeve.
ABSTRACT
Quasi-static experiments on columns and frame elements are of great importance in the study of
earthquake behavior. One of the most important problems encountered during the experimental
studies on the columns and frame elements under earthquake load was that the axial load on the
columns could not be kept constant. The post-tensioning system used to apply axial load to the
columns has become a frequently preferred method in terms of ease of application and economic
efficiency. In this method, axial force is applied to the columns by post-tensioning the steel
cables. However, as the horizontal displacement increases, the cables deviate from the vertical
plane and form horizontal and vertical load components on the test element. This horizontal
component is in the opposite direction of the applied horizontal force and affects the results of
the experimental study. In this study, a vertical loading system has been developed which is free
of horizontal movement with low friction linear slides and allows the axial load to remain
constant on the axis to which it is applied. The developed system was tested on a single-storey
and single-span reinforced concrete frame in full size. As a result of experimental studies, it was
seen that the axial load remained constant at the vertical axis of the column throughout the
experiments.
Keywords: Quasi-static experiments, axial loading, full-scale column, full-scale frame.
1
Araştırma Görevlisi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, okaragoz@ogu.edu.tr
2
Araştırma Görevlisi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, meryilmaz@ogu.edu.tr
3 Profesör Doktor, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, mizan26@gmail.com
4 Profesör Doktor, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, esrefu@ogu.edu.tr

Tam Ölçekli Kolon ve Çerçeve Deneyleri İçin Doğrusal Kızaklı Bir Düşey Yükleme Sistemi
2
AMAÇ
Yapısal elemanların deneysel çalışmalarında eksenel yükleme ve bu yükü ekseninde sabit tutma her
zaman için problemli bir konu olmuştur (Arede et al., 2017). Gerçekte yapısal elemanlar büyük veya
küçük sürekli bir eksenel yük altındadır. Kiriş gibi bazı elemanların tasarımında ve deneysel
çalışmalarında eksenel yükler ihmal edilebilir düzeyde olsa da özellikle kolonlarda bu durum göz
ardı edilemeyecek seviyededir. Kolonların tasarımı için eksenel yük önemli bir değişkendir. Bu
çalışmada eksenel yükün bu tip elemanların deneysel çalışmalarında gerçeği yansıtır doğru bir
şekilde uygulanabilmesi için düşük sürtünme katsayılı doğrusal kızaklı bir düşey yükleme sistemi
tasarlanması amaçlanmıştır.
Düşey yükleme altındaki kolon ve çerçeve elemanların yatay yüklemeler altında yaptığı
ötelenme sonucu veya deney elemanında oluşan şekil değiştirmelerden dolayı düşey yükün sabit
tutulamaması ve uygulandığı düzleme dik kalamaması ve bu durumun deneysel çalışmanın
sonuçlarını teorik sonuçlardan uzaklaştırması sebebiyle sürtünmesi düşük doğrusal kızaklı bir düşey
yükleme sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği
“Yapı Mekaniği ve Deprem Araştırma Laboratuvarı” ’nda kurulmuştur. Bu sistem düşey yönde
kuvvet uygulayabilmekte ve deney numunelerinin yatayda yaptığı ötelenmeler ile belli sınırlar
içerisinde birlikte hareket ederek düşey yükü uygulandığı düzleme dik tutabilmektedir.
Bu çalışmanın amacı benzer sıkıntıları yaşayan araştırmacılara ve benzer sistemler tasarlamak
isteyen, deneysel çalışmalar yapan bilim insanlarına yardımcı olmaktır. Bu sistemin çalışma prensibi,
olumlu ve olumsuz yönleri ve çözüm önerileri yöntem ve sonuçlar başlıkları altında sunulmuştur.
YÖNTEM
Tam boyutlu kolon ve tek açıklıklı tek katlı betonarme veya çelik yapı elemanlarının düşey ve yatay
yükler altında deneysel çalışmalarının gerçekleştirilebilmesi için tasarlanan, sürtünme katsayısı
düşük doğrusal kızaklı sistemin genel görünümü Şekil 1’de görüldüğü gibidir.
Şekil 1. Düşey yükleme sistemi genel görünümü
Sistemin yüksekliği 7 metre ve genişliği 2 metre olup St52 çelikten imal edilmiştir. Sistem
4 adet yapma kolona sahiptir. Kolonları birbirine bağlayan 2 adet yapma kiriş bulunmaktadır. Güçlü
duvara 4 adet kiriş ile sabitlenmiştir. Kolonlar 2 adet kirişe bağlanmakta ve bu kirişlerde gijonlar ile
güçlü zemine sabitlenmektedir. Güçlü zemine bağlanan sistemin düzlem dışı hareketini en aza
indirmek için güçlü duvardan uzak 2 kolonu çapraz korniyerler ile sabitlenebilmektedir. Düşey

Ö Karagöz, M Eryılmaz Yıldırım, M, Doğan, E. Ünlüoğlu
3
yükleme sisteminin kapasitesi 1000 kN’dur. Hidrolik güç ünitesi ve aktüvatör statik yükleme
yapabilmekte ve ayarlanan yükü sabit tutabilmektedir. Yük kontrollü deneylerde maksimum %1 hata
oranına sahiptir. Aktüvatörün strok boyu 300 mm ve çift etkilidir. Sistemde 1 adet 1000 kN kapasiteli
yük hücresi bulunmaktadır. Yük hücresinin alt ucunda 360 derece oynar başlıklı küresel mafsal
bulunmaktadır. Düşey yükleme sistemi deney elemanı ile birlikte yatayda ±260 mm hareket
edebilmektedir. Doğrusal kızakların maksimum yükte sürtünme oranı %3’tür. Bu sistem ile deneysel
çalışma yapılabilecek en yüksek temeli dâhil kolon yüksekliği 5,5 metre ve en yüksek temeli dâhil
çerçeve yüksekliği 4,9 metredir. Çerçeve deneylerinde kullanmak üzere düşey yükleme sisteminin
yük dağıtma kirişi ile 3,3 metre genişliğindeki alana yük dağıtabilmektedir. Düşey yükleme
sisteminin yerden yüksekliği kolonlarında bulunan 5 santimetre aralıklı delikler sayesinde istenilen
yüksekliğe ayarlanabilmektedir. Eğer düşey yükleme sistemi kullanılmak istenmezse üst kısım
sistemden ayrılabilmekte ve güçlü duvarın yüksekliği boyunca istenilen yükseklikte deney
elemanları kullanılabilmektedir. Ayrıca kolon deneyleri için oynar başlığın altına ve kolonun üst
ucunu sabitlemek için uygun boyutlarda çelik aparatları mevcuttur. Sistemin test edilmesi amacıyla
Şekil 2’de görüldüğü gibi tek katlı tek açıklı bir betonarme çerçeve deney numunesi hazırlanmış ve
sistem içerisine yerleştirilmiştir.
Şekil 2. a) Öncül deneyler için hazırlanan betonarme çerçeve b) Deney numunesi ile birlikte düşey yükleme
siteminin genel görünümü
Sistemin kullanılmasındaki en büyük sıkıntı deney elemanlarının büyük, ağır olması ve
özellikle numuneleri güçlü zemine sabitlemek için kullanılan ağır gijonlar ile çalışmanın zorluğudur.
Bu ağır elemanların yerine yerleştirilmesi güçlü döşeme altındaki galeri boşluğunda baş seviyesi
üzerinde çalışılması ağır işçilik gerektirmektedir. Bu amaçla laboratuvarda gezer vinç olması işleri
çok kolaylaştıracaktır. Bir diğer sıkıntı ise deney numunelerinin sistem içerisine yerleştirilirken Şekil
2b’de görülen üst kısmın yerinden sökülmesi işlemidir. Bu işlem yerden 5 metre yükseklikte ağır
işçilik gerektirmektedir. Numune yerleştirilmeden önce bu üst kısım sökülerek vinç ile askıya
(a)
(b)

Tam Ölçekli Kolon ve Çerçeve Deneyleri İçin Doğrusal Kızaklı Bir Düşey Yükleme Sistemi
4
alınmalı numune yerine yerleştirildikten sonra tekrar yerine monte edilmelidir. Bu sebeple yüksekte
çalışmaya uygun donanım ve tecrübeli teknik personel gerektirmektedir.
Şekil 3. Sipariş üzerine lazer kesim olarak yapılan hafif metalden el aletleri
Sistemin birçok yerinde büyük somunlar bulunmaktadır. Bunların sıkılması için klasik çelik
el aletleri çok ağır kalmakta ve yüksekte çalışırken iş güvenliği ile ilgili sıkıntılar yaratmaktadır. Bu
sebeple sipariş üzerine lazer kesim hafif metalden imal edilmiş araç gereçler kullanılmalıdır (Şekil
3).
SONUÇ
Deprem yüklerine maruz yapı davranışının en iyi şekilde anlaşılabilmesi için kullanılan deney
düzeneğinin gerçeğe en yakın olacak şekilde tasarımı ve çalışabilirliği büyük önem taşımaktadır.
Kolonlar ve çerçeveler üzerindeki deprem davranışının deneysel incelenmesi sırasındaki en büyük
problemlerden biri kolonlar üzerindeki eksenel kuvvetin, yatay yük altında deplasman yapan
kolonlarda kolon ekseninde sabit kalmasını sağlamak olmuştur. Bu çalışmada tasarlanan deney
düzeneği sahip olduğu yatay kızaklar sayesinde yatayda deplasman yapan deney numunelerine belirli
sınırlar içerisinde deney boyunca eksenel yükü uygulama düzlemine dik ve sabit kalacak şekilde
uygulayabilmektedir. Sunulan bu çalışma ileride benzer deney düzenekleri kurmak isteyen
araştırmacılara yol gösterici olabilmesi ve kendi tasarımları için ilham alabilmeleri için
hazırlanmıştır.
Teşekkür
Sistemin tasarlanabilmesi için katkılarından dolayı Doç. Dr. Cem AYDEMİR’e kendi tasarladığı
kolonlar için deney düzeneğini bizimle paylaştığı ve daha iyi bir sistem için ilham verdiği için sonsuz
teşekkürlerimizi sunarız. Ayrıca tasarımda emekleri olan Metin PALALAR başta olmak üzere
UTEST firması çalışanlarına emekleri için teşekkür ederiz.
KAYNAKLAR
Arede, A., Rocha, P., Delgado, P., Rodrigues, H., Furtado, A., Vila-Pouca, N., … Pinto, N. (2017).
Experimental Testing of Columns Subjected To Biaxial Horizontal Loading and Constant / Variable
Axial Load – an Innovative Setup. In 16th World Conference on Earthquake Engineering. Santiago
Chile.