Teknik Makale

Yüksek mukavemetli bulonlu (cıvatalı) birleşimler genel olarak:

a) Kesme – ezilme etkili birleşimler

b) Sürtünme etkili birleşimler (slip critical) olarak iki ana gruba ayrılır.

Sürtünme Etkili Birleşimlerde kullanılan Yüksek Dayanımlı bulonlara (cıvatalara) ön-çekme (pretension) uygulanarak, temas yüzeyleri arasında oluşturulan sürtünme direnci vasıtası ile kesme kuvvetlerinin aktarılması sağlanır.

Sürtünme etkili birleşimler, genel olarak köprü gibi “tekrarlı hareketli yüklerin” söz konusu olduğu yapılarda sıkça kullanılır.
 

AASTHO, çelik köprülerde birleşimlerin “sürtünme etkili” olacak şekilde teşkilini şart koşar.
 

Sadece statik yükleri aktaran, deprem yüklerini aktarma işlevi olmayan birleşimler “Kesme-Ezilme Etkili Birleşim” olarak teşkil edilir ve bu birleşimlerde bulonlara (cıvatalara) “önçekme” uygulanmasına gerek yoktur.
 

Bu bakımdan, tasarım dokümanlarında birleşimdeki bulonların (cıvataların), sürtünme etkili olup olmayacağı, ön-çekme uygulanıp uygulanmayacağı bilgileri mutlaka açık ve net olarak belirtilmelidir.

Ön çekmeli bulon (cıvata) maliyeti gerek uygulama gerekse kontrol ve denetim açısından ön çekmesiz bulonlara (cıvatalara) göre daha fazladır.
 

Ön çekmeli bulonlar (cıvatalar), sürtünme etkili birleşimlerin dışında aşağıdaki durumlarda kullanılır:
 

a) Bina tipi yapılarda deprem yüklerini aktaran birleşimler

b) Tekrarlı (dinamik) çekme kuvvetine maruz birleşimler

c) 5 T’dan fazla yük kapasiteli köprü kren taşıyıcı kiriş birleşimleri

d) Hareketli makine parçalarını taşıyan çelik elemanların birleşimleri

e) Yükseklik/genişlik oranı fazla olan çok katlı binaların kolon eklerinde

Bu yazıda, özellikle saha uygulamalarında Yüksek Dayanımlı bulonların (cıvataların) uygulanması, denetlenmesi ve malzeme kalitesi ile ilgili sıkça karşılaşılan sorulara açıklık getirmeye çalışmaktadır.

Sorular ve Yanıtlar

Bu tip bulonların (cıvataların) sıkılması, RCSC (Resarch Council on Structural Connections)’deki tanımlama ile; birleşimdeki yüzeylerin birbiri ile sağlam bir şekilde temasını sağlayacak şekilde, havalı sıkma ekipmanının birkaç darbe etkisi ya da normal sıkma anahtarı kullanan montajcının, kol gücünü sonuna kadar kullanarak uygulayacağı sıkma hareketi ile gerçekleştirilir.

Sıkma ile birleşimdeki levhaların teması sağlam şekilde sağlanmış olmalıdır.

RCSC bunu “firm contact” olarak adlandırır. RCSC’deki tanımlamaya göre firm contact; Levhaların birbiri ile sağlam teması sağlanmış ise bu sıkılık (firm) olarak kabul edilir.

Temasın %100 sürekliliği şart değildir.

Sıkmada esas, birleşim yüzeylerinin (birleşim levhaları, profil gövde ya da flanş gibi) birbiri ile sağlam temasının sağlanmasıdır. Bunu sağlamak için kimi zaman torklu sıkma aleti ile ön-çekme (pretension) uygulanmasına da gidilebilir; ancak bu tip bağlantılarda önceden belirlenmiş bir ön-çekme (pretension) değeri aranmaz.

Muayenede sadece yüzeylerin “sağlam” bir şekilde birbiri ile temas edip etmediğine bakmak yeterlidir.

 

Gerek 2019 Çelik Yapılar Şartnamesi Tablo 13.6’da ISO 8.8. ve ISO 10.9 bulonlar (cıvatalar) için verilen, gerekse RCSC şartnamesi Tablo 8.1’de ASTM A325 ve A490 için verilen ön çekme değerleri minimum çekme dayanımının %70’ine karşılık gelir.

Somun döndürme yönteminde, bulon (cıvata) uzunluğuna bağlı olarak uygulanacak döndürme miktarları ayrıca RCSC Tablo 8.2. de tanımlanmıştır.

Uygulamada, bu değerlerin hassas olarak sağlanamayacağını dikkate alarak, ayni tabloda döndürme miktarları ile ilgili +60O ile -30O arasında toleransa izin verilmiştir. Ayrıca yapılan testler, RCSC’ye uygun somun döndürme ile elde edilen ön çekmenin tabloda verilen değerleri aştığını göstermektedir.

Bunu şöyle açıklamak olası; sıkma işlemi sırasında bulona (cıvataya) çekme ile birlikte burulma da etki ettirilmektedir. Oysa sıkma işleminden sonra burulma ortadan kalkmakta, bulon (cıvata) sadece çekmeye maruz kalmaktadır.

Bu nedenle fazla sıkma işlemi sırasında kopma ortaya çıkmamış ise bulon (cıvata) tasarım yüklerini taşımak açısından uygundur ve onaylanması gerekir.

 

Ön çekmeli bulon (cıvata) tasarımında, uygulanan ön çekmenin normal çekme değerine ilavesi ya da kesme kapasitesi hesabında dikkate alınması gerekli midir?
 

Uygulanan ön çekme, bulon (cıvata) kapasite hesabında ihmal edilebilecek mertebededir, bu nedenle dikkate alınmasına gerek yoktur. Bu konu kaynakçada 2. madde ile ifade edilen bulon (cıvata) gövdesi ve birleşimdeki plakaları elastik şekil değiştirme prensibine göre uzama/kısalma miktarlarının eşitliğine dayanan analitik çözümlemede, ön-çekmeli bulona (cıvataya) etki eden çekme kuvvetinin etki derecesi incelenmiş, testlerle de desteklenen çalışmalar ile bu artışın %5-10 mertebesinde olduğu doğrulanmıştır.
 

Sürtünme etkili birleşimler, yüzey hazırlığı, uygulama, gerekli test ve kontrol maliyetleri dikkate alındığında diğerlerine göre maliyetleri çok daha fazladır (Yaklaşık 3 kat).

Bu nedenle, proje şartnamesinde özel olarak belirtilmedikçe kullanılmasından kaçınılmalıdır.
 

Ön çekmeli bulonların (cıvataların) sıkılmasında kullanılan torklu sıkma ekipmanı, değişik literatürlerde verilen torkçekme ilişkisine dayanarak düzenlenir ve uygulama buna göre yapılır. Bulona uygulanacak tork ile çekme arasında doğrudan analitik bağlantı kurmak oldukça karmaşıktır.

Birleşimin yüksekliği, bulon (cıvata) çapı, malzeme cinsi başta olmak üzere pek çok faktör vardır.
 

Bu nedenle, değişik kaynaklarda verilen tork-çekme ilişkisine göre düzenlenmiş değerleri alarak uygulama yapmak çoğu kez yanıltıcı olur ve güvenilirlikten uzaktır. Torklu sıkma aleti ile ön çekme verilecek ise doğrusu, proje özelinde kullanılan bulon (cıvata) tiplerine ve bağlantı kalınlıklarına göre özel sıkma testleri yapıp buradan çıkacak değerlere göre ekipmanı düzenlemektir.

Projede kullanılacak bulon (cıvata) çap ve kalitesini olabildiğince sınırlamak neden önemlidir?

Projede kullanılacak bulonların çap ve kalitesini olabildiğince sınırlamak;

• Atölyede delik açma aparat tipini azaltmak

• Montajda kullanılacak sıkma aparatı tipini en aza indirmek

• Uygulama ve kontrol prosedürlerinin sayısını azaltarak QA/QC operasyon maliyetini azaltmak,

• Daha hızlı sipariş ve satın alma operasyonu gerçekleştirmek gibi pek çok avantaj sağlar.