Disk başlıklı ankrajların kesme ve kalıcı çekme kapasitelerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental studies on shear and residual pull-out capacity of disc anchors
Yazar: FATİH KELEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH SÜTCÜ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering

Özet:
Günümüzde birçok bina, yapıldıkları dönemde geçerli olan depreme dayanıklı bina tasarımı yönetmeliklerine uygun olarak tasarlanmamıştır ve bu binalar dönemin  yönetmeliklere uygun bir şekilde tasarlansa dahi ilgili yönetmeliklerin dönem dönem yenilenmesi ve çoğu zaman hesap şartlarının ağırlaşması nedeniyle güncel deprem yönetmeliği şartlarını tam olarak sağlamamaktadır. Güncel yönetmeliklerde tarif edilen performans seviyelerine kıyasla yetersizlikler gösteren betonarme binaların güçlendirilmesi ile yapının dayanımını, rijitliğini ve sünekliğini veya bunlardan bazılarını mevcut durumunun üzerine çıkarmak böylece yapının performansını güncel yönetmeliğin öngördüğü performans seviyesine çıkarmak mümkündür.
Güçlendirme çalışmalarında sıklıkla karşılaşılan sorunlardan birisi,  mevcut yapıya eklenen güçlendirme elemanları ile mevcut yapının bir bütün olarak çalışmasını sağlayacak bağlantı detaylarının tasarımıdır. Bu bağlantılar betonarme yapıplarda genellikle kimyasal ankrajlar kullanılarak yapılmaktadır.
Mevcut yapı stoğunun beton kalitesi düşünüldüğünde, özellikle deprem sırasında yapıda oluşabilecek yüksek kesme kuvvetlerinin, konvansiyonel ankrajlar vasıtasıyla yeni eklenen elemanlara aktarılması için çok sayıda ve oldukça sık ankraj ekilmesini gerektirmektedir. Bu durum ankrajların efektif çalışması için gerekli olan ankrajlar arası mesafenin bırakılmasını zorlaştırmakta, kullanılan ankraj miktarını, işçiliği ve zamanı arttırmaktadır. Ayrıca beton mukavemetinin düşük olması nedeniyle gevrek göçmeye sebep olabilecek beton ezilmesi ile göçme tehlikesi ortaya çıkmaktatır.
Bu çalışmada kesme kuvvetinin etkin bir şekilde aktarılmasını mümkün kılan ve ihtiyaç duyulan ankraj sayısını azaltarak, işçilik, zaman ve ekonomik anlamda tasarruf sağlamak, daha da önemlisi betonun gevrek bir biçimde ezildiği göçme modunu önlemek için Japonya'da geliştirilmiş yeni nesil bir ankraj olan Disk Başlıklı Ankrajların kesme ve çekme kapasiteleri deneysel olarak araştırılmıştır. Ayrıca elde edilen deney sonuçları ile Disk Başlıklı Ankrajların hesap dayanımı denklemlerinden elde edilen değerler kıyaslanmıştır.
Bu araştırma projesi kapsamındaki deneyler İstanbul teknik Üniversitesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarı'nda gerçekleştirilmiş olup Disk Başlıklı Ankrajların yük-deplasman davranışları, yük taşıma kapasiteleri (dayanım) ve göçme şekilleri incelenmiştir Deneyler kapsamında beton mukavemetinin ankraj kapasitesi üzerindeki etkisini incelemek için mevcut yapı stokunun beton mukavemeti aralığını temsil edecek şekilde 8MPa - 20Mpa arasında değişen farklı beton mukavemetine sahip beton bloklar üretilmiştir. Üretilen beton bloklara Disk Başlıklı Ankraj tipi ve ekme derinliğinin ankraj kapasitesi üzerindeki etkisini araştırmak için iki farklı tipte ve iki farklı ekme derinliğinde disk ankrajlar ekilerek deneyler yapılmıştır.
Bu araştırma projesi TÜBİTAK 1002-Hızlı Destek programı kapsamında Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu tarafından (TÜBİTAK, Proje no: 218M557) mali olarak desteklenmiştir. Disk başlıklı ankrajların temini ve hazırlanması Maeda Corporation-Japonya ve GKMC İnşaat ve Danışmanlık A.Ş. tarafından yapılmıştır. Ayrıca deney numunelerinin hazırlanması (kalıp hazırlanması ve beton dökümü gibi işlemler)  Emek Prefabrik tarafından  yapılmıştır. 
Sonuç olarak beton dayanımının ankraj kesme kapasitesi üzerinde etkili olduğu, ekme derinliğinin kesme kapasitesi üzerinde belirgin bir etkisi olmazken çekme kapasitesi üzerinde etkili olduğu ve ankraj tipinin ankraj kapasitesi üzerinde belirgin bir etkisinin olmadığı gözlemlenmiştir. Ayrıca tasarım kesme dayanımı denkleminin beklenildiği gibi güvenli tarafta sonuçlar verdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
In the existing building stock, there are many buildings that do not satisfy the current seismic codes, even though, these buildings have been designed in according to the relevant seismic codes of the times they have been designed and built. It is possible to improve the strength, stiffness and ductility of these structures compared to its current state, thus increasing the performance of the structure to the performance level stipulated by the current codes.
One of the problems frequently encountered in retrofit works is the the design of the connection details thet will provide an integrated behavior of existing members and the retrofit members. In current applications these connections are usually made using chemical anchors in reinforced concrete structures.
Considering the concrete strength of the existing buildings, it is necessary to use a large number of anchors in order to transfer the high shear forces that may occur in the structure especially during the earthquake to the newly added elements by means of conventional anchors. This situation results with smaller spacing between anchors which is necessary for the efficiency of the connection, and increases the amount of anchors used, labor and time. In addition, due to the low strength of concrete, there is a risk of collapse due to crushing of concrete, which may cause brittle failure.
In this study, the shear and pull out strength of a new type anchor, namely disc anchor, developed in Japan, which enables the efficient transfer of shear force and reduces the number of anchors used, to save labor, time and economy, and more importantly, to prevent the failure mode in which the concrete is crushed in a brittle way, has been investigated experimentally. In addition, the disc anchor test results and the values obtained from the design strength equations were compared.
Experiments within the scope of this research project were carried out at Istanbul Technical University Structural and Earthquake Engineering Laboratory where, load-displacement behavior, shear and pull out strength and failure modes of disc anchors were investigated. In order to examine the effect of concrete grade on anchor behavior, concrete blocks with different concrete strengths ranging from 8MPa to 20MPa were prepared to represent the concrete strength range of the existing buildings. In order to investigate the effect of disc anchor type and embeddment depth on the anchor strength, experiments were carried out by embed disc anchors for two different types and at two different embeddment depths on the prepared concrete blocks.
This research project financially supported by Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) (Grant no: 218M557). The supply and preparation of the test specimens were supported by Maeda Corporation-Japan and ‎GKMC Construction and Consultancy Inc. In addition, the preparation of the concrete block (such as mold preparation and concrete casting) was done by Emek Prefabrik.
As a result, it has been observed that the concrete strength has a substantial effect on the anchor shear strength. It was also shown that the embeddment depth has no significant effect on the shear strength, while it has serious influence on the pull out strength. The anchor type did not have a significant effect on the anchor strength. In addition, it was observed that design shear strength equation gives results on the safe side as expected.