Beton yollarda ısıl genleşme ve gerilmelerin araştırılması
Determination of stresses due to thermal expansion on concrete pavements
Yazar: MUSA TAN KAYIPMAZ
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET VEFA AKPINAR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada farklı derz aralıkları, plak kalınlıkları ve sıcaklık farkı değerleri için ısıl genleşmeler ve tekerlek yükleri etkisi altında beton yol plaklarının davranışları Ansys sonlu elemanlar programı yardımıyla araştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda kritik yüklemelere göre ısıl genleşmelerden kaynaklanan gerilmelerin en az tekerlek yükleri kadar önemli olduğu ve bu gerilmelerin beraber etkimesi durumunda beton yol plağının dayanımını aşabilecek gerilmeler oluşturdukları tespit edilmiştir. Beton plak uzunluğu ve genişliğinin artmasının, gerilmelerin plak kenarından plak merkezine doğru artmasına ve maksimum gerilmenin plak merkezinde oluşmasına sebep olduğu, ısıl gerilmeler sebebiyle oluşacak çatlakların önlenmesi için beton plak boyutlarının maksimum 4 m ile sınırlandırılması gerektiği görülmüştür. Beton plak kalınlığının ise sıcaklığa bağlı gerilmeler üzerinde dolaylı olarak etkili olduğu görülmüştür. Beton plak kalınlığı arttıkça, yüzey ile taban arasındaki sıcaklık farkı da artacaktır. Bu da gerilmelerin artmasına sebep olacaktır. Kalınlıkları 15 cm ve daha az beton kaplamalarda tekerlek yükünden dolayı oluşacak gerilmelerin daha kritik olduğu, plak kalınlığı arttıkça tekerlek yükü gerilmelerinin azalarak sıcaklıktan kaynaklanan gerilmelerin altında değerlerde oluştuğu görülmüştür. Bu durumda daha kalın beton kaplamalarda sıcaklıktan kaynaklanan gerilmelerin daha önemli olduğu söylenebilir.

Abstract:
In this study, the behavior of concrete road pavements under the effect of thermal expansion and wheel loads for different joint spacings, pavement thicknesses and temperature difference values were investigated with Ansys finite element program. As a result, it was found that the stresses caused by thermal expansion are as important as the wheel loads and when these stresses act together, they create tensile stresses that can exceed the strength of the concrete. It has been observed that the increase in the length and width of the concrete slab causes the stresses to increase from the edge of the slab towards the center of the slab and the maximum stress occurs in the slab center, and the concrete slab dimensions should be limited to a maximum of 4 m in order to prevent cracks due to thermal stresses. The thickness of the concrete slab was found to have an indirect effect on the stresses due to temperature. The higher the thickness of the concrete slab, the higher the temperature difference between the surface and the base. This will increase the stresses. In concrete pavements with a thickness of 15 cm or less, it was found that the stresses due to the wheel load were more critical and as the plate thickness increased, the wheel load stresses decreased and formed under the stresses caused by the temperature. In this case, it can be said that the stresses caused by temperature are more important in thicker concrete pavements.