Yalıtımlı beton duvar panellerinde kullanılmak üzere esnek konektörlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi

Yalıtımlı beton sandviç duvar panelleri (ICSWP’ler), genellikle wythes olarak adlandırılan iki beton katman arasına yerleştirilmiş, bina zarfları veya yük^{taşıyıcı paneller 1} için sinerjik olarak termal ve yapısal olarak verimli bir bileşen sağlayan bir yalıtım tabakasından oluşur (Şekil 1). Hızla değişen inşaat endüstrisine ve termal verimlilikle ilgili yeni bina kodu düzenlemelerine uyum sağlamak için, precasterler daha ince beton katmanlara ve daha yüksek ısı direncine sahip daha kalın yalıtım katmanlarına sahip ICSPP’ler üretmektedir; Ek olarak, tasarımcılar, termal ve yapısal performansı artırırken genel bina maliyetlerini azaltmak için beton wythes’in kısmen kompozit etkileşimini hesaba katmak için daha rafine yöntemler kullanıyorlar². Yapısal verimliliğin büyük ölçüde beton katmanlar arasındaki yapısal bağlantıya bağlı olduğu ve piyasada birden fazla tescilli kesme konektörünün mevcut olduğu bilinmekle birlikte, literatürde bu konektörlerin mekanik özelliklerini incelemek için standartlaştırılmış bir test protokolü bulunmamaktadır. Mevcut konektörler geometrilerinde, malzemelerinde ve imalatlarında büyük farklılıklar gösterir, bu nedenle mekanik özelliklerini belirlemek için birleşik bir analitik yaklaşım elde etmek zordur. Bu nedenle, birçok araştırmacı laboratuvarda, konektörlerin hizmetteki temel davranışını ve güç sınırı durumları 3,4,5,6,7,8,9,10’u taklit etmeye çalışan kendi özelleştirilmiş kurulumlarını kullanmıştır. Bununla birlikte, bunlardan sadece ikisi, şekil, sertlik ve malzeme bileşimindeki geniş varyasyonları nedeniyle tüm konektör aralıkları için yararlı olmamasına rağmen, test değerlendirme şeması ^5,8’in bir parçasıdır.

Resim 1: Sandviç duvar paneli örneğinin tipik bileşimi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Bu konektörleri test etmek için yaygın bir yöntem, genellikle bir beton ankraj^{test standardı 13} olan ASTM E488’e dayanan daha önce açıklandığı gibi ^3,11,12 veya iki sıra konektörle tek makas olarak adlandırılan yöntemdir. ASTM E488, önerilen test kurulumlarının çizimleri yoluyla, sabit bir beton tabanından çıkıntı yapan tek bir ankrajın test edileceğini gerektirmez, ancak güçlü bir şekilde ima eder. Numuneler test edildikten sonra, bir dizi yüke karşı yer değiştirme eğrisi çizilir ve bu eğrilerden nihai elastik yükün (F_u) ve elastik sertliğin (K_0.5Fu) ortalama değerleri elde edilir. Bu yaklaşımı kullanmanın temel avantajlarından biri, düşük değişkenlik sonuçları üretmesi ve geniş laboratuvar alanları veya birçok sensör gerektirmemesidir¹⁴. Farklı bir yaklaşım, bu panellerin tasarımında kullanılacak mekanik özellikleri belirlemek için çift makaslı bir wythe konektörünün yüklenmesinden oluşur 6,7,14,15,16. Elde edilen veriler aynı şekilde işlenir ve testten nihai elastik yükün (F_u) ve elastik sertliğin (K_0.5Fu) ortalama değerleri elde edilir. Bu test yaklaşımı daha fazla malzeme kullanmayı içermesine ve daha fazla sensöre ihtiyaç duymasına rağmen, yükleme ve sınır koşullarını bir laboratuvarda uygulamak anekdotsal olarak daha kolaydır.

İki test stili önemli ölçüde farklı görünmemektedir, ancak büyük ölçüde tam ölçekli bir paneldeki konektör davranışını taklit etme yeteneklerine bağlı olarak farklı sonuçlar üretmektedir. Tek kesmeli, tek sıralı test kurulumu, Şekil 2B, C’de gösterildiği gibi bir sıkıştırma eylemi ve daha önce açıklandığı gibi ^14,17’de tam ölçekli bir panelde bulunmayan ek bir devrilme momenti üretir. Çift makas, bu tam ölçekli davranışı taklit etmek için daha iyi bir iş çıkarır – dış wythe’lerin merkezi wythe’ye göre saf kesme çevirisini modeller. Sonuç olarak, analitik yöntemlerde kullanılan çift parçalayıcı değerlerin, temsili yalıtımlı duvar panellerinin büyük ölçekli testlerinde elde edilenlere daha yakın sonuçlar ürettiği gösterilmiştir¹⁴. Şekil 3, bir konektörün tek ve çift kesme testi için şematik test kurulumunu göstermektedir.

Şekil 2: Literatürde kullanılan farklı konektör test konfigürasyonlarına örnekler. Tek konektör numunelerinin, tam ölçekli panellerde görülen wythe’lerin paralel çevirisini temsil etmeyen yüklemeye neden olduğu gösterilmiştir. (A) İki konektörlü çift makas; (B) Bir konektörle çift makas; (C) Tek konektörlü tek makas. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tüm bu çalışmaların sonuçlarının ortak paydası, her iki test metodolojisinin de esnek konektörlerin mekanik özelliklerini belirlemek için uygun olduğu, ancak çift parçalama test şeması sonuçlarının, konektörün esnek çalışma altındaki gerçek bir paneldeki davranışına daha yakından benzediğidir. Başka bir deyişle, kullanıcı bu tür test sonuçlarını analitik bir modelde kullandığında, konektörlerin kullanıldığı büyük ölçekli testlerin sonuçlarıyla yakından eşleşir. Bu tür testlerin sonuçlarının, ampirik olarak türetilmiş yöntemler, sandviç kiriş teorisinin kapalı biçimli çözümleri ve 2-D ve 3-D ^yaylı sonlu elemanlar modelleri gibi doğrudan giriş tasarım parametreleri olarak mekanik özelliklere dayanan modeller için uygun olduğunu belirtmek ^önemlidir.

Şekil 3: Literatürdeki test protokollerinin şematik görünümü. Örneklerin wythe’lerini birbirlerine göre çevirmek için bir koç kullanılır. (A) Tek parçalama ve (B) çift kesme test protokolleri. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Bu çalışmada, omurga eğrisinin değerlerini ve yalıtımlı duvar paneli wythe konektörlerinin, yani F_u ve K_0.5Fu’nun mekanik özelliklerini elde etmek için deneysel bir protokol sunulmuştur. Yöntem, değişkenlik kaynaklarını ortadan kaldırmak ve daha güvenilir sonuçlar üretmek için bazı değişikliklerle çift parçalama testi yaklaşımı kullanarak konektörlerin test edilmesine dayanmaktadır. Tüm numuneler, beton hedef basınç dayanımına ulaştığında test edildikleri sıcaklık kontrollü bir ortamda inşa edilir. Bu test protokolünün temel avantajı, kolayca takip edilebilmesi, farklı teknisyenler tarafından çoğaltılabilmesi ve literatürde gösterildiği gibi, esnek veya esnek ve eksenel kuvvetin birleşimi altında gerçek, yalıtımlı bir beton duvar panelinde wythe konektörünün gerçek davranışını yakından tanımlamasıdır.

Mekanik özellikleri ve malzeme davranışını belirlemek için önerilen wythe konektör test protokolünün uygulanması, yalıtımlı beton duvar paneli endüstrisi için test sonuçlarının doğruluğunu artıracak ve yenilikçi yeni konektörler oluşturmak isteyen girişimciler için engelleri azaltacaktır. Hem eğimli hem de prefabrik beton endüstrilerinde yalıtımlı panel yapımında gelecekteki büyük artış, panellerin mühendislik özelliklerini elde etmek için malzemelerin daha iyi kullanılmasını ve daha birleşik yöntemler gerektirecektir.