2. Malzeme ve Çelik Yapıların Hesabına Ait Genel Hususlar

BÖLÜM 2 ÇELİK ÜRETİMİ

Yüksek fırınlarda demir filizinden eritilerek elde edilen ham demirin metalurjik iç yapısı yüksek miktarda karbon, fosfor ve silisyum içermekte ve bu nedenle ne haddelenebilmekte ne de çekiçle dövülerek şekil verilebilmektedir.. İşlenebilirliği sağlamak için önce sözü edilen maddelere, özellikle de karbona, ait miktarın diğer maddelerin katkısıyla azaltılması gerekir.

2.1. Çelik Üretimi2.1.1. Çeliğin Eritilmesi

Çeliğin ısıl işleme tabii tutulmasında güdülen amaç şunlardır : Karbon miktarını istenilen çelik cinsine göre

azaltmak Büyük miktarda fosfor uzaklaştırılırken, silisyum ve

manganın okside edilmesini sağlamak

Isıl işlem için gerekli olan oksijen Havanın nemindenSaf oksijen üflenerek Oksijenin bağlı bulunduğu demir filizinden

temin edilir.

Isıl işlemler farklı yöntemlerle gerçekleştirilebilir :1. Siemens-Martin yöntemi2. Elektrik arkı yöntemi3. Oksijen üfleme Yöntemi

• Siemens-Martin Yöntemi• Bu yöntemle bir fırında büyük miktarda ham demir ve

hurda demir eritilir. Kullanılan bu yöntem için gerekli ergime sıcaklığı gazların yanmasıyla sağlanır.

• Ayrıca oksijen veya endüstriyel yağ kullanılarak bu işlemin verimi artırılabilir.

• Bazı özel durumlar için çelik cinsine bağlı olarak ya ham demirim miktarı artırılır yada hurda demir ilave edilir.

Elektrik Arkı Yöntemi• Siemens- Martin yöntemi gibi bir ergitme

yöntemidir. • Katkı maddesi olarak genelde hurda demir veya

ince demir filizleri veya ham demir kullanılır. Ergitme veya ısıl işlemler için gereken sıcaklık derecesi elektrik arkı kullanılır.

Oksijen Üfleme Yöntemi• Bu yöntemde ham demir, devrilebilir özellikle bir

konvertörde üfleme suretiyle saf oksijenle zenginleştirilir. Bu sırada açığa çıkan ısı miktarı, soğutma yapılmaksızın eriyiğin banyo sıcaklığının dönüşüm sıcaklığının üstüne çıkmasına neden olur.

• Soğutma işlemi için hurda demir ve demir filizleri kullanılır.

2.1. 2. DeoksidasyonDeoksidasyon işlemi sırasında çelik katı eriğinde

gereksiz derecede yüksek bulunan oksijen veya oksijen bileşiklerinin miktarı, her seferinde öngörülen bir ergitme yöntemi yardımıyla azaltılır. Genelde katı eriyiğe (silisyum veya alüminyum) oksijene olan afinitesi yüksek olan maddeler katılır ve böylece ısıl işlem sırasında bileşimde bağıl durumda olan oksijenin çözülerek serbest kalması sağlanır.

Deoksidasyon işlemi potada gerçekleştirilir.

Elektrik arkı yönteminde çelik, eritme yapılan kapta dahi kendi kendine deokside olabilir.

Her durumda deoksidasyon gerçekleşmeyebilir. Çelik potada iken ve henüz döküm işlemine başlamadan evvel oksijeni açığa çıkarmak veya çözmek için oksijene karşı afinitesi olan maddeler eklendiği taktirde, sıvı haldeki çelikte yürütülen ısıl işlem sırasında oluşan gaz halindeki karbonmonoksitin miktarı artar ve oluşumun yoğunluğuna bağlı olarak banyoda şiddetli hareketlenmelere neden olur.

Katı eriyik kaynamaya başlar.Bu durumda elde edilen kaynar dökülmüş çeliğe ‘gazı

alınmamış çelik’ veya ‘dinlendirilmemiş çelik’ adı verilir.

Gazı alınmamış çelikte soğuk şekil verme kolaylığı mevcuttur.

2.1.3. Kükürtten Arındırma ve Sülfit Oluşumu

Çeliğin üretim yöntemine bağlı olarak yönetmeliklerde öngörülen kükürt miktarı % 0.02- % 0.05 arasında yer almaktadır.

Bu miktardaki kükürt oranları mangansülfitlerini oluşturabilmektedir.

Bu durumda sıcak haddeleme işlemi ile çeliğe şekil verilebilmektedir.

Öte yandan şekil verme miktarı, şekil değiştirme sırasındaki sıcaklık derecesine bağlı olarak değişmektedir.

Çeliğin dış yüzeyine paralel düzlemde, levha düzleminde, mangansülfitlerinin çekilerek uzatılma miktarı, çeliğin anizotrop özelliği nedeniyle boyuna ve enine doğrultuda şekil değiştirme derecesine bağlıdır.

Öte yandan çok düşük kükürt oranları, çeliğin potada kükürtten arındırılmasıyla gerçekleştirilir.

Bu işlem sırasında çeliğe kalsiyum, kalsiyum-karpit veya magnezyum üflenir.

Kullanılan başka etkin, fakat pahalı yöntemler de vardır. Bu yöntemler kullanılarak %0.001 oranındaki kükürt miktarlarının elde edilmesi mümkün olabilmektedir.

Numunenin kopmasına yönelik olarak yürütülen çekme deneylerinden elde edilen sonuçlar, çeliğin metalurjik iç yapısı gereği kırılmanın kükürt miktarına ve sülfit şekline bağlı olarak değiştiğini ortaya koymuştur. Bundan başka çeliğin yorulma mukavemetinin de kükürt miktarına bağlı olduğu ve kükürt oranı azaldıkça yorulma mukavemetinin arttığı belirlenmiştir.

2.1.4. Çeliğin Dökümü ve KatılaşmasıÇeliğin üretim aşamasında iki çeşit döküm yöntemi

kullanılır.1. Kalıplara Döküm2. Sürekli Döküm • Kalıplara döküm işleminde çelik katı eriyiği

kalıplara yukarıdan akıtılmak suretiyle dökülür.• Kullanılan kalıplar ya dikdörtgen ya da kare

şeklindedir.

Sürekli döküm işlemi sıvı haldeki çelik katı eriyiğinin sürekli bir şekilde dökülmesine karşı gelmektedir. Bu işlem çelik soğutulmuş bir bakır kaba aktarılır.

Bu durumda dış kenarlar çok hızlı bir şekilde katılaşırlar.

Sıvı haldeki çeliğin katılaşması sırasında fiziksel veya kimyasal olaylar birlikte meydana gelirler. Fiziksel olaylar sırasında kalıpların kenar duvarlarında dışarıya doğru ısı çıkışı meydana gelir.

Ayrıca sıvı halden katı hale geçişte hacim azalır.

Çeliğin döküm işlemleri sırasında mevcut ortamda oksijen almasını önlemek veya bunu azaltmak için genelde, kalıpların üstü kapatılarak sıvı haldeki çelik kalıplara dökülür.

Gerek kalıplara döküm, gerekse de sürekli döküme dayanan çelik üretim yöntemlerinde çekirdekte segregasyon bölgeleri meydana gelir.

Mevcut deneyimler, çelik yapılarda alışılagelmiş şekilde kullanılan St 37-2 ve St 52-3 çelik cinslerinin sürekli döküm yöntemi kullanılarak üretilmesi gerektiğini göstermiştir.

2.1.5. Sıcak HaddelemeÇeliğin sıcak haddeleme ile çeliğe sıcak şekil verme ve

sıcak işlemlerden daha çok, yeniden kristalleştirme sıcaklığının üzerinde yer alan sıcaklık derecelerinde çeliğe şekil verme anlaşılmaktadır.

Sıcak haddeleme işlemi sırasında çeliğe basınç altında doğrudan şekil kazandırılmaktadır.

Genelde haddeleme işlemi, sıcaklık derecesi 1200 C’ dan 800 C’ kadar değişen bir ısı yelpazesinde gerçekleştirilmektedir.

2.2. Sıcak Haddelenmiş Çelik ÜrünleriHaddenlenmiş Çelik Ürünlerin Şekil ve Boyutlarına

Göre Sınıflandırılması adını taşıyan Eurocorn 79’ a göre haddelenmiş çelik ürünler:1. Yarı mamüller2. Tam mamüllerolarak iki sınıfa ayrılmaktadır.• Yarı mamüllerin tam mamüllerden farkı, yarı

mamüllere bir ön şekil verilmiş olmasıdır.

2.3. Çeliğin Sıcak İşlenmesi Isıl işlem sırasında uygun şartlar oluştuğunda çelik bir

yandan uygun mukavemet ve sertlik özelliklerine ulaşırken, diğer yandan da hadde mamülün homojenlik özelliği iyileştirilir.

Çelik yapıda kullanılan yapısal çelikler için ısıl işlemde kullanılan önemli yöntemlerden biri ‘çeliği tavlama’, diğeri ise ‘çeliğe su verme’ dir.

2.3.1. Çeliğin TavlanmasıÇeliği tavlama işlemi demek, çeliği önce AC olarak

tanımlanan dönüşüm noktasının biraz üzerinde yer alan sıcaklık derecelerinde ısıtmak veya bunu ardından da açık havada soğumaya bırakmaktır.

Tavlama işlemi sırasında gelişen olayları demir-karbon denge diyagramı açıkça göstermektedir.

Bazı özel durumlarda yapısal çelik malzemesinin iç yapısı ve mekanik özellikleri işlenme sırasında istenmeyen biçimde etkilenebilirler.

Örneğin; çok fazla miktarda soğuk şekil verme yapıldığı taktirde çeliğin işlenebilme özelliği kısmen yok edilebilir.

.Tavlama sırasında uzun süreli sıcak şekil verme sonucunda tane büyümesine rastlanabilir.

Çelik tekrar tavlandığı takdirde çeliğin mevcut eski iç yapısına geri dönmek mümkün olabilmektedir.

2.3.2. Çeliğe Su VermeOstenit-ferrit dönüşümüne karşı gelen oluşumda

ostenitile sıcaklık derecesinden itibaren gerçekleştirilen soğutma işleminin hızı belirleyici bir rol oynamaktadır.

Hızlı soğutmada tavlamada olduğu gibi ferrit ve perlit oluşmamakta, bunun yerine martensit ve beynit oluşmaktadır.

Her iki madde de kullanılan ilk ana maddeden daha serttir.

Bu nedenle gevrek kırılma eğilimi yüksektir. Bundan dolayı hızlandırılmış bir soğutma işlemi ile

birlikte yürütülen ostenitleştirme işlemine ‘Çeliği Sertleştirme’ adı verilmektedir.

2.4 Çelik Yapıda Kullanılan Yapısal Çeliklerin Karakteristik Mukavemet

Özellikleri ve Bunların Test Edilmesine İlişkin Esaslar

2.4.1 Statik Yükler Altında Mukavemet ÖzellikleriÇelik yapılarda kullanılan yapısal çeliklerin statik

yükler ve çekme kuvvetleri altındaki dayanımını tanımlamak için malzemenin akma sınırı, çekme mukavemeti ve sertlik özelliklerinden yararlanılır. Akma sınırı ve çekme mukavemetine karşılık gelen karakteristik değerler çekme deneyi ile saptanır.

Çekme deneyinde genelde akma sınırı ve çekme mukavemeti karakteristik mukavemet özellikleri saptanmaktadır.

Akma sınırı çekme deneyinde uygulanan uzama hızının bir fonksiyonudur. Akma bölgesinde durdurulmasıyla özellikle düşük değerdeki birim uzama hızlarına karşı gelen akma sınırında gerilme değeri düşer. Bu değer “Statik akma sınırı” olarak tanımlanır.

2.4.2 KaynaklanabilirlikÇelik yapılarda kullanılan çelik cinsleri arasında hava

koşullarına dayanıklı çelikler ve yüksek mukavemetli çelikler kaynağa daha uygundur.

Çeliğin kaynaklanabilirliği demek, bilinen bir kaynak tekniği ile metalik bir bileşimin oluşturulmasının mümkün olması demektir.

Kaynak şartlarının kontrol altına alınması ve seçiminde gösterilmesi gereken titizlik alaşım elemanı miktarına, ana malzemenin akma sınırına ve kaynak malzemesine bağlı olarak artar.

2.5 Çelik Yapılarda Kullanılan Yapısal Çelik Cinsleri ve Özellikleri

2.5.1 Yapısal ÇeliklerYapısal Çelik ürünleri ve cinsleri, örneğin çeşitli ürün

tiplerinde(hadde ürünleri, levhalar, lamalar, dikişsiz ve kaynaklı kare ve dikdörtgen kutu profiller) standartlaştırılmıştır.

Çelik cinsleri genelde, akma sınırı değerlerine göre sınıflandırılır.

Yapısal çeliklerin standartlarını ve ayrıntılarını DIN 17 100’ de bulabilmek mümkündür.

2.5.2 Bulon, Pul, Somunlarda Kullanılan Çelik Cinsleri

İnşaatla yakından ilgili olan kişileri genelde birleşim araçlarının üretiminden çok, mamülün son hali ilgilendirir.

DIN 267’de bulonlar, pullar, somunlar vb. birleşim araçlarıyla ilgili tanımlar yer almaktadır.

Bulon, pul, somun gibi birleşim elemanlarının özellikleri DIN 267-Yaprak 3’de(ISO 898/I’de de bu durum geçerlidir): Bu standartlarda çeşitli çelik cinsleri ile ilgili malzeme yönetmeliğinde tüm bilgiler mevcuttur.

2.6 Hadde Ürünleri

1. Profiller2. Lamalar3.Levhalar

1.Profiller Profillerin pek çok çeşidi mevcuttur. Örnek olarak

I(Normal Profil), IPE, IPEo, IPEv, IPBl, IPBv

2. LamalarDikdörtgen enkesitli çubuklar

3. Levhalar3’e ayrılır. İnce, orta ve kaba levhalar.

2.7 Boyutlandırmanın Temel İlkeleri

Halihazırda yapıların boyutlandırılmasında kullanılan iki temel ilke vardır. Bunlardan ilki emniyet faktörü ilkesi, ikincisi ise yük ve mukavemet faktörü ilkesidir.

Bunlardan ilki, yani emniyet faktörü ilkesi, son yüzyıl süresince kullanılan belli başlı boyutlandırma ilkesidir. Son yirmi yıl içerisinde ise boyutlandırmada yavaş yavaş daha rasyonel ve olasılık teorisine dayalı bir ilke olan yük ve mukavemet faktörü ilkesi de kullanılmaya başlanmıştır.

2.7.1. EMNİYET FAKTÖRÜ İLKESİ

Gerçek yükün boyutlandırmada göz önüne alınmış olan dış yükü ∆Q kadar aştığını, boyutlandırmada hesaba katılan yapı mukavemetinin, gerçekte gerçekleşmiş olandan kadar küçük olduğunu kabul edelim. Yapı güvenliği alt sınır durumu

olarak ifade edilir. Buradan ;

elde edilir.Buradan emniyet faktörü,

emniyet faktörü= olarak ifade edilir.

Bu ifade incelenirse, emniyet faktörüne aşırı yükleme ve mukavemet değerindeki azalmanın etkisi değerlendirilebilir.

Alman şartnamesinde 1. yükleme hali için kullanılan emniyet faktörü değeri;

olarak elde edilir.Emniyet faktörü göçmeye karşı gerçek güvenliği

göstermemektedir.

2.7.2 YÜK VE MUKAVEMET FAKTÖRÜ İLKESİ

Bu ilke çok fazla yaygın olmamakla birlikte özellikle ABD ve Avrupa’nın bazı ülkelerinde kullanılmaktadır. Ülkemizde ise bu ilke boyutlandırma için henüz kullanılmamıştır.

ASCE(American Society of Civil Engineers) tarafından benimsenmiş olan faktörize edilmiş yük kombinasyonları şöyledir:

1.4D+1.2D+1.6L+0.5( veya S veya R )1.2D+1.6( veya S veya R)+(0.5L veya 0.8W)

1.2D+1.3W+0.5L+0.5( veya S veya R)1.2D1.0E+0.5L+0.2S0.9D(1.3W veya 1.0E)

Bu denklemlerde; D: ölü yük L:hareketli yükler çatı hareketli yükü W:rüzgar yükü S:kar yükü E:deprem yükü R:yağmur suyu ve buz yükü

Bu boyutlandırma ilkesinde kullanılan diğer bir faktör ise Φ - mukavemet faktörüdür. Bu faktörün değeri, yapı elemanı tipi ve boyutlandırmada göz önüne alınan sınır duruma bağlı olarak değişir. ASCE bu değerleri böyle vermiştir:

a- Çekme elamanlarında: 0.90 akma sınır durumu

0.75 yırtılma sınır durumu

b- Basınç çubuklarında : 0.90

c- Kirişlerde : 0.90 eğilme için

0.75 makaslama için

d- Kaynaklarda : Φ = etki şekline (çekme, makaslama vs.) göre yukarıdakilerle aynı

e- Diğer birleşim elemanlarında: Φ=0.75

Yük kombinasyonları ve karşı gelen güvenlik katsayıları

YÜK KOMBİNEZONLARI AMAÇ GÜVENLİK İNDİSİ β

GÖÇME OLASILIĞI

Ölü yük + hareketli yük(veya kar yükü)

3.00 elemanlar için

4.50 birleşimler için

0.001

0.000015

Ölü yük + hareketli yük+ rüzgar yükü

Ölü yük + hareketli yük+ deprem yükü

2.50 elemanlar için

1.75 birleşimler için

0.006

0.0465

2.7.3. Plastik boyutlandırma yöntemi

Mukavemet için sınır durum plastik momentinin kesitte oluşmasıdır. Plastik moment kapasitesi, kesitin bütün noktalarında akma sınır gerilmelerine ulaşılması haline karşı gelir.

Bu tür elemanlarda yapısal güvenlik koşulu;

1.7 olarak yazılabilir.Bu boyutlandırma yöntemi ülkemizde kullanılmaktadır.

2.7.4. ÇELİK YAPILARIN HESABINDA KULLANILAN YÜKLEME GRUPLARI, EMNİYET GERİLMELERİ VE DİĞER MALZEME KAREKTERİSTİKLERİ Çelik yapılarda yükler ikiye ayrılır: Esas yükler (H)

İlave yükler (Z)

Bu yüklerin ayrımı ise;

ESAS YÜKLER (H)

İLAVE YÜKLER (Z)

Yüksek Yapılarda (Hal ve endüstri yapıları, çelik karkas yapılar)

Öz yük, faydalı yük, kar yükü, kren yükü, makinelerin kütle kuvvetleri

Rüzgar yükü, fren kuvveti (krenlerin), ısı değişimi sonucu meydana gelen kuvvetler, montaj safhalarındaki yük durumları

Köprülerde Öz yük, katar yükü veya trafik yükü, merkezkaç kuvvet(demir yolu köprülerinde)

Rüzgar yükü, kar yükü, ısı etkisi, mesnetlerin sürtünme kuvvetleri, lase (yan çarpma) kuvveti, fren ve demaraj kuvvetleri, montaj safhalarındaki yük durumları

DIN 1050 ve TS 648 standartlarına göre bir çelik yapının hesabı, aşağıda belirlenen iki farklı yükleme haline göre ayrı ayrı yapılır:

1- Sadece esas yükler alınır. Buna H yüklemesi veya 1. yükleme hali veya EY yüklemesi denir.2- Esas yüklerle beraber ilave yüklerde alınır. Buna HZ yüklemesi veya 2. yükleme hali veya EİY yüklemesi denir.

İMO İstanbul şubesi tarafından yayınlanmış olan ‘Çelik Yapılar Emniyet Gerilmesi Esasına Göre Hesap ve Proje Esasları’ isimli kaynakta önerilen şu kombinezonlarda kullanılabilir.

a) D (H)

b) D + L + ( veya S) (H)

c) D + L + ( veya S)+ T (HZ)

d)D+L+S+W/2 (HZ)

e)D+L+S/2+W (HZ)

f)D+L+(W veya E/1.4) (HZ)veya(HZ)*

g)0.9DE/1.4 (HZ)*

h)D+(W veya E/1.4) (HZ)veya(HZ)*

i) D+L+(W veya E/1.4) +T ii) (HZ)veya(HZ)*

j) D+L+S+E/1.4 (HZ)

D: ölü yükler,kren yükü ve makinaların kütle kuvvetleriL: hareketli yükler S:kar yükü W:rüzgar yükü E:deprem yüküT:sıcaklık değişimi ve mesnet çökmesi nedeniyle oluşan etkiler, krenlerde fren ve yanal çarpma kuvvetleri:çatılarda hesaba katılacak hareketli yükler ve su birikmesi nedeniyle oluşan etkiler

Not : (HZ) halinde kombinezonda deprem yükü yoktur.(H) ile emniyet gerilmeleri 1.15 ile büyütülecektir. : (HZ)* halinde kombinezonda deprem yükü vardır. Emniyet gerilmeleri 1.33 ile büyütülecektir. Yapı çeliği olarak en çok kullanılan çelik cinsi St 37 ‘dir. Buna normal yapı çeliği denir. Buradaki 37 sayısı kg/mm² cinsinden çekme mukavemetini gösterir.

Çelik yapıların hesap ve yapım kurallarıyla ilgili olarak TS 648 yürürlüktedir. Bu standardın hususuna girmeyen kapsamlar için uygulamada genellikle Alman şartnameleri esas alınmaktadır.

Alman şartnamelerine göre; emniyet katsayısı : (H) yüklemesi için = 1.71

(HZ) yüklemesi için = 1.50

Akma sınırı gerilmeleri ve basınç, eğilme-basınç emniyet gerilmeleri

(kg/cm²)

Çekme ve eğilme-çekme emniyet

gerilmeleri (kg/cm²)

Kayma emniyet gerilmeleri

(kg/cm²)

Çelik cinsi

(H) (HZ)

St 37 2400 1400 1600

St 52 3600 2100 2400Çelik cinsi

(H) (HZ)

St 37 1600 1800

St 52 2400 2700

Çelik cinsi

(H) (HZ)

St 37 900 1050

St 52 1350 1550

Aşağıdaki malzeme karakteristikleri bütün çelik cinsleri için geçerlidir:

Elastisite modülü E = 2 100 000 kg/cm²Poisson sayısı = 0.3Kayma modülü G = = 810 000 kg/cm²Lineer ısı katsayısı = 0.000012

2.8 ÇELİK YAPILARIN YORULMASIYorulma; malzeme biliminde bir malzemenin

devirli olarak sürekli yüklemeye uğraması sonucu ilerlemeli ve yerel yapısal hasara uğramasıdır. Malzeme dereceli olarak arttırılan yükler altında denenip belirli bir sınırdaki gerilime geldiğinde kopmaktadır. Bu şekilde denenerek bulunan değere malzemenin statik dayanımı denir. Ancak aynı malzeme eğer geçmişte sürekli gerilmelere uğramışsa, kopma değeri bu statik dayanım değerinden daha düşük bir değerde olacaktır. Bunun nedeni malzemenin yorulmasıdır.

Yorulma, bir malzeme sürekli yükleme ve boşaltmaya maruz kaldığında gerçekleşir. Eğer yüklemeler belirli bir düzeyin üzerindeyse, malzemenin yüzeyinde mikroskobik çatlaklar oluşmaya başlayacaktır. Zamanla bu çatlak kritik bir büyüklüğe ulaşacak ve yapıda çatlama gerçekleşecektir. Yorulma aşamalarını üç aşamada değerlendirilir: -çatlak başlangıcı

-çatlak ilerlemesi -kırılma

Peki yorulmanın bizim için önemi nedir?

- Yorulma olayı dışarıdan gözlemlenebilecek bir şekilde önemli bir şekil değişimi yapmadan malzemenin ani olarak göçmesi nedeniyle tehlikelidir. Şekilde eksenel olarak yüklü ve St 37 kalitesinde

çelik malzemesi için

S-N eğrisi verilmiştir.

Sünek çelik taşıyıcı elemanların yorulma ömrü, max gerilme ’ın azalması ile artar. Bu durum test edilen numunenin oldukça fazla sayıda yük tekrarına dayandığı yorulma limiti () bölgesine kadar devam eder. Bu gerilme seviyesinde numunelerin %50’sinin 10 milyon tekrar sayısı gibi yüksek tekrarlara dayandığı görülmüştür.

Ne yazık ki yorulma ömrünün bulunması için analitik yöntemlere sahip değiliz. Bu durum ise bizleri yorulma ömrünü bulmamız için prototip hazırlamaya mecbur etmiştir. Daha sonra da yukarıdakine benzer testler yapılarak S-N eğrisi üretilir. Bu eğrilere dayanılarak yorulma hesabı yapılmasına yarayan bazı yöntemler, çeşitli standartlar tarafından verilmiştir.

Bu standartlardan bazıları şunlardır: -AASTHO(American Association of State Highway and Transportation Officials) - AREA(American Railway Encineering Association)’Specification for Steel Railway Bridges’ -ECCS (Eurupean Convention for Constructional Steelwork) ’Recommendations’

2.10 ÇELİK YAPILARDA KOROZYON DIN 50 900 Kısım 1 de ‘ Metallerin Korozyonu,

Tanımlar’ olarak adlandırılan bir bölüm yer almaktadır. Metallerin korozyonu ile metal elemanların çevre ortamı ile girdiği reaksiyon ifade edilmektedir.

Bu reaksiyon malzemede ölçülebilir seviyede bir değişime ve dolayısıyla korozyon hasarına neden olmaktadır. Çoğu durumlarda bu reaksiyon elektro-kimyasal özelliktedir, kimyasal veya fiziksel de olabilir.

Kullanılan çelik malzeme açık hava koşulları altında bulunduğunda ve buna karşı korumaya yönelik gerekli önlemler alınmadığında, dış yüzeyinde değişimler meydana gelir. Buna korozyon veya paslanma denir.

Genelde korozyon oksit veya hidroksit özellikte olup, paslanma sonrasında dış yüzeyde, yüzeyi tamamen üniform bir şekilde kaplayan korozyon tabakası oluşur.

Havada, su ile birleştiğinde asit oluşturan zararlı maddeler vardır. Bu asit demirin korunmayan kısmını etkilerler.

Bu nedenle boyama veya kaplama, örneğin galvanizleme yapılarak dış yüzeyin korunması zorunluluğu vardır.

Bu yapılmadığı taktirde, özellikle ortamda sürekli nem bulunması durumunda, demir çok hızlı bir şekilde korozyona uğrayacaktır, başka bir deyimle korozyona uğrayacaktır.

2.10.2. KOROZYON ÇEŞİTLERİ

1- OKSİT TABAKASI OLUŞTURAN KOROZYON

100 C̀ ’ı aşan sıcaklıklarda demir ve çelik mamülün üst yüzey tabakasında oluşan oksit tabakasıdır. Bu korozyon türü sıcak haddeleme görmüş çelik, yeni üretilmiş hadde profilleri ve levhalarda görülür.

2-HİDROJEN OLUŞTURAN KOROZYON

Bu tür bir korozyon şekli, oksijen eksikliği sonucunda oluşur ve tüm yüzeyi uniform olarak kaplar. Metalin üst yüzeyinde mikroskobik boyutlarda korozyon elamanları oluşur.

3- OKSİJEN NEDENİYLE OLUŞAN KOROZYONÇelikte rastlanan en önemli korozyon şekli olmakla

birlikte alkalik nitelikteki bu oluşum koruyucu özellik taşımakla birlikte katodu korozyona karşı korumaktadır. Korozyon hızını büyük ölçüde havalandırma miktarı, tuzlar ve sudaki kirlilik belirlemektedir.

Koruyucu örtü tabakaları kullanıldığı takdirde bu tür korozyon engellene bilmektedir.

4- ATMOSFERİK KOŞULLARDA OLUŞAN KOROZYONKütle kaybı ile sonuçlanan atmosferik

korozyon, metal yapı malzemelerinin bulundukları ortamdaki performanslarını ve yaşam sürelerini ciddi ölçüde etkilerken, sosyal ve ekonomik açıdan ise büyük maliyetlere neden olmaktadır.

5- ÇATLAK OLUŞTURAN KOROZYONAtmosferik koşullara maruz kalmasına rağmen

paslanmayan çeliklerin üst yüzeylerine yakın bölgelere yakın yerlerde meydana gelen ağ şeklindeki ince çatlaklardır.

Bu tür korozyona önlem olarak malzeme sudan uzak tutulabilir, izolasyon tabakası teşkil edilebilir.

2.10.3. KOROZYONA KARŞI KONSTRÜKTİF ÖNLEMLER

Genelde çelik yapılarda aynı malzemeler kullanılmalıdır. Farklı malzeme kullanılması halinde temas yüzeylerinde korozyon oluşması olası bir durumdur.

Çok korozif ortamlarda çeliğin polimer bir tabakayla kaplanması iyi bir sonuç verir. Boya paslanmayan çeliklerde normal çeliklere göre daha başarılı bir önlem olarak bilinmektedir.

Korozyona Karşı Konstrüktif Önlemler

Genelde çelik yapılarda aynı malzeme kullanılmalıdır, örneğin St 37 ve St 52 kalitesindeki çeliklerden üretilmiş mamuller. Gözönüne alınan yapıda farklı malzeme kullanılması halinde temas yüzeylerinde korozyon oluşması olasılığı da göz önünde tutulmalıdır.

Öte yandan paslanmayan çelik (krom-nikel çelikleri) kullanıldığında, sadece atmosferik koşullar altında paslanmayan nitelikte olup olmadığına veya diğer etkiler altında koruyucu bir tabaka oluşturup oluşturmadığına dikkat edilmelidir.

Çok korozif ortamlarda çeliğin polimer bir tabaka ile kaplanması iyi sonuç vermektedir. Paslanmayan çeliklerde boya normal çeliklere daha başarılı bir önlem olarak bilinmektedir.

Korozyon açısından uygun yapı detayları Daha yapı tasarlanırken seçilen uygun

detaylarla korozyonun etkisi minimuma indirilebilir, şöyle ki;

Olabildiğinde küçük dış yüzey alanları oluşturarak

Girinti ve çıkıntıların olmadığı, olabildiğince düzgün düz bir yüzey oluşturmak.

Köşe ve kenarlardan kaçınarak veya köşeleri olabildiğince büyük çaplı yuvarlatarak

Yatay yerine eğimli (min.%3) yüzeyler teşkil ederek

Damlalıklar, drenaj kanalları ve oluklar teşkil ederek

Suya maruz kesitlerde suyu uzaklaştıracak şekilde önlem alarak

15 mm’den az aralıkları besleme levhaları vb. ile iyice doldurarak

500 mmden büyük boşluklar ya hava almayacak şekilde kapatılarak

Korozyona hassas kısımlarda dayanımı yüksek veya kolayca değiştirilebilen bir malzeme kullanarak.

KOROZYONA KARŞI UZUN SÜRELİ ÖNLEMLER

1) Fırça Kullanarak veya Püskürtme Yöntemiyle Boyanan Polimer Koruyucu Tabakalar

• Korozyona karşı önlem olarak organik polimerlerin kullanımı sadece çelik yapıda değil diğer metallerde de en sıkça seçilen yöntemdir. Bunun nedenleri arasında ekonomik olması, işlenmeye uygun olması korozyona karşı etkin önlem oluşturması, çeşitli renk parlaklıkta seçime olanak sağlaması ve kalınlığının az olması sayılabilir. Polimer koruyucu tabakalar olarak bitümlü tabakalar, tabii asfalt malzemesi, katran, katranlı plakalar,kauçuklar, vinil klorit polimerler, poliüretanlar, epoksi bazlı maddeler vb. kullanılabilir.

2) Koruyucu Polimer Tabakalar

Bu tür koruyucu tabakalar çelik yapılarda kullanıldığı gibi, hazır olarak üretilen çeşitli kapı, cephe plakaları vb. mamüllerde de rastlanabilinir. Fabrikalarda kimyasal işlemler kullanılarak metal malzemenin üst yüzeyinde oluşturulan bu koruyucu tabakalar prensip olarak boyama işlemine tabi tutulan polimer koruyucu tabakalarla aynı özelliği gösterirler.

3) Metalik Üst Yüzey Kaplamaları

• Galvanizleme işleminde metal çinko eriğinden oluşan bir banyoya daldırılır. Çelik malzeme önce bir asit banyosuna daldırılarak pastan arındırılarak temizlenir. Sonra suyla yıkanır ve ardından başka bir banyoya daldırılır. Kuruma işlemi bittikten sonra malzeme sıvı çinkonun bulunduğu küvete atılır. Banyoda büyük hareketlenmeler ve gaz çıkışı olur. Yeteri süre bekletildikten sonra sudan oluşan banyoya atılır ve hızla soğutulur. Böylece çeliğin üst yüzeyinde kalın bir çinko tabakasının iyice yapışması sağlanır. Bu tabakanın kalınlığı çelik elemanın kalınlığına, çelik kalitesine ve banyo süresine bağlıdır.

4) Çift Katlı Sistemler Çift katlı sitemler olarak, metal kaplama ve

polimer koruyucu tabakanın birlikte kullanılmasına karşı gelen çifte koruyuculuk kastedilmektedir. Bu sistemde metal kaplama, korozyona karşı aktif koruyucu ana tabakayı oluştururken, polimer tabaka ise alttaki metal kaplamayı koruyan bir örtü tabakası işlevini görmektedir.

5) Polimer Harçlı Kaplamalar Bunların önemli avantajlarını hızlı

sertleşmeleri, yüksek dayanımlarını, yüksek çekme mukavemetleri ve yüzeye yüksek yapışma özellikleri oluşturmaktadır. Pahalı olmaları ise dezavantajlarıdır.

6) Çimento Harçları ve BetonlarÇimento alkali özelliği nedeni ile, özellikle çimento ile hazırlanmış sıva yeteri kadar sıkıştırılmış ve kalınsa, demiri ve çeliği korozyondan korur. Öte yandan bazı durumlara dikkat etmek gerekir.

7) Lastik Kaplamalar Bitümlü, katranlı folyolar, PVC bazlı ürünler, Doğal veya sentetikler kauçuk ürünler de korozyona karşı kullanılan önlemler çerçevesinde kullanılmaktadırlar. Bu ürünler yumuşak elastikten plastik özelliklere kadar büyük bir yelpazede temin edilebilmektedir. Koruyucu etkisi ne denli geçirgen, elektriği iletip iletmemesi vb. özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.

8) Sertleştirilmiş, Plastik ve Yumuşak Elastik Macunlar Bu malzeme boşlukların (çatlaklar, yarıklar, derzler, vb.) doldurulmasında kullanılır. Bu macunlar iyi yapışma özelliğinde olmalı, nemi almalı, yaşlanmamalı ve korozif etki oluşturmamalıdır.

9) Emaye ile Kaplama Emaye işleminde özel olarak hazırlanmış metal yüzeylere önce nemli oratamda pudra şeklinde malzeme çeşitli yöntemler kullanılarak uygulanır. Kurutulduktan sonra 500 ve 1000 °C arasında bir sıcaklık derecesindeki ateşe tutulur. Bu işlem sırasında pudranın eriyerek cam tabakası oluşturması ve böylece gevrek ama sert, difüzyonu engelleyici, atmosferik etkilere dayanıklı bir yüzey oluşturması sağlanır.

10) Katodik Koruma

Katodik korumada, korozyona karşı korunması düşünülen malzeme katot durumuna getirilerek paslanma nedeni ile oluşan kesit daralması önlenir. Bu uygulamada doğru akım kaynağına bağlanan ve korozyona karşı önlem alınması planlanan metal negatif kutbu oluştururken paslanmaya neden olan elektrolit ise pozitif kutbu oluşturmakta ve bu işlem sırasında birbirleriyle bağlanmaktadır.

Günümüzde katodik koruma ile polimer kaplamanın birlikte kullanılması durumunda korozyona karşı en etkin ve yaralı önlem alınabilmektedir. Lakin uygulanan bu işlen için kombinasyonun da uygun olması gerekmektedir. Örneğin polimer koruyucu tabakanın kalitesinin çok yüksek olması halinde katotik koruma polimer kaplamanın hatalı ksımlarında yoğunlaşmaktadır.

Katotik koruma genelde liman tesislerinde, su savaklarında ve palplanşlarda, gemilerde, deniz platform yapılarında, iskele olarak kullanılan köprülerde, karada ve su altında döşenilen boru hatlarında, tanklarda ve çelik temel yapılarında yeğlenmektedir.

ÇELİK YAPILARIN YANGINA KARŞI KORUNMASI

1) Yangına Karşı Korunma

Bu kapsamda olası tüm yangın tehlikesi ile başa çıkmaya ve buna karşı alınan tüm önlemler kastedilmektedir. Yapı, yangının oluşması, zarar verecek şekilde yayılması, etkin söndürme çalışmalarını dikkate alarak ve yapı içindeki insanların ve hayvanların kurtarılmasını sağlayacak şekilde tasarlanılmalı ve boyutlandırılmadır.

Etkin bir söndürme çalışması için uygun genişlik ve yükseklikte ve ayrıca yeterli dayanıma, emniyetli kaçışı ve yangına müdahaleyi sağlayan tahliye çıkışları teşkil edilmelidir.

Yangın sırasında önemli taşıyıcı elemanların taşıyıcılığını kaybetmeyecek şekilde boyutlandırılmış ve gerekli önlemleri alınmış olması istenir. Diğer taşıyıcı elemanların ise söndürme çalışmaları sırasında taşıma fonksiyonunu yitirmemesi arzulanır. Yapıda mevcut düşey boşluklar, tesisat asansör boşlukları ve merdiven kovaları özel yangın bölmeleri veya doğal bacalar olarak göz önüne alınır. Bu kısımlarda her zaman yangının üst katlara iletilmesi tehlikesi vardır. Bu kısımların tasarlanılmasında titizlik önemlidir.

2) Yangın Sırasında Binaların Ayakta Kalması

Yeni yapılan araştırmalar yangının bir yükleme durumu olarak göz önüne alınmasını sağlamaktadır. Yangın dayanımının süresi 30 dakikalık sıçramalarla F30, F60, F90, F120 ve F180 olarak sınıflandırılmakta ve bu sınıflara karşı gelen yangın dayanım süreleri sırasıyla 30, 60, 90, 120, 180 dakikadan büyük ve eşit olarak tanımlanmaktadır. Ayrıca kullanılan A ve B harfleri ile yapı malzemelerinin yanma ve tutuşma dereceleri belirtilmekte, sırasıyla yanmayan ve yanan nitelikte olduklarını tanımlamaktadır.

Buna bağlı olarak bu standartlarda yapının taşıyıcı elemanları ve perde duvarlarının, taşıyıcı olmayan dış duvarların, ara bölme duvarlarının, döşemelerin, çatı katlarının, merdiven ve merdiven kovasının çevreleyen duvarların yangın tahliye çıkışlarının sağlaması gereken yangın dayanım süreleri yapının çeşitli katları için yapının yüksekliğine bağlı olarak tanımlanmaktadır.

3) Çelik Yapıların Yangında Davranışı

Çelik yapıda çıkan bir yangın sırasında taşıyıcı yapı kısımları ve elemanları taşıma kapasitelerini yitirmemeli ve belirli bir sınırın üzerinde deformasyon yapmamalıdır.

Çelik yapı elemanının zaman içinde ısınması sonucu oluşabilecek göçmeyi saptayabilmek için elemanın yangına karşı kaplanmış olup olmaması önemli rol oynamaktadır. Bu nedenle ısının yayınımı kaplamalı ve kaplamasız yapı elemanı için ayrı ayrı yürütülmektedir. Kaplama kullanılan çelik yapı elemanlarında sıcaklığın kaplamadan çeliğe iletilmesinde, kullanılan kesitin şekli ve yangına maruz yüzey alanının miktarına karşı gelen profil faktörünün yanı sıra, kaplamanın kalınlığı ve sağladığı izolasyon göz önünde tutulmalıdır.

• Bir yapı yangına göre boyutlandırılırken, yapıyla ilgili çeşitli yangın senaryoları üretilir. Bunların her biri teker teker yangının çıkışından itibaren 10-15 dakikalık zaman dilimleri içinde incelenir ve yapının stabilitesini tümüyle yitirmesi, göçmesi mekanizmasındaki aşamalar ve geçen süreler saptanır.

Sözü edilen her süreçte aşağıdaki hususlar belirlemeye çalışılır;

• Kritik sıcaklık saptanır.• Buna karşı gelen yangın dayanımı süresi hesaplanır.• B değer, standardın tamamladığı süreyle karşılaştırılır.• Her bir çelik elemanda bu sıcaklığa karşı gelen akma

sınırı ve elastisite modülü tespit edilir.• Yeni durumda plastik mafsalların yerleri belirlenir. • Elemanların burkulması incelenir.• Mekanizma (göçme) durumuna ulaşılıp ulaşılmadığı

saptanır.