Prefabrik çift kolonlu köprü ayakları, hızlandırılmış köprü yapımında saha işçiliğini ve trafik kesintisini azaltabilen önemli taşıyıcı sistemlerdir; ancak yüksek deprem tehlikesi bulunan bölgelerde prefabrik kolon–temel ve kolon–başlık bağlantılarının dayanım, süneklik ve bütünlük açısından yerinde dökme sistemlere yaklaşması gerekir. Bu çalışma, kolon ile temel arasında bindirmeli donatı, zıvana-soket konumlandırma ve sonradan dökülen ultra yüksek performanslı beton (UHPC) ıslak derzi birleştiren yeni bir bağlantı sistemi önermektedir. Üç adet 1/3 ölçekli çift kolonlu ayak quasi-static çevrimsel yükleme altında karşılaştırılmıştır: yerinde dökme CIP referansı, başlık bağlantısında bellows grouting kullanan RWS-1-BGC ve post-cast UHPC tenon-core bağlantısı kullanan RWS-2-PTC. Prefabrik numunelerin tepe yatay taşıma kapasiteleri sırasıyla 940.50 ve 925.48 kN olup CIP'nin 892.01 kN değerinin üzerindedir. Nihai yük RWS-1-BGC'de 870.74 kN'a ulaşarak CIP'ye göre %14.8 artmıştır. UHPC ile güçlendirilen kolon tabanı, hasarın ve plastik mafsalın doğrudan tabanda yoğunlaşmasını azaltmış ve plastik deformasyon bölgesini yukarı taşımıştır. CIP başlangıçta daha rijit ve daha düşük artık deplasmana sahipken prefabrik ayakların rijitlik kaybı daha yavaş gerçekleşmiştir. RWS-1-BGC aynı deplasmanda CIP'ye yakın tek çevrim enerji tüketimi ve daha büyük nihai deplasman nedeniyle daha yüksek kümülatif enerji tüketimi göstermiştir. ABAQUS Concrete Damage Plasticity modeli deneysel tepe kapasitelerini yaklaşık %0.6–2.5 sapmayla yeniden üretmiş; parametrik analizde UHPC derz yüksekliği ve kolon aralığının etkisi sınırlı, donatı oranının ise en güçlü tasarım değişkenlerinden biri olduğu bulunmuştur. Sonuçlar yalnız incelenen 1/3 ölçekli quasi-static deneyler ve bunlarla doğrulanan sayısal model için geçerlidir; gerçek deprem hareketi, uzun dönem dayanıklılık ve saha ölçeği ayrıca doğrulanmalıdır.

Prefabrik çift kolonlu köprü ayaklarında bağlantı neden kritik?

Prefabrik sistemde kolon, temel ve başlık ayrı parçalar halinde üretildiği için depremde moment, kesme kuvveti ve eksenel yükün bu montaj arayüzlerinden güvenilir biçimde aktarılması gerekir. Bağlantı yetersizse yüksek dayanımlı kolon gövdesi sağlam kalsa bile hasar birleşim bölgesinde yoğunlaşabilir ve tüm sistemin sünekliği sınırlanabilir.

Çalışmanın önerdiği Reinforcement-Tenon UHPC Wet Joint Socket (RWS) sistemi üç temel işleve sahiptir:

• zıvana ve soket montaj sırasında geometrik konumlandırma sağlar,
• kolon ve temel donatıları ıslak derz bölgesinde bindirmeli olarak devam eder,
• yüksek dayanımlı ve çatlak sonrası taşıma kapasitesi yüksek UHPC bu bölgeyi tek parça benzeri davranışa yaklaştırır.

Üç numune nasıl oluşturuldu?

Kaynak metinde RWS-1 ve RWS-2'nin temel zıvanasının hangi tarafta bulunduğuna ilişkin açıklamalar bölümler arasında tam tutarlı değildir. RWS-2-PTC'nin montajını gösteren Figure 2, kolon tabanında önceden oluşturulmuş zıvananın temeldeki sokete yerleştirildiğini gösterirken giriş ve sonuç bölümlerindeki bazı cümleler iki konfigürasyonu ters adlandırmaktadır. Bu nedenle bağlantılar burada güvenli biçimde BGC ve PTC üst bağlantı tipleriyle ayrılmıştır.

Malzeme dayanımları ne düzeyde?

Prefabrik ayakların UHPC ıslak derz bölgesi 500 mm genişlik ve 450 mm yükseklikte tasarlanmış ve bu bölgede %1.93 donatı oranı kullanılmıştır.

Quasi-static deprem benzetimi nasıl uygulandı?

İki hidrolik kriko düşey eksenel yükü uygularken yatay hidrolik aktüatör başlık seviyesinden çift yönlü çevrimsel deplasman vermiştir. Kaynak toplam düşey yükü 773.55 kN ve eksenel basınç oranını 0.2 olarak bildirmektedir.

Yatay deplasman seviyeleri 2 mm'den başlayarak 81 mm'ye, yani yaklaşık %4 drift seviyesine kadar yükseltilmiş; her seviye üç çevrim tekrarlanmıştır. Test, taşıma kapasitesi tepe değerin %85'inin altına indiğinde veya donatı kırıldığında sona erdirilmiştir.

UHPC bağlantı hasarı nasıl değiştirdi?

CIP numunesinde yatay ve eğik çatlaklar daha erken başlamış; ilerleyen deplasmanlarda kolon tabanındaki beton örtüde ciddi ezilme ve dökülme meydana gelmiştir. Prefabrik numunelerde UHPC'li büyütülmüş taban başlangıç çatlamasını geciktirmiş ve taban hasarını azaltmıştır.

Bu güçlendirme, plastik mafsalın tamamen ortadan kalkmasından çok, kritik deformasyonun UHPC'den daha yukarıdaki normal beton bölgelerine kaymasına neden olmuştur. Böylece bağlantı bölgesindeki hasar kontrol edilirken kolon gövdesi deprem enerjisinin daha büyük kısmını deformasyon yoluyla karşılayabilmektedir.

CIP neden başlangıçta daha rijit?

Monolitik CIP sisteminde kolon üst deplasmanı esas olarak kolon eğilmesinden oluşur. Prefabrik sistemlerde ise kolon eğilmesine ek olarak montaj birleşimlerinde küçük dönmeler meydana gelir. Bu nedenle başlangıç rijitliği CIP'de daha yüksektir.

Bununla birlikte çevrim sayısı ve deplasman büyüdükçe CIP rijitliği prefabrik ayaklardan daha hızlı azalmıştır.

Yöntem ve Bulgular

Yük–deplasman kapasitesi

RWS-1-BGC ve RWS-2-PTC'nin tepe kapasiteleri CIP'den sırasıyla %5.4 ve %3.8 yüksektir. Nihai kapasitedeki artışlar ise %14.8 ve %4.3'tür.

Enerji tüketimi

Histerezis eğrisinin çevrelediği alan tek çevrimde tüketilen enerjiyi temsil eder. Aynı deplasmanda RWS-1-BGC'nin tek çevrim enerji tüketimi CIP'ye yakın, RWS-2-PTC'den ise genel olarak daha yüksektir.

RWS-1-BGC daha büyük nihai deplasmana kadar yük taşıdığı için toplam çevrim sayısı ve dolayısıyla kümülatif enerji tüketimi CIP'den daha yüksek olmuştur. RWS-2-PTC'nin büyük deplasmanlardaki başlık hasarı ise geç aşama enerji tüketimini sınırlamıştır.

Eşdeğer viskoz sönüm

Üç numunede de başlangıç eşdeğer viskoz sönüm oranı yaklaşık 0.05 civarındadır ve hasar ilerledikçe artar. CIP başlangıçta daha bütünleşik bir yapı olduğundan ilk yükleme aşamalarında daha yüksek sönüm gösterir. Prefabrik numuneler büyük deplasmanlarda hasar geliştirdikçe sönüm oranları CIP seviyesine yaklaşmaktadır.

Artık deplasman

CIP, prefabrik ayaklara göre daha küçük artık deplasman göstermiştir. Kaynak bunu monolitik yapısal bütünlükle ilişkilendirmektedir. Büyük deplasmanlarda PTC bağlantısının BGC'ye göre geri merkezlenme davranışını iyileştirdiği belirtilmektedir.

Eğrilik

Kolon tabanı ve üst plastik mafsal bölgelerinde ölçülen eğrilikler yük genliği arttıkça yükselmiştir. Prefabrik numunelerin eğrilikleri çoğu yükleme seviyesinde CIP'den daha düşük kalmış; UHPC büyütülmüş taban ve UHPC üst bağlantı yerel eğilme talebini azaltmıştır.

FEA modeli

ABAQUS modelinde C40 ve UHPC için Concrete Damage Plasticity yaklaşımı kullanılmıştır. Beton ve UHPC C3D8R elemanlarla, donatı T3D2 elemanlarla modellenmiş; donatı beton içine embedded-region constraint ile gömülmüştür.

Temas arayüzlerinde normal yönde hard contact, teğetsel yönde penalty friction ve 0.35 sürtünme katsayısı uygulanmıştır. Bazı sonradan dökülmüş UHPC–C40 bağlantıları Tie constraint ile temsil edilmiştir.

Table 6'nın basılı RWS-2 satırında hata işareti pozitif görünse de kaynak tanımı ve sayılar FEA'nın deneyden düşük olduğunu gösterdiği için çevreleyen metindeki −1.96% değeriyle uyumludur.

FEA prefabrik numunelerin ilk rijitliğini fazla tahmin etmiş ve deneysel döngülerden daha simetrik/dolgun histerezis üretmiştir. Kaynak bunun montaj toleransları, ek derz esnekliği ve donatı–beton bond-slip davranışının modele dahil edilmemesiyle ilişkili olduğunu belirtmektedir.

Parametrik tasarım analizi

Donatı oranının %1.28'den %1.93'e çıkması akma yükünü %9.6 ve tepe yükünü %18.6 artırmıştır. Kaynak, yetersiz donatının erken göçmeye; aşırı donatının ise plastik deformasyon kapasitesinin azalmasına yol açabileceğine dikkat çekmektedir.

350–550 mm arasındaki UHPC derz yüksekliğinin genel sismik performans üzerindeki etkisi sınırlı bulunduğundan yazarlar RWS-1-BGC için 350 mm'nin yeterli olabileceğini önermektedir. Bu değer fiziksel üç numune arasında doğrudan test edilmemiş, doğrulanmış FEA modelinden elde edilmiştir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• UHPC ıslak derzli prefabrik çift kolonlu ayaklar incelenen quasi-static koşullarda CIP'ye eşdeğer veya daha yüksek yatay taşıma kapasitesi sağlamıştır.
• UHPC taban bölgesi başlangıç çatlamasını ve temel bölgesi hasarını geciktirmiştir.
• Plastik mafsal ve hasar talebi güçlendirilmiş tabandan yukarı taşınmıştır.
• RWS-1-BGC CIP'ye yakın tek çevrim enerji tüketimi ve daha yüksek kümülatif enerji tüketimi göstermiştir.
• Prefabrik ayakların başlangıç rijitliği CIP'den daha düşük, ancak rijitlik kaybı daha yavaştır.
• UHPC bağlantılar eğrilik talebini azaltmıştır.
• CDP tabanlı ABAQUS modeli tepe yüklerini küçük hata düzeyleriyle yeniden üretmiştir.
• İncelenen parametreler içinde donatı oranı yük kapasitesi ve enerji tüketimi üzerinde en belirgin etkiye sahiptir.

Çalışmanın desteklemediği genellemeler

• Çalışma gerçek deprem kaydıyla shake-table testi değildir.
• Her bağlantı tipi için yalnız bir fiziksel numune bulunduğundan istatistiksel tekrarlanabilirlik doğrulanmamıştır.
• 1/3 ölçekli numune sonuçları doğrudan tam ölçek köprü performansı olarak kabul edilmemelidir.
• Uzun dönem korozyon, çevresel dayanıklılık ve tekrarlı gerçek deprem dizileri incelenmemiştir.
• 350 mm UHPC derz yüksekliği doğrudan laboratuvar deneyinde doğrulanmamıştır.
• Kaynakta belirtilen hızlı montaj avantajı için ayrı bir zaman-maliyet saha deneyi yapılmamıştır.
• PTC bağlantısının residual displacement avantajı gerçek prestresli self-centering köprü sistemi performansı anlamına gelmez.
• FEA bond-slip'i açık biçimde modellemediğinden yerel birleşim deformasyonlarının tamamını yakalamaz.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün çalışma:Seismic Performance Research of Precast Double-Column Piers with Reinforcement-Tenon UHPC Wet Joint Socket Connection.

PDF'deki yazarlar: Jundong Fu, Hongmei Ren, Qi Li, Dianchao Wang, Shui Wan ve Zheng Lu.

Kurumlar: Department of Disaster Mitigation for Structures ve State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University; Shanghai Urban Construction Vocational College; Department of Bridge Engineering, Tongji University; University of Tokyo; Southeast University.

PDF iletişim yazarı: Zheng Lu.

DOI: 10.2139/ssrn.7199959.

SSRN kimliği: 7199959.

Yayın statüsü: SSRN'de 31 Temmuz 2026 tarihinde yayımlanmış 36 sayfalık ön baskı/working paper kaydı. Aynı başlıkla ayrı bir hakemli sürüm bu değerlendirme tarihinde doğrulanmamıştır.

Bibliyografik metadata notu: SSRN web kaydı Jundong Fu'yu yazar listesinden düşürüp Zheng Lu'yu iki kez göstermektedir. PDF ayrıca byline'da bulunmayan Yuyan Xie için bir e-posta satırı içerir. Verianla bilimsel kimliği hazırlanırken kaynak PDF byline'ı esas alınmıştır.

Deney: Bir CIP ve iki prefabrik olmak üzere üç adet 1/3 ölçekli çift kolonlu köprü ayağı; sabit eksenel yük ve drift-controlled quasi-static cyclic lateral loading.

Malzeme: C40 beton, UHPC ve HRB400 donatı. Ölçülen 28 günlük basınç dayanımları C40 için 41.6 MPa ve UHPC için 129.4 MPa'dır.

Sayısal model: ABAQUS; C3D8R beton/UHPC, T3D2 donatı, Concrete Damage Plasticity, surface-to-surface contact, hard contact, friction coefficient 0.35, embedded-region ve Tie constraint.

Modelleme sınırı: Donatı–beton bond-slip davranışı ayrı bir arayüz modeliyle temsil edilmemiştir ve bu durum özellikle yield displacement ve başlangıç rijitliği farklarında kaynak tarafından önemli açıklama olarak gösterilmektedir.

Kaynak içi bağlantı notu: RWS-1/RWS-2 temel zıvana-soket yönü, giriş/sonuç metni ile §2.1 ve RWS-2 montaj Figure 2 arasında tutarlı değildir. Bu farklılık Verianla tarafından sessizce uzlaştırılmamıştır.

Kaynak içi Table 6 notu: RWS-2-PTC peak-load FEA değeri deneyden düşük olduğu halde tablodaki hata işareti pozitif basılmış görünmektedir; çevreleyen metin −1.96% verir. Aynı tabloda peak-load sütununun kN/mm etiketi de değerlerin fiziksel anlamı ve Table 4 ile uyumlu değildir; yük değerleri kN'dir.

Finansman: Shanghai Magnolia Talent Program Pujiang Project (25PJD127) ve National Natural Science Foundation of China (No. 52578374).

İlişkili çalışmalar: Aynı araştırma ekibinin 2026 tarihli Experimental and numerical study of prefabricated bridge columns with UHPC-core socket connection ve Seismic performance of key-connection UHPC precast segmental hollow bridge columns çalışmaları aynı UHPC–prefabrik köprü ayağı araştırma hattının yakın yöntemsel öncülleridir; mevcut çalışma çift kolonlu RWS/BGC/PTC sistemi nedeniyle ayrı bir deneysel kayıttır.

Veri erişilebilirliği ve çıkar çatışması: Yüklenen PDF'de ayrı ve açık Data Availability veya Conflict of Interest beyan bölümü görülmemektedir; Verianla tarafından ek beyan üretilmemiştir.

Telif: SSRN kaydı üzerinden erişilen ön baskının figürleri birebir çoğaltılmamalıdır. Figure 1–18'deki bağlantı, hasar, histerezis ve parametrik ilişkiler Verianla için özgün teknik şemalarla yeniden çizilmelidir.