Manşon Nedir? İnşaat Demiri-Donatı Manşon Çeşitleri

Manşon, boru tesisatlarında boruların birbirine birleştirilmesi için kullanılan dişli mekanik bağlantı elemanıdır.  Yaygın olarak tesisatlarda kullanılan bu malzeme günümüzde inşaat sektöründe donatı elemanlarında kullanılmaya başlanmıştır.

Donatılar, manşon adı verilen mekanik bağlantı elemanı ile birbirine doğrudan bağlanır. Manşon ve donatının uyumluluğu için dişli birleşim olması gerekir. Diş açma işlemi hidrolik pres makinaları aracılığı ile gerçekleşir.

Mekanik Birleşimin – Manşonun Avantajları

Manşonlu birleşimlerin avantajları şu şekildedir;

• Bindirme donatıların aksine, mekanik birleşim aracı olan manşon kullanımında yapıda oluşan yük transferi betondan bağımsız olarak direkt donatılar arasında meydana gelir. Donatıdan mekanik olarak daha fazla mukavemete sahip olduğu için yapısal süreklilik sağlar.
• Donatı manşonları, montajı daha hızlı ve kolay olduğundan işçilik ve zaman açısından ergonomiktir.
• Manşon, iş programına olumlu derecede katkı sağlar, kalite kontrol maliyetini düşürdüğünden ekonomiktir.
• Manşonlar, çevrimsel yüklemeler altında güvenli ve avantajlıdırlar. Böylece yapının sismik performansının artmasına sebep olur.
• Manşon kullanımı donatı sıklığını azalttığı için betonun yerleştirilmesi daha rahat olur.
• Küçük betonarme kesitlerde daha sağlam tasarımlar ortaya çıkarır. Kesitlerin azaltılması alanların daha verimli kullanılmasını sağlar. Mimari tasarım açısından da son derece ekonomik ve yararlıdır.

Manşonlu Bağlantıların Yapıda Kullandığı Alanlar;

Manşonlu bağlantılar yapılarda aşağıdaki alanlarda kullanılırlar;

1. Donatıların Sürekliliği ve Bindirme Boyu Yerine,
2. Temelde Kanca Yerine,
3. Donatı Yoğunluğunun Fazla Olduğu Yapı Elemanlarında,
4. Çelik Yapı Elamanı-Betonarme Yapı Elemanı Birleşimlerinde
5. Kolon-Kiriş Yapı Elemanlarında Pilyeli Donatılar Yerine,
6. Prefabrik Yapı Elemanlarında,
7. Takviye ve Onarımlarda,
8. Ankraj Uygulamaları Yerine kullanılır.

Manşonların statik koşullardaki mukavemet gereksinimi için genel gereklilik, manşonların mukavemetinin birbirine eklenecek donatılarda daha büyük olmasıdır. Çoğu betonarme tasarım hesaplarında, manşonun mukavemet ihtiyacını bulmak için, dayanım fazlalığı katsayısı adı verilen bir katsayı ile birleştirilecek donatıların akma dayanımı çarpılır. Bunun arkasında yatan mantık ise, yükleme altında, birleştirilen donatı demirleri akmalıdır ve manşonun nihai göçmesinden önce göçmelidir böylelikle manşonların rijit göçmesinden kaçınılmış olunur.
Birbirine eklenen donatılar ile mekanik manşon arasındaki kayma nedeniyle oluşabilecek olası bir beton çatlamasından dolayı kullanılabilirlik sınır durumu meydana gelmiştir. Kalıcı ve artık deformasyonlara sebep olan bu kaymanın mekanik manşon ile donatılar arasında bir kalite kontrol sorunu olduğu anlaşılmaktadır. Ayrıca mekanik bağlantıların düşük gerilmelerde daha rijit olma eğiliminde olduğu anlaşılmaktadır. Bunun nedeni donatı ile manşonun birbirine kenetlenmiş sistemi içinde yatak gerilmesine bağlı plastik deformasyonudur.
Elastik stres aralığında çok sayıda çevrimsel yükleme altında manşonun yorulma davranışı gözlemlenmelidir.

Manşon Türleri

Manşon çeşitleri üretici firmalara göre değişiklik gösterebilmektedir. ACI (American Concrete Institute) Commitee 439, donatılar arası mekanik bağlantı elemanları yerel üretici firmalara göre incelemişlerdir.

Solid Manşonlar (Solid-Type Steel Coupling Sleeves)

Flanşlı silindirik manşon cıvatalarla yatay kelepçeleme şeklinde kurulur. Kurulum aşamasında sadece İngiliz anahtarı yeterlidir. Uzunluğu 8 inç (203mm) ile 12 inç (305 mm) arasında değişir. Farklı çaplardaki donatıları birleştirmek için kullanılırlar. Manşonun flanş kısmı donatılar arası temiz açıklığın sağlanması ve beton örtüsünün devamlılığı için donatının arkasına yerleştirilmelidir.

Kemerli Manşonlar (Strap Type Coupling Sleeve)

Yarı silindirik flanşların kemer şeklinde donatıyı sarması şeklinde kullanılan manşonlardır. L biçimdeki bağlantılar manşonun yarıklarından ve flanşa cıvatalanır. Manşon boyutları 18 numara (60mm) donatılar için 12 inç (305mm)’ye kadar değişir. Aynı çaptaki donatıların yanı sıra farklı çaptaki donatılar için özel adaptörler ile kullanılabilirler. Kurulum ve flanşların yerleşimi cıvatalı çelik manşonların yerleşimi ile benzerdir. Donatı uçları uygulamadan önce kesilmelidir.

Kamalı Manşonlar (Wedge-Locking Coupling Sleeve)

Kurulum esnasında manşon alt donatının üzerine yerleştirilir ve sabitlemek için alt mandal anahtar ile sıkılır. Kama manşon flanşlarının üzerine kaydırılır sonrasında üs donatı oturtturulur. Manşonun ortalanması ile çubukların oturması ile kurulum kontrol edilir. Manşon uzunlukları 5,5 inç (140 mm) ve 12 inç (305 mm) arasında değişir. Donatılar arası mesafe en az 3 inç (76 mm) olmalıdır.

Soğuk Pres Manşonlar (Cold-Swaged Steel Coupling Sleeve)

Bu manşonlar 3 numara (8 mm) ile 18 (57,33 mm) numaralı donatılar arasında kullanılabilen geniş bir skalaya sahiptir. Hidrolik pres (9-105 kg arasında değişir) makinası aracılığı ile manşon yerleştirilir. Donatılar herhangi bir yönden bağlanabilir, presin özel olarak donatıda konumlanması gerekli değildir.

Soğuk Pres Dişli Manşonlar (Cold-Swaged Steel Coupling Sleeve with Threaded Ends)

Manşonlar pres makinası aracılığı ile donatıya bağlanır. Bağlama işlemi yerinde ve fabrikasyon olarak yapılabilir. Manşona açılan dişler sayesinde donatı kesit alanı azalmaz. Birbirine bağlanan donatıların ikisi birden döndürülerek birleştirilebilir. Bu tip manşonlar genellikle donatıları kalıba yerleştirmeden önce uygulanırlar.Şekil

Grout Manşonlar (Grout-Filled Coupling Sleeves)

Bu manşon alçak basınçlı enjeksiyon pompası aracılığı ile dayanımı yüksek bir harç ilavesi ile uygulanır. Donatı uçlarına herhangi bir işlem yapılmasına gerek yoktur. Bu manşon türü epoksi kaplı donatılar için kullanılır. S420 sınıfı donatıların akma dayanımının en az %125’ini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Farklı çaptaki donatı bağlamak için de kullanılabilir. Manşon ilk donatının üzerine yerleştirildikten sonra grout harcı ile doldurulur ve ikinci donatı bağlanır. Prefabrik elemanlarda kullanılabilirler.

Nervürlü Donatı Manşonları (Coupler for Threaded-Deformed Reinforcing Bars)

Bu manşonlar 6 numara (19,05 mm) ile 18 numara (57,33 mm) çaptaki donatılar için kullanılabilir. İki donatının da döndürülerek bağlandığı ve döndürülmeyerek bağlandığı şekilde 2 adet uygulama türü mevcuttur. Donatıların dönmediği uygulamalarda manşon donatıların ucuna takılır ve sıkıştırma somunu tork anahtarı ile sıkılır. Uygulamada en yaygın kullanılan manşondur.

Konik Uçlu Manşonlar (Taper-Threaded Steel Coupler)

Uygulamalarda en sık kullanılan manşon çeşididir. Donatılarda açılan dişler sayesinde birleşim sağlanır. Manşonun donatı dişleri ile eşleşmesi gerekmektedir. Manşonun, çapı daha küçük olan donatıya yerleştirilmesi durumunda, çapı daha büyük olan donatıyı bağlarken kuvvetin daha küçük donatı boyunca iletilmemesine dikkat edilmelidir. Başka bir deyişle bağlantının çekme gerilmesi değeri, daha küçük çaplı donatının çekmeden dolayı oluşacak göçme değerini karşılayacak mukavemette olmalıdır.

Kamalı Manşon (Steel Coupling Sleeve With Wedge)

Aynı çaptaki donatıları bağlamak için kullanılır. Donatılar manşona yerleştirildikten sonra kama şeklinde pimler manşonun arka yüzeyinden geçirilir.

TS 500 Yönetmeliğinde Mekanik Birleşimler-Manşonlar

Ülkemizde kullanılan TS500 yönetmeliğinde mekanik kenetlenme için donatıların ucuna kaynaklanan veya vidalanan plakalarla da sağlanabilir ifadesi yer alır. Mekanik kenetlenme manşon adı verilen genellikle tesisat alanında kullanılan bağlantı elemanları ile de sağlanabilir. Fakat kullanılacak manşonun yeterliliğinin deneylerle kanıtlanması gereklidir. Özel izinlerle kullanılabilen bu kenetlenme yönteminin uygulanması için proje donatı hesap kuvveti, kırılma yükünün %70’ini geçmemelidir.

Donatıların birbirine eklenirken manşonlu eklerin, hem çekme hem de basınç altında, manşonla bağlanan donatı çubuğu için standartlarda öngörülen minimum karakteristik akma dayanımının 1,25 katı dayanıma sahip olduğu deneylerle kanıtlanmalıdır.

ACI (American Concrete Institute) 318-08 Yönetmeliğinde Mekanik Birleşimler-Manşonlar

Burada kenetlenme kavramı, donatıdaki kuvvetin, mekanik bağlantı elemanının taşıma gücü ve donatının tutunması aracılığı ile betona aktarılması olarak tanımlanmıştır. Kenetlenme boyu ise mekanik bağlantı elemanının dış yüzeyi ile kritik taşıma kesiti arasındaki mesafedir. Mekanik bağlantılı birleşimlerde, kancalı birleşimlere oranla kenetlenme boyu daha kısadır.

Amerikan yönetmeliği ACI 318’e göre manşonların dayanımı kullanılan donatının akma dayanımının minimum 1,25 katı olmalıdır. Manşonlar uygulanan fiziksel kuvvete göre 2’ye ayrılır. Tip1 manşonlar, sismik yükleme altında inelastik deformasyonlar olmadığında kullanılır. Tip2 manşonlar, sismik manşonlar olarak nitelendirilmiştir ve sismik yüklemeler altında inelastik deformasyonlar göz önüne alındığında kullanılırlar.

TBDY (Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği) 2019’da Mekanik Birleşimler

Ülkemizde kullanılan bu yönetmelikte mekanik birleşimler Bölüm 8 Ek 8-A’da verilmiştir. Donatı ekleme araçlarında kesme kontrolü yapılmalıdır. Donatı ile mekanik bağlantıların dayanım ve sünekliklerinin uyumluluğu gösterilmelidir. Farklı tipteki mekanik bağlantı elemanı için, toplam eleman adedinin %2’si kadar numune test edilecektir (numune sayısı 5 adetten az olamaz). Mekanik bağlantı elemanı manşon ile bağlanmış donatıdan oluşan numuneye çekme, basınç, yorulma, sıyrılma ve çevrimsel yükleme testleri uygulanmalıdır. Manşon dayanımı, donatı akma dayanımından büyük ya da eşit ise, çevrimsel yükleme testlerinin uygulanmasına gerek yoktur. Beklenen davranış şekli testler sonucunda kopmanın manşondan gözlenmesi durumunda deney başarısız, donatıdan kopması gözlemlenmesi durumunda deney başarılı sayılacaktır. Çekme deneyinde; manşonlu numune, donatı karakteristik kopma dayanımının %100’üne, karakteristik akma dayanımının %135’ine ve belirlenen donatı akma dayanımının %120’sine ulaşmalıdır. Basınç deneyinde; manşonlu numune, donatı karakteristik akma dayanımının %125’ine ulaşmalıdır.

Çevrimsel yükleme testlerinde ise şu şartlar kontrol edilir

Adım Çekme Basınç Çevrim Sayısı

1 –0,95fyk–0,5 fyk–20

2–2ɛy–0,5 fyk–4

3–5ɛy–0,5–fyk–4

4–Kopmaya kadar çekme uygulanacak

Burada fyk donatının karakteristik akma dayanımı, ɛy gerçek akma gerilmesine karşı gelen akma birim uzamasıdır.

İlgili Tanımlamalar

• Manşon Uzunluğu: Bir veya birden fazla, emniyet somunları da dahil olmak üzere tüm yük transfer parçalarını içeren manşonun gerçek uzunluğu
• Mekanik Birleşim Uzunluğu: Manşon uzunluğu ile manşonun her iki ucundaki nominal çubuk çapının iki katının uzunluğunu toplamı olan uzunluk
• Mekanik Birleşim: İki donatı demirinin birleşimini veya araya ilave edilen herhangi bir malzemenin birleşimini sağlayan manşon bağlantısının bütününü içeren tanım
• Donatı Manşonu: Betonarme donatıları arasında eksenel basınç ya da çekme kuvvetini iletmek amacı ile betonarme demirlerin arasına yerleştirilen mekanik birleşim elemanları
  • – Bağlantı manşonları, iki donatının uçlarına yerleştirilen mekanik bir bağlantıdır.
  • – Dişli manşonlar, donatı uçlarına açılan dişler aracılığı ile donatıyı birleştiren bağlantılardır.
• Sıyrılma: Tanımlanan bir yükleme altında mekanik birleşimin kalıcı uzamasıdır.
• Sıyrılma Ölçüm Aletleri: Çekme deneyleri için kullanılan ekstensometre ve mekanik birleşimi sabitlemek için oluşturulan düzeneklerin bütünü
• Kalite Testi: Ürünün özelliklerinin istenilen gereksinimlere uygunluğunun ölçüldüğü testler

Kaynak; BETONARME DONATILARDA MEKANİK BAĞLANTI ELEMANI MANŞONLARIN YÖNETMELİKLERDE İNCELENMESİ -DAMLA BERFİN ÇIKMAZ CEYLAN
TS500 (2000). Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
Eurocode-2 (2004). EN 1992-1-1: 2004 (E) Design of Concrete Structures – Part 1- 1: General Rules and Rules for Buildings.
ACI 318-11. (2011). Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI, Farmington Hills