Yüksek Dayanımlı Bulon Ön Gerilme Hesabı

1. Tanım ve Bulon Sınıfları

1.1 Bulon Dayanım Sınıfları

Bulon dayanım sınıfı, iki basamaklı ISO kod sistemiyle ifade edilir: ilk rakam nominal akma dayanımının ($f_{yb}$), ikinci rakam nominal çekme dayanımının ($f_{ub}$) 1/100'üdür. TS EN ISO 898-1:2013 kapsamında tanımlanan 8.8 ve 10.9 sınıfı bulonlar "yüksek dayanımlı" kategorisinde yer alır ve ön gerilme uygulamasına uygundur.

Tablo 1: Bulon Dayanım Sınıfları

Saha Notu: Türkiye'de piyasada yaygın bulunan yapısal bulon sınıfı 8.8'dir. 10.9 sınıfı bulonlar özel sipariş gerektirebilir; büyük şehir dışı projelerde tedarik süresi 2–4 haftaya çıkabilir. TBDY 2018 kapsamındaki deprem bölgesi projelerinde mutlaka onaylı üreticilerden (TS EN 14399 CE markası) temin edilmelidir.

Dikkat: TS EN ISO 898-1 Madde 4.1 uyarınca 8.8 sınıfı bulonlar için ısıl işlem (quenching and tempering) zorunludur; soğuk şekillendirme ile imal edilmiş 8.8 etiketi taşıyan bulonların mekanik özellikleri bu şartı sağlamayabilir. Her lot için imalatçı test sertifikası (3.1 sertifikası) talep edilmelidir.

1.2 HR ve HV Sistem Ayrımı (EN 14399-3/4)

TS EN 14399 serisi, ön gerilmeli yapısal bulon düzeneklerini iki sistemde tanımlar:

Tablo 2: HR ve HV Sistem Ayrımı (EN 14399-3/4)

Saha Notu: TBDY 2018 Bölüm 9.2'de yüksek süneklik düzeyli CBS sistemlerinde bulon birleşimleri tam önçekmeli olarak tasarlanmalıdır. HR sistemi, kopma mekanizması açısından (gövde plastisite) deprem birleşimleri için daha uygun kabul edilmektedir; HV'nin diş sıyrılma modeli sünek enerji yutma kapasitesini azaltır.

1.3 Bağlantı Tipleri

Tablo 3: Bağlantı Tipleri

2. Ön Gerilme Kuvveti

2.1 Minimum Ön Gerilme Kuvveti

TS EN 1090-2:2018 Madde 8.5 ve TS EN 1993-1-8:2005 Madde 3.9.1(1) uyarınca minimum tasarım ön gerilme kuvveti:

$$F_{p,C} = 0{,}7 \cdot f_{ub} \cdot A_s$$

Tablo 4: Notasyon ve Semboller

Tablo 5: Minimum Ön Gerilme Kuvveti

Hesap Notu: F_p,C değerleri tasarım aşamasındaki minimum değerlerdir. Sahada uygulanan gerçek ön gerilme bu değerin 1{,}05–1{,}10 katı olmalıdır (TS EN 1090-2 Madde 8.5.4); fazla yükleme ise bulon kopmasına yol açabilir.

Dikkat: Galvaniz kaplı bulonlarda kaplama kalınlığı (tipik 45–85 μm) somun diş boşluğunu doldurabilir. TS EN 14399 serisi galvaniz kaplı bulonlarda somun iç çapı büyütülmüş (oversized) olmalıdır; aksi takdirde tork kaplama sürtünmesine iletilir ve gerçek ön gerilme F_p,C'nin altında kalır.

3. Ön Gerilme Uygulama Yöntemleri

3.1 Tork Kontrolü Yöntemi (Torque Control Method)

Uygulanan tork ve ön gerilme arasındaki ilişki:

$$M_A = k \cdot d \cdot F_{p,C}$$

Tablo 6: Notasyon ve Semboller

Örnek: M20-8.8, F_p,C = 110 kN, k = 0{,}18 için:

$$M_A = 0{,}18 \times 0{,}020 \times 110.000 = 396\text{ N\cdot m} \approx 400\text{ N\cdot m}$$

Referans: TS EN 1090-2 Madde 8.5.4; ISO 16047:2005 (tork-kelepçe yükü deneyi)

Saha Notu: ISO 16047:2005 kapsamında tork katsayısı k, her bulon lotu için deneysel olarak belirlenmelidir. Sahada k değişkenliği ±0{,}03 mertebededir; bu durum ön gerilmede ±%15–20 sapma yaratabilir. Türkiye'de özellikle kış döneminde (≤ 5°C) yağlayıcı viskozitesi değişeceğinden k artar ve tork-ön gerilme kalibrasyonu sıcaklık şartlarında tekrar edilmelidir.

Dikkat: Tork anahtarı kalibrasyonu haftalık yapılmalı; TS EN ISO 6789-1:2017 uyarınca kalibrasyon sertifikası şantiyede bulundurulmalıdır. Kalibrasyon dışı tork anahtarıyla uygulanan bağlantı TS EN 1090-2 EXC 3 kapsamında kabul edilemez.

3.2 Kombine Yöntem (Combined Method)

1. Önceden 0{,}75 × F_p,C değerinde tork uygulanır (snug tight — tam temas)
2. Bunu takiben somun belirlenen açı kadar çevrilir (ek dönüş)

Tablo 7: Kombine Yöntem (Combined Method)

Saha Notu: Kombine yöntemde snug tight aşaması genellikle darbeli somun sıkma makinesiyle yapılır. Türk şantiyelerinde bu aşama atlanma eğilimindedir; doğrudan ek dönüş uygulaması hatalıdır ve gerçek ön gerilme değeri kontrol edilemez.

3.3 Doğrudan Gerilme Göstergesi (DTI — Direct Tension Indicator)

Özel çentikli pul üzerindeki çıkıntılar belirlenen ön gerilme seviyesine ulaşıldığında sıkışır. DTI pulunun altında kalan boşluk (gap) 0{,}4 mm'nin altına indiğinde yeterli ön gerilme sağlanmış demektir (TS EN 14399-9).

Referans: TS EN 14399-9:2016

Saha Notu: DTI pulu görsel kontrolü hızlandırır; özellikle erişimi güç üst başlık birleşimlerinde tercih edilir. Türkiye'de henüz yaygın kullanımı sınırlı olup büyük köprü ve endüstriyel proje şantiyelerinde görülmektedir.

3.4 Ön Gerilme Kaybı (Relaxation)

İlk sıkma sonrasında ön gerilmede zaman bağlı kayıp oluşur. Bu kayıp özellikle ilk 72 saat içinde yoğunlaşır:

Tablo 8: Ön Gerilme Kaybı (Relaxation)

Saha Notu: Türkiye'nin İç Anadolu ve Doğu Anadolu bölgelerinde kış mevsiminde gece-gündüz sıcaklık farkı 20–30°C'ye ulaşabilir. Bu termal döngü metal ısıl genleşmesi nedeniyle relaxation'ı artırır. TBDY 2018 deprem bölgelerinde yüksek relaxation riski taşıyan birleşimlerde 72 saat sonra muayene ve gerekirse yeniden sıkma zorunludur.

Dikkat: M36 ve üzeri bulonlarda relaxation %10'u aşarsa bireysel bulon değiştirilmeli; grup sıkma protokolü uygulanmalıdır. Yeniden sıkma öncesi bulon saydamı kontrol edilmeli, diş hasarı tespit edilirse bulon hurdaya çıkarılmalıdır.

4. Sürtünme Tipi Bağlantı Dayanımı

4.1 Kayma Dayanımı

$$F_{s,Rd} = \frac{k_s \cdot n \cdot \mu}{\gamma_{M3}} \cdot F_{p,C}$$

Tablo 9: Notasyon ve Semboller

4.2 Sürtünme Katsayısı μ — Yüzey Sınıfları

Tablo 10: Sürtünme Katsayısı μ — Yüzey Sınıfları

Dikkat: TS EN 1993-1-8:2005 Madde 3.9.1(2) uyarınca Sınıf C galvanizli yüzeylerde μ = 0{,}30 değeri, yüzey testleriyle (EN 1090-2 Ek G) doğrulanmış olmalıdır. Boyama yapılan sürtünme yüzeylerinde Sınıf D (μ = 0{,}20) kullanımı için imalatçı test raporu zorunludur.

Saha Notu: Türkiye kıyı bölgelerinde (İstanbul, İzmir, Mersin) korozyon etkisi nedeniyle galvaniz kaplama (Sınıf C) zorunlu hale gelir; iç bölgelerde (Ankara, Konya) Sınıf A yeterli kabul edilebilir. Sürtünme yüzeyleri birleştirme öncesi temizlenmeli, yağ ve kir Sınıf A yüzeyi B veya C'ye düşürür.

5. Çekme Dayanımı ve Birleşik Yük

5.1 Çekme Dayanımı

$$F_{t,Rd} = \frac{0{,}9 \cdot f_{ub} \cdot A_s}{\gamma_{M2}}$$

$\gamma_{M2} = 1{,}25$ (TS EN 1993-1-8:2005 Tablo 2.1)

5.2 Sürtünme + Çekme Etkileşimi (Kombine)

Ön gerilmeli bulonda eş zamanlı kayma ve çekme etkisi altında:

$$\frac{F_{s,Ed}}{F_{s,Rd}} + \frac{F_{t,Ed}}{1{,}4 \cdot F_{t,Rd}} \leq 1{,}0$$

Referans: TS EN 1993-1-8:2005 Madde 3.9.2

Saha Notu: Moment bağlantılarında (çerçeve köşe ve kiriş-kolon birleşimleri) başlık levhası üst sıra bulonlarında hem çekme hem kayma birlikte oluşur. T-stub etkisi de bu etkileşimi artırır. TBDY 2018 kapsamındaki CBS birleşimlerinde etkileşim kontrol hesabı mutlaka yapılmalı, kullanım oranı ≤ 1{,}0 sağlanmalıdır.

Dikkat: Pry force (levha kaldırma etkisi) başlık levhası esnekliğine bağlıdır. Rijit olmayan levhalarda T-stub hesabı (TS EN 1993-1-8 Madde 6.2) ayrıca yapılmalı; yalnızca doğrudan çekme kontrolü yetersiz kalır.

6. Türkiye'ye Özgü Mevzuat ve Koşullar

6.1 TBDY 2018 Deprem Bölgesi Zorunlulukları

TBDY 2018 Bölüm 9 (Çelik Binalar) kapsamında çelik yapı bulon birleşimleri için temel gereklilikler:

Tablo 11: TBDY 2018 Deprem Bölgesi Zorunlulukları

Saha Notu: Türkiye'nin %96'sı deprem bölgesinde yer almaktadır (AFAD Deprem Haritası 2018). Büyük şehirlerin büyük çoğunluğunda Dd-2 (475 yıl dönüm periyodu) ivme değerleri 0{,}20g'yi aşmakta olup bu bölgelerde yüksek süneklik düzeyli CBS veya KÇS sistemleri yaygındır. Bu sistemlerdeki tüm bulon birleşimlerinde HD bulon zorunludur.

6.2 Yasal Çerçeve

Tablo 12: Yasal Çerçeve

6.3 Birim Fiyat Referansı

ÇŞİB (Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı) 2026 Şubat birim fiyat listesinde çelik yapı montaj işleri ile ilgili pozlar:

Tablo 13: Birim Fiyat Referansı

Güncel birim fiyatlara https://yfk.csb.gov.tr adresinden ulaşılabilir.

7. Montaj Sırası ve Kalite Kontrol

7.1 Sıkma Sırası Protokolü

TS EN 1090-2:2018 Madde 8.5.2 uyarınca sıkma işlemi şu sırayla yapılmalıdır:

1. Tüm bulonlar "snug tight" (tam temas) konumuna getirilir
2. Yıldız (çapraz) düzende sıkma başlar — ortadan kenara doğru
3. İkinci tur: tam tork veya belirlenen dönüş açısı uygulanır
4. Gerekirse üçüncü tur kontrolü yapılır (EXC 3 ve EXC 4 için)

Dikkat: Ardışık (linear) sıkma yapılmamalıdır. Bir bulonu tam sıkmadan komşu bulona geçmek, bitişik bulonların ön gerilmesini düşürür ve homojen olmayan yük dağılımına yol açar (EN 1090-2 Madde 8.5.1).

7.2 Muayene Penceresi ve Protokolü

Tablo 14: Muayene Penceresi ve Protokolü

Saha Notu: TBDY 2018 kapsamındaki CBS ve KÇS sistemleri genellikle EXC 3 sınıfı gerektirir (%10 tork muayenesi zorunlu). Muayene tork değeri referans tork değerinin 1{,}10 katı aşılırsa bulon yeniden sıkılır; 1{,}25 katı aşılırsa değiştirilir (EN 1090-2 Madde 12.5.5).

8. Tasarım Akış Diyagramı

9. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Bulon: M20-8.8
• Bağlantı: tek kesme yüzeyi (n = 1)
• Yüzey sınıfı: A (μ = 0{,}50)
• Kategori: B (SLS'de kayma yasak) → γ_M3 = 1{,}25
• Normal delik: k_s = 1{,}0

İstenen: Tek bulonun kayma dayanımı F_s,Rd (kN)

Çözüm:

Adım 1 — Ön gerilme kuvveti (TS EN 1993-1-8 Madde 3.9.1):

$$F_{p,C} = 0{,}7 \times 800 \times 245 / 1000 = 137{,}2 \approx 137\text{ kN}$$

Adım 2 — Kayma dayanımı:

$$F_{s,Rd} = \frac{k_s \times n \times \mu}{\gamma_{M3}} \times F_{p,C} = \frac{1{,}0 \times 1 \times 0{,}50}{1{,}25} \times 137 = 0{,}40 \times 137 = 54{,}8\text{ kN}$$

Sonuç: M20-8.8, Kategori B, Sınıf A yüzey için $F_{s,Rd} = 54{,}8\text{ kN/bulon}$

Problem 2 — Orta

Veriler:

• Bulon: M24-10.9
• Kategori: B (SLS kayma yasak) → γ_M3 = 1{,}25
• Yüzey sınıfı: A (μ = 0{,}50), n = 1 (tek kayma), k_s = 1{,}0
• Eş zamanlı çekme: F_t,Ed = 60 kN

İstenen: Etkileşim koşulu altında bağlantının tek bulonla taşıyabileceği maksimum tasarım kayma kuvveti F_s,Ed,max

Çözüm:

Adım 1 — F_p,C:

$$F_{p,C} = 0{,}7 \times 1000 \times 353 / 1000 = 247{,}1\text{ kN}$$

Adım 2 — Kayma dayanımı (çeksiz):

$$F_{s,Rd} = \frac{1{,}0 \times 1 \times 0{,}50}{1{,}25} \times 247{,}1 = 98{,}8\text{ kN}$$

Adım 3 — Çekme dayanımı:

$$F_{t,Rd} = \frac{0{,}9 \times 1000 \times 353}{1{,}25 \times 1000} = 254{,}2\text{ kN}$$

Adım 4 — Etkileşim formülünden maksimum kayma:

$$\frac{F_{s,Ed}}{98{,}8} + \frac{60}{1{,}4 \times 254{,}2} \leq 1{,}0$$ $$\frac{F_{s,Ed}}{98{,}8} \leq 1{,}0 - 0{,}169 = 0{,}831$$ $$F_{s,Ed,max} = 0{,}831 \times 98{,}8 = 82{,}1\text{ kN}$$

Sonuç: F_t,Ed = 60 kN çekme etkisi altında izin verilen maksimum kayma = 82{,}1 kN (çeksiz kapasiteden %17 düşük)

Kontrol: 0{,}831 + 0{,}169 = 1{,}000 ≤ 1{,}0

Problem 3 — Zor

Veriler:

• Birleşim tipi: CBS kolon-kiriş eki, deprem bölgesi (TBDY 2018 YS sınıfı)
• Bulon: M24-10.9, HR sistemi (TS EN 14399-3)
• Tasarım kayma kuvveti: F_s,Ed = 320 kN
• Tasarım çekme kuvveti: F_t,Ed = 120 kN
• Sürtünme yüzeyi: n = 2 (çift kayma)
• Yüzey sınıfı: B (kumlama, μ = 0{,}40)
• k_s = 1{,}0 (normal delik)
• Tasarım kategorisi: C (ULS kayma da yasak) → γ_M3 = 1{,}10
• Relaxation kontrolü: ilk 72 saat %7 kayıp varsayımı

İstenen: (a) Gerekli bulon sayısı, (b) Etkileşim kontrolü, (c) Relaxation sonrası minimum bulon ön gerilmesi

Çözüm:

Adım 1 — F_p,C (M24-10.9):

$$F_{p,C} = 0{,}7 \times 1000 \times 353 / 1000 = 247{,}1\text{ kN}$$

Adım 2 — Tek bulonun kayma dayanımı (Kategori C, ULS):

$$F_{s,Rd} = \frac{1{,}0 \times 2 \times 0{,}40}{1{,}10} \times 247{,}1 = 0{,}7273 \times 247{,}1 = 179{,}7\text{ kN/bulon}$$

Adım 3 — Gerekli bulon sayısı (kayma kontrolü):

$$n_{req} = \frac{F_{s,Ed}}{F_{s,Rd}} = \frac{320}{179{,}7} = 1{,}78 \rightarrow n = 2\text{ bulon seç}$$

Toplam dayanım: $2 \times 179{,}7 = 359{,}4\text{ kN} > 320\text{ kN}$ — Kullanım oranı: $320/359{,}4 = 0{,}89$ (%89)

Adım 4 — Çekme dayanımı (tek bulon):

$$F_{t,Rd} = \frac{0{,}9 \times 1000 \times 353}{1{,}25 \times 1000} = 254{,}2\text{ kN}$$

Her bulona düşen çekme: $F_{t,Ed}/\text{bulon} = 120/2 = 60\text{ kN}$

Adım 5 — Etkileşim kontrolü (2 bulon, Kategori C):

$$\frac{160}{179{,}7} + \frac{60}{1{,}4 \times 254{,}2} = 0{,}891 + 0{,}169 = 1{,}060 > 1{,}0 \quad \text{UYGUNSUZ}$$

3 bulona çıkarılır:

$$\frac{320/3}{179{,}7} + \frac{120/3}{1{,}4 \times 254{,}2} = \frac{106{,}7}{179{,}7} + \frac{40}{355{,}9} = 0{,}594 + 0{,}112 = 0{,}706 \leq 1{,}0 \quad \checkmark$$

Adım 6 — Relaxation kontrolü:

$$F_{p,C,min} = F_{p,C} \times (1 - 0{,}07) = 247{,}1 \times 0{,}93 = 229{,}8\text{ kN}$$ $$F_{s,Rd,rev} = \frac{1{,}0 \times 2 \times 0{,}40}{1{,}10} \times 229{,}8 = 167{,}1\text{ kN/bulon}$$ $$3 \times 167{,}1 = 501{,}3\text{ kN} > 320\text{ kN} \quad \checkmark\text{ — Relaxation sonrası hâlâ yeterli}$$

Sonuç: 3 adet M24-10.9 HR bulonu gerekli; relaxation sonrası da güvenli.

Kontrol: Etkileşim = 0{,}706 < 1{,}0; Kayma = 501{,}3 kN > 320 kN

10. Sık Yapılan Hatalar

Tablo 15: Sık Yapılan Hatalar

11. İlgili Makaleler

Tablo 16: İlgili Makaleler

12. Kaynaklar

1. TS EN 1993-1-8:2005 — Çelik yapıların tasarımı — Bölüm 1-8: Düğüm noktalarının tasarımı. TSE, Ankara.
2. TS EN 1090-2:2018+A1:2024 — Çelik yapıların yürütülmesi — Bölüm 2: Çelik yapılar için teknik gereksinimler. TSE, Ankara.
3. TS EN 14399-1:2015 — Ön gerilmeli yapısal bağlantı elemanları — Bölüm 1: Genel gereksinimler. TSE, Ankara.
4. TS EN 14399-3:2016 — Sistem HR — Altıgen baş civata ve somun düzenekleri. TSE, Ankara.
5. TS EN 14399-4:2015 — Sistem HV — Altıgen baş civata ve somun düzenekleri. TSE, Ankara.
6. TS EN 14399-9:2016 — Doğrudan gerilme gösterge düzenekleri. TSE, Ankara.
7. TS EN ISO 898-1:2013 — Karbon ve alaşım çeliğinden imal edilmiş bağlantı elemanlarının mekanik özellikleri — Bölüm 1: Civata ve saplama vidalar. TSE, Ankara.
8. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Bölüm 9: Çelik Binalar. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara.
9. 3194 sayılı İmar Kanunu — Yapı ruhsatı ve teknik şartname uyumu.
10. 4708 sayılı Yapı Denetimi Hakkında Kanun — Malzeme muayenesi ve denetim.
11. 6331 sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu — Şantiye güvenliği ve ekipman kalibrasyonu.
12. ISO 16047:2005 — Fasteners — Torque/clamp force testing. International Organization for Standardization.
13. TS EN ISO 6789-1:2017 — Tork anahtarı kalibrasyon standardı. TSE, Ankara.
14. Kulak, G.L., Fisher, J.W. & Struik, J.H.A. (2001) — Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints. 2nd ed., AISC.
15. ECCS TC10 (2009) — European Recommendations for the Design of Simple Joints in Steel Structures. ECCS Publication No. 126.
16. SIROCO Research Project (2018) — Execution and reliability of slip resistant connections. Uni-Due IML, Duisburg.
17. Vatansever, C. (2022) — TBDY 2018 ile Uyumlu Çelik Yapı Tasarımı, Bölüm 5. İTÜ Ders Notları.

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Kaynak Boyu Hesaplama
• Çelik Kolon Burkulma Hesaplama
• Çelik Kiriş Sehim Hesaplama
• Çelik Profil Ağırlığı Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.