nfl. Y. Müh. Dr. Halet Alm la Büyüktaflk n ( TÜ Mimarl k Fakültesi, Mimarl k Bölümü, Yap Bilgisi Ana Bilim Dal )

Transkript

1 CIDECT

2

3 TASARIM EL K TABI

4 KAPALI KES TL ÇEL K PROF LLERLE KONSTRÜKS YON Haz rlayan: Comité International pour le Développement et I Etude de la Construction Tubulaire Yazarlar: Çeviren: Jaap Wardenier, Delft University of Technology Dipak Dutta, Technical Commission of CIDECT Noel Yeomans, Chairman CIDECT Joint and Fatigue Working Group Jeffrey A. Packer, University of Toronto Ömer Bucak, University of Munich K. Sakae, Nippon Steel Metal Products nfl. Y. Müh. Dr. Halet Alm la Büyüktaflk n ( TÜ Mimarl k Fakültesi, Mimarl k Bölümü, Yap Bilgisi Ana Bilim Dal )

5 STAT K YÜK ALTINDAK BORU PROF L B RLEfi MLER N N TASARIM EL K TABI Çeviren: nfl. Y. Müh. Dr. Halet Alm la Büyüktaflk n ( TÜ Mimarl k Fakültesi, Mimarl k Bölümü, Yap Bilgisi Ana Bilim Dal )

6 ISBN Borusan Boru 2002 Bask : Lebib Yalk n Matbaas

7 Önsöz Ülkemizde üst üste yaflanan deprem felaketleri, depreme dayan kl yap lar n önemini çok net bir flekilde gözler önüne serdi. Depreme dayan kl yap lar n bafl nda betonarmeye alternatif olan çelik yap lar yer almaktad r. Avrupa ve Amerika da çelik yap profili kullan m çok yayg nken, Türkiye de inflaatlarda halen a rl kl olarak betonarme kullan lmaktad r. Borusan Boru olarak Türkiye de ilk defa 1999 y l nda Borusan Pro markas yla konutlara yönelik güçlendirilmifl çelik yap profilleri üretimine bafllad k. Bu konuda, çeflitli üniversite, dernek ve kurulufllarla çelik konstrüksiyonun yayg nlaflmas na ve e itimine destek vermekteyiz. Amac m z, sa lam konut yap lanmas na betonarme d fl nda farkl bir çözüm sunarak, bir deprem ülkesi konumunda olan Türkiye nin do ru yap lanmas na katk da bulunmaktad r. Uluslararas Borusal Yap lar Araflt rma ve Gelifltirme Komitesi, CIDECT in sekiz kitaptan oluflan dizisinin bu üçüncü kitab nda çelik yap larda kullan lan, a rl kl olarak statik yük alt ndaki boru profil mafsallar n tasar m ve hesab na de iniliyor. Bu tasar m k lavuzlar n n haz rlanmas ndaki amaç, mimarlara, yap mühendislerine ve konstrüktörlere boru ve kutu profil kullanarak teknik aç dan güvenli ve ekonomik bir çelik yap oluflturmalar na olanak sa layacak basitlefltirilmifl tasar m yöntemlerini örneklerle iletmektir. Di er kitaplarda oldu u gibi bu kitab n Türkçe ye çevrilmesinde bize yard mc olan Say n nfl. Y. Müh. Dr. Halet Alm la Büyüktaflk n a teflekkür eder, bu eserin tüm mimar, mühendis ve konstrüktörlere yararl olmas n dileriz. Sayg lar m zla, Borusan Birleflik Boru Fabrikalar A.fi. 5

8 6

9 çindekiler 1 Genel 9 2 Boru Profil Konstrüksiyonlar n Tasar m Girifl Tasar m Prosedürü 11 3 Boru Profil Konstrüksiyonlar n malat 13 4 Statik Yük Alt ndaki Birleflimlerin Tasar m Girifl Tek Düzlem Kafes Kirifl Birleflimleri Çoklu Düzlemli Konstrüksiyon Birleflimleri Moment Birleflimleri Eksenel Yük ve E ilme Momenti Etkileflimi Düzlem Birleflimlerin Özel Tipleri Di er Birleflimler Levhal Birleflimler A z düzlefltirilmifl ve Al flt r lm fl Tüp Birleflimler 40 5 Bulonlu Birleflimler Say sal Örnekler a) Düzlem Kafes Kirifller b) Kemer Kafes c) Vierendeel Kirifli Çok Düzlemli Kafes (Üçgen Kirifl) Yar Ezik Uçlu Kafes Sistem Birleflimleri Kafes Elemanlar n Etkili Burkulma Boyu Bulonlu Birleflimler Semboller Referanslar 64 7

10 8

11 1 Genel Do adaki birçok örnek bize boru profillerin bas nç, çekme, e ilme ve burulma tesirleri alt nda üstün davran fl özelliklerine sahip oldu unu göstermektedir. Bunlara ek olarak boru profillerin rüzgar, su ve dalga yüklerine karfl koyan en iyi kesit tipi oldu u da kan tlanm flt r. Boru profiller, bütün bu özelliklerini mimari çekicilikleriyle de birlefltirirler. Genel olarak, kutu ve boru profillerle yap lan konstrüksiyonlar, aç k enkesitlilere k yasla daha az yüzey alan na ve daha az köfleye sahip olduklar ndan korozyona karfl daha dayan kl d rlar. Bütün bu üstün özellikler göz önünde bulunduruldu unda, boru profillerle teflkil edilecek konstrüksiyonlarda guse ve berkitme levhalar ndan mümkün oldu unca ar nd r lm fl olmas beklenmektedir. Bu noktada birleflimlerin önemi ortaya ç kmaktad r. Bu durumda birleflimin tafl ma gücü do rudan birleflime giren elemanlar n enkesit özelliklerine ba l oldu undan, eleman enkesitleri tasar mc taraf ndan daha ön tasar m aflamas nda belirlenirken birleflimin de dikkate al nmas gerekmektedir. Günümüzde boru profillerin birim fiyat n n aç k enkesitli profillere göre daha pahal olma dezavantajlar, daha hafif konstrüksiyonlar oluflturulabilmesi, daha az yüzey sonucu daha az boya maliyeti olmas, guse ve berkitme kullan lmamas dolay s yla birleflimlerde az iflçilik gibi avantajlar yla dengelenmektedir. Kutu profillerle yap lm fl birçok mevcut örnek ekonomiklik aç s ndan aç k profillerle rekabet edebilir durumdad r. CIDECT, son 20 y lda boru profiller alan nda birçok araflt rma bafllatm flt r: Stabilite, yang na karfl koruma, rüzgar yüklemesi, kompozit elemanlar, birleflimin statik ve yorulma yükleri alt ndaki davran fllar, bu alanlardan baz lar d r. Bu araflt rmalar n sonuçlar birçok ulusal ve uluslararas flartnameye kaynak teflkil etmifl olup, CIDECT monografileri ad alt nda da yay nlanm flt r. Bafllang çta bu araflt rma programlar n n ço u, deneysel ve analitik araflt rmalar n bir kombinasyonu fleklindeydi. Bugün birçok problem, bilgisayarlar yard m yla nümerik esaslara dayanarak çözülmekte, birleflimlerin davran fl daha rahat anlafl labilmektedir. Tasar mc n n, birleflimlerin davran fl esaslar n n bilincinde olmas ve belli parametrelerin birleflimler üzerindeki etkisini bilmesi, boru profillerle iyi bir tasar m yapabilmesi aç s ndan önemlidir. Bu tasar m el kitab, çeflitli parametreleri göz önüne alarak boru profillerle nas l optimum bir tasar m yap labilece i konusunu ifllemektedir. Kitapta boru profillerden teflkil edilen kafes sistemlerin boyutland r lmas tafl ma gücü esas na göre yap lacak, birleflimlerin tafl ma gücü formülleri verilecek ve grafiksel olarak belirtilecektir. Böylelikle, ön tasar m aflamas ndaki tasar mc n n birleflim davran fl n daha iyi anlamas amaçlanm flt r. Birleflimin grafiksel gösterimi, bilgisayarda yap lan birleflim hesaplar n n h zl bir flekilde kontrol edilmesine olanak sa layacakt r. Tek-plan birleflimlerinin tasar m esaslar Avrupa Birli i ve Kanada güvenlik prosedürlerine uymaktad r (fiekil 8). Di er tip birleflimler için verilen formüller de bir flekilde esas birleflim tiplerine uyum göstermektedir. 9

12 2. Boru Profil Konstrüksiyonlar n Tasar m 2.1. Girifl Boru profil konstrüksiyonlar n tasar m nda, tasar mc n n uygulayaca birleflim tipini, daha ön tasar m aflamas nda göz önünde bulundurmas gerekmektedir. Konstrüksiyonu oluflturan elemanlar yaln zca eleman kesit tesirlerine göre boyutland rmak, daha sonra birleflimlerde istenmeyen berkitme ve guse levhalar kullan lmas na yol açabilir. Ancak bu durum, birleflimlerin daha ön tasar m aflamas nda detayl bir flekilde hesaplanmas anlam na da gelmemelidir. Burada kastedilen, eleman boyutland r lmas nda (fiekil 7): çap oran d i /d o, et kal nl k oran t o /t i, bafll k çap /bafll k et kal nl oran d o /t o, örgü elemanlar aras boflluk g, örgü elemanlar n n bindirme mesafesi O v ve aç s 0, gibi parametrelerin, birleflimin yeterli tafl ma gücüne sahip olmas ve ekonomik imalata imkan verecek flekilde seçilmeleridir. Tasar m n optimizasyonu, birden fazla faktöre ba l oldu undan, - Örne in mukavemet, stabilite, imalat ve iflletme ekonomisi-, tasar mc, her faktörün koflullar n n fark nda olmal d r. Afla da verilen tavsiyeler optimum tasar ma yard mc olacak niteliktedir: - Boru profillerden teflkil edilen kafes sistemlerin, birbirlerine mafsall ba l elemanlardan olufltu u kabul edilebilir. Birleflimin yeterli derecede dönme kapasitesine sahip oldu u kabulüyle, ikinci derece momentler ihmal edilebilir. Ancak sözü edilen durum, bu Tasar m El Kitab nda verilecek baz oranlara uyuldu u durumlarda geçerlidir. - Genelde elemanlar eksende yerlefltirilir. Ancak imalat kolayl aç s ndan bazen birleflimde belli bir miktar d flmerkezlik izin verilebilir. Bu d flmerkezlik e d o (0.25 aral nda (fiekil 1) kald sürece birleflimde ve çekme alt ndaki bafll k eleman nda oluflacak ilave momentler ihmal edilebilir. Ancak, bas nca maruz bafll k elemanlar bu d flmerkezlik do acak momenti karfl layacak flekilde kolon-kirifl esas na göre boyutland r lmal d r. malat tam bindirmeli birleflim durumunda e -0.55d o l k bir d flmerkezlik göstermekle beraber, k smi bindirmeli durumuna göre, imalat aç s ndan basitleflmektedir. Boflluklu birleflime göre de daha iyi bir davran fl göstermektedir. a) boflluklu birleflim dü üm noktas b) pozitif d fl merkezli boflluklu birleflim c) negatif d fl merkezli k smi bindirmeli birleflim d) negatif d fl merkezli tam bindirmeli birleflim fiekil. 1 - Dü üm noktas d fl merkezli i - Birleflimlerde oluflabilecek ikinci derece momentler, elemanlar n et kal nl klar n n s n rland r lmas suretiyle (özellikle bas nç elemanlar ) ihmal edilebilir (Bkz. fiekil 8). - Boflluklu birleflim, k smi bindirmeli (fiekil 1C ve 2) birleflime göre imalattaki uç haz rl n n basitli i aç s ndan tercih edilmektedir. Ancak tam bindirmeli birleflim tipi (fiekil 1D) boflluklu 10

13 birleflimlere göre, hemen hemen ayn imalat kolayl na sahip olup daha iyi davran fl göstermektedir. Boflluk g, iki örgü eleman yüzü aras ndaki aras ndaki kaynaklar hariç mesafeyi göstermektedir. Bindirme yüzdesi O v (fiekil 2), q/p oran olarak hesaplan r, p bindirmeli birleflimde temas yüzeyinin izdüflüm mesafesidir. yi bir tasar mda g mesafesi, kaynaklar üstüste çak flmamas için, g ( t 1 + t 2 olarak seçilir ki. Bununla beraber bindirmeli birleflimlerde O v ( 25 % olmal d r. - Kafes elemanlar n n, a rl kça genelde %50 si bas nca çal flan bafll k elemanlar ndan, %30 u çekmeye çal flan bafll k elemanlar ndan, %20 si ise örgü elemanlar ndan oluflur. Bu de erlendirmeye göre bas nca çal flan bafll k elmanlar n n et kal nl klar n n ince seçilmesine yönelik optimizasyonlar, önemli malzeme ekonomisi sa lar. Ancak korozyondan koruma aç s ndan da, yüzey alan n n azalt lmas gerekmektedir. Bu arada, d o /t o oran azald kça, bafll k kal nl n n örgü eleman kal nl na oran t o /t i artt kça birleflimin mukavemeti artmaktad r. Sonuç olarak, do/to oran seçimi birleflimin tafl ma gücü ve eleman n burkulma yükü aras nda yap lacak bir optimizasyona göre belirlenir. Bas nç alt ndaki bafll k elemanlar genelde t knaz olarak seçilirler. Çekmeye çal flan bafll k elemanlar nda do/to oran mümkün oldu unca küçük seçilmelidir. O v = bindirme mesafesi = q x 100% p Boflluk g fiekil. 2 - Boflluk ve bindirme mesafesi - Birleflimin tafl ma gücü verimi (birleflimin tafl ma gücü/örgü eleman tafl ma gücü, bafll k eleman et kal nl n n örgü eleman nkine oran na ba l oldu undan, bu oran mümkün oldu unca yüksek seçilmelidir. Ayr ca, ince et kal nl na sahip bir örgü eleman na uygulanacak kaynak miktar, ayn enkesit alan na sahip di er bir örgü eleman na uygulanacak kaynak miktar ndan daha azd r. - Birleflimin tafl ma gücü, ayn zamanda, birleflime giren bafll k eleman n n akma gerilmesine de ba l oldu undan, bu elemanlarda yüksek mukavemetli çelik kullan m daha ekonomik sonuçlar verebilir. 2.2 Tasar m Prosedürü Boru profilden teflkil edilen konstrüksiyonlar n ekonomik ve verimli flekilde tasarlanmas için afla daki hususlara dikkat edilmelidir: - Konstrüksiyonun geometrisi, birleflim say s minimumda tutulacak flekilde oluflturulmal d r. - Elemanlar, birleflimlerin mafsall oldu u kabulüyle boyutland r lacakt r. - Bafll k elemanlar eksenel yük, korozyondan koruma ve birleflim geometrisine (genellikle d o /t o oranlar aras nda seçilir) göre boyutland r l r. Genellikle etkili burkulma boyu = sistem boyu x 0.9 olarak al n r[16]. - Bafll k elemanlar n n yüksek mukavemetli çelikten(f y = 355N/mm 2 )yap lmas durumu incelenmelidir. Ancak temin zorlu u durumu da göz önünde bulundurulmal d r. 11

14 - Örgü elemanlar n n boyutland r lmas nda(eksenel yük alt nda),tercihen kal nl klar n n bafll k elemanlar nkinden küçük tutulmas gerekir. - Örgü elemanlar n n etkili burkulma boyu = sistem boyu x 0.75 olarak al n r[16,32,33]. Daha detayl hesap esaslar, Bölüm 6.4 te verilecektir. - Örgü eleman tipleri standartlaflt r lmal d r(maksimum 2). Estetik aç dan d fl çap sabit tutularak et kal nl de ifltirilebilir. - Birleflim geometrisi d flmerkezlik s n rlar ve imalat esaslar aç s ndan kontrol edilmelidir. - Birleflimin verimlili i, Bölüm 4 te verilen diyagramlardan kontrol edilmelidir. malat kolayl aç s ndan, boflluklu birleflimler, bindirmeli tip birleflimlere tercih edilmelidir. - Birleflim tafl ma güçleri yetersizse, bafll k ve örgü eleman kesitleri de ifltirilmeli, hesap tekrarlanmal d r. Normalde birkaç birleflim kontrolü yeterli olacakt r. - Bafll k elemanlar nda d flmerkezlikten do acak momentler dikkate al nmal, bu tip elemanlar kolon-kirifl olarak boyutland r lmal d r. - Deplasmanlar artt r lm fl yükler alt nda kontrol edilecektir. Deplasman analizinde, birleflimlerin boflluklu tip olmas durumunda kafes sistem elemanlar mafsall olarak, birleflimlerin bindirmeli olmas durumunda ise bafll k eleman sürekli olarak, örgü elemanlar mafsall olarak ve d flmerkezlik ile birlikte al nacakt r. 12

15 3. Boru Profil Konstrüksiyonlar n malat Boru profil konstrüksiyon tasar mc s n n gözönünde bulundurmas gereken, yap n n maliyetindeki en önemli unsurun imalat oldu udur. Bu da, kesme, uç haz rl ve kaynaklama giderlerinin minimuma indirilmesi demektir. - Profillerin standart üretim ölçülerinin tasar m esas nda gözönünde bulundurulmas, bafll k eklerini azaltmada önemlidir. Büyük projelerde, profiller özel çekim olarak ta smarlanabilmektedir. - Boru profillerin a z kesimleri genelde otomatik oksijenle kesim ile yap lmaktad r(fiekil 3). Ancak bu tip teçhizat n bulunmad daha küçük atölyelerde, fiekil 4[1,4,24] de görülen mekanik yöntemlerden biriyle de yap labilir (tekli, ikili, üçlü düzlem kesim). - Boru profil birleflimlerinde köfle kaynak, tam nüfuziyetli küt kaynak veya köfle / küt kaynak fiekil. 3 - Otomatik oksijenle kesim tiplerinden herhangi biri uygulanabilir (Bkz. fiekil 5). Kaynak kullan ld takdirde, kaynak tahkiki birleflime giren eleman n tafl ma gücüne göre yap lmal d r. Her türlü eleman kesit tesirini karfl layacak flekilde düflünülmelidir. - Kaynak aç s ndan en önemli yer, örgü eleman n n bafll a kaynakland uç k s md r. Aç n n 60 den az olmas durumunda uç (d fl) k s m daima düzlefltirilmeli ve fiekil 5-C2 de göründü ü gibi küt kaynak yap lmal d r. - Uç (iç) k sm n da yeteri kadar kaynaklanabilmesi aç s ndan, örgü eleman aç s 30 den az olmamal d r. - Kaynak hacmi t 2 ile orant l oldu undan, ince cidarl boru profillerin kaynak maliyeti de daha azd r. - R ve N tipi birleflimlerde b rak lmas gerekli minumum boflluk mesafesi, t 1 + t 2 olmal d r. Böylelikle, örgü elemanlar n n uç (d fl) k s mlar nda yeteri kadar kaynak yap labilmektedir. - malat aç s ndan boflluklu tip birleflimlerin bindirmeli tip birleflimlere nazaran tercih edilmele- 13

16 Tekli kili Üçlü Boru profil örgü eleman, ana boru profil eleman na tek kesimle birlefltirilebilir(d 1 mm cinsinden), 1 d o de eri 0,08 d eflit veya büyük olmal d r. Ana Eleman Çap Örgü eleman (d 1 ) de eri (dahil) Düz kesim Boru profil çap d 1 Uygulanabilirlik: (tüm boyutlamalar mm cinsindendir) fiekil. 4 - Tekli, ikili ya da üçlü düzlem kesimler Boflluk toleranslar fiekil 4 te verildi i gibidir. Detay A Detay B Detay C Detay C2 Detay D fiekil. 5 - Kaynak detaylar 14

17 rinin sebebi, yaln zca uç haz rl nda sa lad klar ekonomi de ildir. Kaynak malzemesi için sa lad klar imkan da bir di er avantajlar d r. - K smi bindirmeli birleflimlerde, üzerine eleman bindirilen eleman n uç(d fl) k sm genelde bafll a kaynaklanmaz. Ancak örgü elemanlar n n bafll a dik yük bilefleninin fazla oldu u durumlarda (örgü eksenel yük dik bilefleni (1.5 x Bafll k eksenel yükü), uç (d fl) k sm n da bafll a kaynaklanmas gerekmektedir. Yass laflt rma (A) K smi yass laflt rma (B,C) Tam yass laflt rma (D) fiekil. 6 - Çeflitli yass laflt rma teknikleri Özellikle küçük konstrüksiyonlarda veya uç haz rl na yönelik ekipmanlar n bulunmad atölyelerde, uçlar n yass laflt r lmas suretiyle de birleflimler yap labilmektedir (Bkz.fiekil 6). Daha detayl bilgi (1,4,26) da verilmifltir. Transparan örtü malzemesinin kulland boru konstrüksiyondan teflkil Tropil bahçe 15

18 4. Statik Yük Alt ndaki Birleflimlerin Tasar m 4.1. Girifl Bu kitapta birleflimlerle ilgili verilen tüm ba nt lar, tafl ma gücü esas na dayanmaktad r. Tafl ma gücü esas ise, yük katsay lar (s ile artt r lm fl karakteristik yüklerin Qk, birleflimin tafl ma gücünü N* aflmamas na dayanmaktad r; yük etkisi γ s Q k N*; N* = N k / γ m Emniyet gerilmeleri yöntemi kullan l rsa, birleflimin tafl ma gücü de erleri yük katsay lar na bölünmelidir; yük etkisi Q k N* / γ s = N k / (γ s γ m ) Bu durumda γ s = 1.5 al nmal d r. Efl-düzlemli birleflim detaylar nda kullan lan bafll k, örgü ve birleflim sembolleri fiekil 7 de verilmifl olup 7.Bölüm de tan mlanm flt r. bafll k sembolleri örgü eleman ve sembolleri K-tipi birleflim T-tipi birleflim N-tipi birleflim X tipi birleflim KT tipi birleim 16 fiekil. 7 - Bafll k, örgü eleman ve birleflim sembolleri

19 Bir otomobil galerisi çat s Bir otomobil galerisi 17

20 γ m de erini gözönüne alan tafl ma gücü formülleri [11] deki tablo ve diyagramlarla verilmifltir. fiekil 8 de verilen formüller bilgisayarda yap lan hesaplarla, fiekil 9 12 aras nda verilen diyagramlar ise bilgisayarla yap lan hesaplar n çok h zl bir flekilde kontrol edilmesinde oldukça yard mc d r. Diyagramlarda birleflimin tafl ma gücü, birleflime giren eleman n verimlili ine ba l olarak ifade edilmektedir. Örne in eksenel yük alt ndaki birleflimin tafl ma gücü, birleflime giren örgü eleman n n enkesit alan ile akma gerilmesinin çarp m na eflittir(a i x f yi ). Bu da afla daki flekilde formüle edilir. (N i */A i f yi ) = C e (f yo t o /f yi t i ). (f(n )/sinθ i ) (4.1.1) Verim faktörü Ce her bir birleflimin tipi için çap faktörüne (β) ve bafll k çap / bafll k et kal nl (d o / t o ) oran na ba l olacak flekilde diyagramlarla verilmifltir. Yukar daki formülde verilen C e de eri, θ i = 90 o aç ya ve bafll k ile ayn et kal nl na sahip, bafll k eleman na öngerme uyguland f(n ) = 1.0 bir birleflime giren örgü eleman n n verimini ifade etmektedir. Bu formüllerden anlafl laca üzere, örgü eleman n n verimli kullan m aç s ndan, bafll k ve örgü elemanlar n n akma gerilmeleri ve kal nl k oranlar n n birbirine oran büyük önem arzetmektedir. θ i aç s düfltükçe verim artmaktad r. f(n ) fonksiyonu bafll ktaki yüke ba l d r (bas nç öngermesi durumunda f(n ) ( 1.0 olur). Verimlilik formülü direkt olarak göstermektedir ki bir birleflimin verimlili i aç s ndan afla daki hususlara uyulmas tercih edilmelidir: -Bafll k elemanlar akma gerilmesinin, örgü elemanlar nkinden büyük seçilmesi (f yo >f yi ) -Örgü et kal nl n n mümkün oldu unca ince seçilmesi (t i < t o ), ancak yerel burkulma etkileflim durumlar dikkate al nmal d r (Bkz. Bölüm 4.2). -Aç θ i > 90 o olmal d r, dolay s yla K- ve N- tipi birleflimlerin tercih edilmesi. Moment tesirleri alt ndaki birleflimler için formüller fiekil 19 da verilmifltir. Takip eden tasar m diyagram ve tablolar fiekil 20 ve 21 dedir. Bu tablolarda verilen birleflim verimlili i daha ziyade, birleflime giren örgü elemanlar n n plastik moment kapasitesine (M pl1 ) ba l d r. Eksenel yük alt ndaki elemanlar n birleflimlerinin verimli yap lmas için verilen esaslar, e ilme elemanlar için de aynen geçerlidir. Bir otoyol geçifl ücreti ödeme giflesi üstündeki üçgen kafesten teflkil konstrüksiyon 18

21 4.2. Tek Düzlem Kafes Kirifl Birleflimleri: Tipik tek düzlem birleflimleri fiekil 7 de verilmifltir. T-, X- ve K- tipi birleflimleri için geçerli olan en güncel hesap esaslar ise fiekil 8 de verilmifltir. Bu formüller, gerek International Institute of Welding, gerekse de Eurocode 3 Drafting Committee [8] taraf ndan da benimsenmifltir. Bu formüllerin ço u, ilk olarak Kurobane [9,10] taraf ndan bulunmufl olan ba nt lardan yola ç k larak haz rlanm flt r. T- Y ve X- tipi birleflimler için gelifltirilen formüller bas nç yüküne göre haz rland ysa da, çekme yükü alt ndaki birleflimlerde de kullan labilir. Genelde birleflimin çekme yükü alt ndaki tafl ma gücü, bas nç alt ndakine göre daha fazlad r. Ancak çekme yükü alt nda oluflacak büyük deformasyonlar ve çatlaklar sebebiyle, bu tafl ma gücünden tamamen faydalan lmaz. fiekil 8 de verilmeyen birleflim konfigürasyonlar na ait tafl ma gücü de erleri, Bölüm 4.6 da verilen birleflim tiplerinkine benzetilebilir. Birleflimin tafl ma gücü, genelde iki faktöre ba l d r. Bunlar bafll k eleman n n plastikleflmesi ve bafll k eleman nda oluflacak z mbalamad r. Bir birleflimin hesab nda her iki durum da gözönüne al nmal d r. fiekil 9-12 de birleflimlerin tafl ma gücü, örgü elemanlar n n verimi aç s ndan grafiksel olarak gösterilmifltir. Bu flekillerde gözüktü ü gibi z mbalama etkisi yaln zca do / to oran ve ( oranlar düflük olan bafll k elemanlar nda kritik olmaktad r. T- ve X- tipi birleflimlerin en yayg n olan, örgü ve bafll k eleman aras aç lar n n 90o oldu u birleflimlerdir. Grafik ve tablolardan da anlafl laca gibi, yüksek d o / t o oranlar nda T- ve X- birleflimleri, K- birleflimlerine göre daha az verimlidir. Ancak, bu tip birleflimlere al fl lagelmifl boru konstrüksiyonlarda pek fazla yer verilmez. K- ve N- tipi birleflimler boru konstrüksiyonlarda daha fazla tercih edilirler. fiekil 11 ve 12 de s ras yla, 2t o, 6t o, 10t o uzunlu unda, boflluklu bindirmeli tip için olmak üzere 4 ayr diyagram verilmifltir. Boflluk veya bindirmenin etkisi fiekil 13 te gösterilmifltir. Bu diyagramlardan ç kar lan, bindirmeli birleflimlerin, özellikle ince et kal nl na sahip bafll k elemanlar n n varl nda etkin oldu udur. fiekil 11 de görüldü ü gibi, K- birleflimlerde, β oran n n 0.4 ile 1.0 aras nda oldu u, d o /t o oran n n 20 ile 30 aras nda oldu u ve g / t o oran n n 4 ile 10 aras nda oldu u durumlarda boflluk de eri C K = 0.3 al nabilir. Birleflimlerin say s n azaltmak ve etkin kaynak ifllemine olanak sa lamak aç s ndan 40 o lik bir birleflim aç s uygundur. Çekmeye çal flan ve f(n ) = 1.0 ve θ 1 = 40 o olan bafll k elemanlar nda, t o / t 1 > 2.0 durumunda, örgü eleman tam verimlilik sa layabilir. Bafll k elemanlar n n örgülere göre daha yüksek mukavemetli çelikten teflkil edilmesi durumunda t o / t 1 oran daha da az seçilebilir; ((f yo t o )/(fy 1 t 1 )) 2.0 (4.2.7) fiekil 9, 10 ve 12 de verilen tasar m tablolar nda (1, 2, 4), f(n ) fonksiyonu gösterilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken, fiekil 14 te gösterildi i gibi, sadece bafll ktaki öngermenin dikkate al naca dolay s yla yatay çaprazdaki yük bilefleninin d flar ç kar laca d r. Basit kirifl tarz nda mesnetlenen kafes kirifllerde kirifl uçlar nda öngerme kuvveti etkisi düflük, örgü eleman kuvvetleri yüksek, ortalarda öngerme kuvveti etkisi yüksek, örgü eleman kuvveti düflüktür. Sürekli tip kafes kirifllerde, f(n ) de eri özellikle mesnetlerde önem kazanmaktad r. Düzlem d fl yüke maruz (örne in afl klardan gelen) K-, N- ve KT- birleflimleri, K- birleflimleri gibi, örgü eleman ndaki daha büyük yük bilefleninin dikkate al nmas suretiyle hesaplanabilir. Ancak bütün örgü elemanlar n n çekme(veya bas nç) olmas durumunda veya yükü tafl yan tek bir örgü eleman n n olmas durumunda, birleflim X- tipi gibi tahkik edilmelidir (Bkz.fiekil 24c). KT-tipi, di er birleflimlerle birlikte Bölüm 4.6 da ele al nm flt r. Birleflimin tafl ma gücü ve örgü eleman n n lokal burkulmas aras nda bir etkileflim yaratmamak aç s ndan, birleflimlerin tafl ma gücü verimlili i, yüksek d 1 / t 1 oranlar ile s n rland r lmal d r [25]. Verimlilik limiti formül olarak afla daki flekilde ifade edilebilir: 19

22 Birleflim Tipi Tasar m (i-1,2) T- ve Y- tipi birleflimler bafll k plastikleflmesi (formül 4.2.1) X- tipi birleflimler bafll k plastikleflmesi (formül 4.2.2) K ve N tipi bafll kl ve bindirmeli birleflimler bafll k plastikleflmesi (formül 4.2.3) (formül 4.2.4) genel Kesme z mbalamas punching chear check for T, Y, X and K, N, KT joints with gap (formül 4.2.5) fonksiyonlar (çekme) için (bas nç) (bkz. fiekil 13) geçerlilik aral (formül 4.2.5) (X- tipi birleflimler) fiekil. 8 - Tek düzlemli birleflimler için tasar m esaslar 20

23 Tasar m Tablosu 1 Boru Profil Birleflimleri Boru kesitlerinin T- ve Y- tipi birleflimleri semboller geçerlilik aral ilave eksenel yük veya e ilme momentinden do an bafll k gerilmesi kaynaklar bafll n akma dayan m na göre boyutland r lacakt r. T- ve Y- tipi birleflimlerin Verimlili i verimlilik C T fiekil. 9 - Boru profillerin T- ve Y- tipi birleflimleri için tasar m tablosu. 21

24 Fonksiyon f(n ) için için hesap örne i bafll k : örgü eleman : 22 fiekil. 9 - dvm. Boru profillerin T- ve Y- tipi birleflimleri için tasar m tablosu

25 Tasar m Tablosu 2 Boru Profil Birleflimleri Boru profillerin X- tipi birleflimleri Semboller Geçerlilik aral ilave eksenel yük veya e ilme momentinden do an bafll k gerilmesi Kaynaklar bafll n akma dayan m na göre boyutland r lacakt r. X- tipi birleflimlerin verimlili i Verimlilik C x fiekil Boru profillerin X- tipi birleflimleri için tasar m tablosu 23

26 Fonksiyon f(n ) için için hesap örne i bafll k : örgü eleman : fiekil dvm. Boru profillerin X- tipi birleflimleri için tasar m tablosu 24

27 Tasar m Tablosu 3 Boru Profil Birleflimleri Boru profillerin K- ve N- tipi birleflimleri Semboller Geçerlilik aral g t 1 + t 2 ilave eksenel yük veya e ilme momentinden do an bafll k gerilmesi Kaynaklar bafll n akma dayan m na göre boyutland r lacakt r. K- ve N- tipi birleflimlerin verimlili i (g =2...) Verimlilik C K fiekil Boru profillerin K- ve N- tipi birleflimleri için tasar m tablosu 25

28 K- ve N- tipi bindirmeli birleflmelerin verimlili i (g =6) K ve N- tipi bindirmeli birleflmelerin verimlili i (g =10) Verimlilik C x Verimlilik C x 26 fiekil. 11 dvm - Boru profillerin K- ve N- tipi birleflimleri için tasar m tablosu

29 hesap örne i (bas nç) (bas nç) (çekme) enterpolasyonla N* 1 fiekil 11 - dvm - K- ve N tipi bindirmeli boru profil birleflimleri için tasar m tablosu Tasar m Tablosu 4 Boru Profil Birleflimleri K- ve N- tipi bindirmeli boru profil birleflimleri Semboller geçerlilik aral ilave eksenel yük veya e ilme momentinden do an bafll k gerilmesi hesap örne i kaynaklar bafll n akma dayan m na göre boyutland r lacakt r. boflluk tan m N* 1 fiekil

30 K- ve N- tipi bindirmeli birleflmelerin verimlili i (g =6) Verimlilik C x fonksiyon f(n ) 28

31 Bindirme Boflluk fiekil Boflluk, bindirmenin fonksiyona etkisi Bafll k öngerme yükü fiekil Bafll kta öngerme Birleflik verimlilikleri flekil 8-12 den hesaplama d 1 /t 1 s n rlar bas nçla çal flan örgü eleman verimlilik s n r akma gerilmesi tabloda verilen de erler Eleman n burkulmas gözönüne al nd nda, yukar daki s n rlamalar s kça kritik olmayacakt r. 29

32 Boru profilden teflkil örgü elemanl kolon teflkili Çoklu Düzlemli Konstrüksiyon Birleflimleri Çok düzlemli konstrüksiyon birleflimleri, genellikle boru profilden teflkil edilen kule, aç k deniz yap lar, üçgen ve/veya dörtgen enkesitli kafes kirifllerde kullan l r. Çok düzlemli birleflim etkilerini içeren hesap esaslar [17] de verilmifltir. Ancak bu kaynakta verilmifl olan hesap esaslar, elastik hesaba dayanmakta olup, birleflimlerin gerçekteki plastik davran fllar n dikkate almamaktad r. Ancak tasar m aç s ndan, baz yard mc bilgiler verilebilir. Çok düzlemli yük etkilerinin en bask n oldu u birleflim tipleri, fiekil 15 te gösterilen çift X- tipi birleflim detay d r. Sonlu elemanlar metoduyla yap lan birçok analiz sonucunda, düzlem d fl yüklerin, bu tip birleflimin mukavemet ve rijitli ini, tek düzlemli X- tipi birleflime göre önemli ölçüde azaltt n ortaya koymufltur. Birbirine dik iki düzlemde ayn de erde ama ayr yönde (bas nç ve çekme) etkimesi halinde, çok düzlemli birleflim tipinin tafl ma gücünün, birleflimin 1/3 oran nda azald bilinmektedir. Di er taraftan, ayn yönlü (bas nç-bas nç) yüklemelerde tafl ma gücü artmaktad r. Ancak bu art fl birleflimin deformasyon ve dönme kapasitesinin azalmas yla bir miktar dengelenmektedir. Dolay s yla güvenlikli bir yaklafl mla, tafl ma gücünün ayn yönde etkiyen yükler durumundaki art fl miktar ile farkl yönde etkiyen yükler durumundaki azal fl miktar ayn kabul edilebilir. K-tipi birleflimler için üçgen enkesitli kafes kirifller için, Makino [20] taraf ndan birçok test yap lm flt r(bkz.fiekil 16). Çok düzlemli birleflimlerin tafl ma gücü hesab için, Kaynak [20] de verildi i gibi bir etkileflim ba nt s kullan labilse de, tek düzlemli birleflimlerin tafl ma gücünün 0.9 katsay s ile çarp m da yeterli bir yaklafl m sa layabilmektedir.

33 örgü eleman bafll k örgü eleman bafll k β = 0.4 için sonuçlar Eksenel Yük F 1 [kn] dü üm noktas 5 dü üm noktas 1 dü üm noktas 8 yerde iflim (mm) β = 0.6 için sonuçlar dü üm noktas 6 Eksenel Yük F 1 [kn] dü üm noktas 7 dü üm noktas 8 dü üm noktas 9 dü üm noktas 10 yerde iflim (mm) fiekil çok düzlemli X- tipi birleflimler T-tipi birleflimlerin, yaln zca çift olanlar için (V-birleflimleri) testler yap lm flt r. Örgü elemanlar aras ndaki aç 90 o olarak seçilmifl ve her iki örgü eleman da bas nç etkisi alt nda test edilmifltir(fiekil 17). Tek düzlemli birleflimlerle k yasland nda, birleflimin tafl ma gücü hemen hemen ayn kalmakla birlikte, birleflimin rijitli i, önemli ölçüde artm flt r[19]. fiekil çok düzlemli K- tipi birleflimler kapma an nda çekil de ifltirme 31

34 fiu ana kadarki araflt rmalar n sonuçlar fl nda, çok düzlemli bir birleflimin tafl ma gücünün hesab nda, fiekil 17 de verilen katsay lar n kullan lmas gerekmektedir. Birleflim Tipi Tek düzlemli bir kesime uygulanan düzeltme katsay s (s n rlar fiekil 8 e göredir). 60 o ø 90 o Not: N2 ve N1 in iflaretleri gözönüne al nmal d r. fiekil Çok düzlemli birleflimler için uygulanan düzeltme katsay lar 4.4. Moment Birleflimleri Elemanlar n birleflim ekseninden kaç kl sonucunda oluflacak birincil momentlerle, eleman uçlar n n ankestreli e yak n ba lanmas sonucunda oluflacak ikincil momentleri, birbirinden ay rt etmek gerekmektedir (Bkz. fiekil 1). kincil momentler, esas olarak, d fl yüklerin dengesi aç s ndan gerekli de ildir. Bölüm 4.2 de anlat ld üzere, dü üm noktalar n n yeteri kadar dönme kapasitesine sahip olmalar durumunda(bkz. fiekil 8 de), ikincil momentler birleflimin tafl ma gücünü etkilemezler. Kafes kirifllerde oluflacak birincil momentlerin ise, bafll k elemanlar taraf ndan al naca kabul edilir. Momente maruz birleflimler, genelde T-tipi olup Vierendeel birleflimleri(fiekil 18) olarak ta adland r l rlar. Bu tip birleflimler, çerçeve tipi konstrüksiyonlarda da kullan lmaktad r. Düzlem kafes konstrüksiyonlarda, düzlem d fl e ilme momentleri oluflmaz. Bu tip düzlem d fl yükler daha ziyade, çok düzlemli konstrüksiyonlarda meydana gelir. E ilme etkisi alt nda hesaplanan tafl ma güçleri, ayn zamanda R, -N ve KT-tipi birleflimler için de kullan l r. Z mbalama etkisi için, plastik kesme tafl ma gücü verilmekle beraber, aç fonksiyonu, elastik hesap esas na dayanmaktad r. Eksenel yüke maruz birleflimlerde oldu u gibi, bu formüller verimlilik tasar m diyagramlar olarak fiekil 20 ve fiekil 21 de verilmektedir. Birleflimin verimlili i c ipb veya c opb de eri, birleflimin fiekil Tek düzlemli virendeel birleflimleri. 32

35 Birleflim tipleri Hesap Dayan m bafll k plastikleflmesi bafll k plastikleflmesi Genel : Kesme z mbalamas tahkiki için Geçerlilik aral eksenel yüke maruz birleflimlerdeki ile ayn d r (bkz. fiekil 8) fiekil Birinci dereceden e ilme momentine maruz birleflimlerin tasar m esaslar tafl ma gücünün, birleflime giren örgü eleman n n plastik moment kapasitesi W pl1 f y1 e oran na eflittir. Yatay kesim hatt ise, z mbalama etkisi alt ndaki tafl ma gücü s n r durumunu vermektedir. Bu diyagramlardan da görülece i gibi, birçok durumda, birleflimin düzlemdeki e ilme momenti tafl ma kapasitesi, düzlem d fl ndakine oranla çok daha iyidir. Dikkat edilmelidir ki birleflimlerin dönme rijitli i C (moment/rad), özellikle, hiperstatik sistemlerde (örne in çerçeveler, vierendeel kiriflleri), tafl y c sistemin moment da l m n önemli ölçüde etkilemektedir. Rijit birleflimler istendi i takdirde, 1 e yak n bir β oran seçilmeli veya d o / t o oran ile birlikte yüksek t o / t 1 oranlar seçilmelidir. fiekil 22 ve 23 te T-birleflimlerin, düzlem içi ve düzlem d fl ndaki e ilme momenti etkisi alt ndaki dönme rijitlikleri gösterilmektedir Eksenel Yük ve E ilme Momenti Etkileflimi Özellikle 3-boyutlu konstrüksiyonlarda, birleflimler hem eksenel yük hem de e ilme etkisi alt nda kalabilirler. Bu konuda çok say da araflt rma ve deneyler yap lm fl ve bunun sonucunda birçok etkileflim formülasyonu elde edilmifltir. Ancak, tüm araflt rmalar göstermifltir ki, düzlem içi e ilme momenti etkisi, düzlem d fl e ilme etkisine göre daha elveriflli bir yükleme olup, bu durum, afla daki basitlefltirilmifl alt s n r etkileflim formülü ile ifade edilmifltir[16]: 33

36 Tüm B de erleri için Verimlilik C i.p.b. Kesme z mbalamas s n r d 1 d 0-2t 0 fiekil 20 - Düzlem e ilme momentlerine maruz birleflimler için tasar m tablosu Verimlilik Ci.p.b. fiekil 21 - Düzlem d fl e ilme momentlerine maruz birleflimler için tasar m tablosu fiekil 22 - T- tipi birleflimlerde düzlemde moment etkisindeki birleflim rijitli i fiekil 23 - T- tipi birleflimlerde düzlem d fl moment etkisindeki birleflim rijitli i 34

37 N i + ( M ip ) 2 M op (4.5.1) N i * M ip M op * Burada : N i, M ip ve M op etki eden yükleri, N i *, M ip * ve M op * ise tasar m tafl ma güçlerini göstermektedir. Dikkat edilmesi gereken husus, flekil 22 ve 23 te verilen birleflimlerin tafl ma gücünün, eksenel yük varl durumunda önemli ölçüde etkilenece idir [22]. Ancak kesin bir sonuç için yeterli say da yap lm fl deney yoktur. 85 m uzunlu unda üçgen kafes çat tafl y c kirifl 35

38 4.6. Düzlem Birleflimlerin Özel Tipleri Di er Birleflimler Boru profilden teflkil edilen konstrüksiyonlarda kullan lan, ancak daha önceki bölümlerde tan t lmam fl, daha birçok birleflim tipi mevcuttur.bu birleflimlerin tafl ma güçleri, Bölüm 4.2. de anlat lan tiplerinkine benzer flekilde hesaplanmaktad r. fiekil 24 te, bu birleflimlere baz örnekler gösterilmektedir. Birleflim Tipi fiekil 8 de verilen formüller ile iliflkisi X- tipi birleflimden (formül ) (formül ) K- tipi birleflimden (formül ) K tipi birleflimde d 1 yerine V konacakt r d o dayan m formülü N 1 sinθ 1 + N 2 sinθ 2 N 1 * sinθ 1 (eg ) (N 1, X- tipi birleflimden) VV de eri VVV veya VVVV de erinden büyü üne eflittir. N 2 N 1 * N 2 N 2 * K- tipi birleflim K- tipi birleflim 1-1 kesiti plastik kesme kapasitesi aç s ndan tahkik edilmektedir. (yaln z bofllukla birleflimde) fiekil 24 - Tek düzlemli boru profil birleflimlerinin di er tipleri 36

39 Bir spor kompleksinin kemer kafes kiriflten teflkil çat s Bir buz paten salonunun bal k-formu kafeslerden teflkil çat s 37

40 Levhal Birleflimler Guseli birleflimlerin çok çeflitli tipleri vard r. Bu birleflimlerin tafl ma güçleri, esas olarak Japonya da yap lan testlere dayanmaktad r[5,9]. Orijinal deney raporlar nda TP-tipi birleflimlerle(t-tipi birleflime guse kaynaklanmas ), XP-tipi(X-tipi birleflime guse kaynaklanmas )tipi birleflim aras nda ay r m yap lm flt r. fiöyle ki, TP-tipi birleflimde borunun tek taraf nda, XP-tipi birleflimde, borunun her iki taraf nda levha kaynaklanm flt r. fiekil 25 te verilen hesap dayan m formülü, her iki durumu da kapsayacak ve çeflitli yük flartlar n göz önünde bulunduracak flekilde basitlefltirilmifltir. Ancak TP-tipi birleflimler için kullan lacak f(β)=4+20 β 2 formülü ile elde edilen sonuçlar, test sonuçlar na f(β)=5/(1-0.81β) formülü ile elde edilen sonuçlara göre daha yak nd r. Ayr ca tüm birleflimler için z mbalama aç s ndan afla daki tahkikler yap lmal d r. -TP-5/XP-5 için (f a +f b ) t f yo t o ; -di er birleflimler için (f a +f b ) t f yo t o burada f a ve f b de erleri ba lanan levhadaki eksenel ve e ilme gerilmeleridir(i veya kutu profil). XP-1/TP-1 tipi birleflimlerde ana bafll k eleman eksenine dik bir levha; XP-3/TP-3 tipi birleflimlerde ise, bu levhaya ek olarak, bafll k eleman na paralel ikinci bir levha bulunmaktad r. Ancak bafll k eksenine paralel yerlefltirilen levhan n rijitli i oldukça az olaca ndan her iki tip birleflimin de dayan mlar eflit olmaktad r. Boru konstruksiyon çat detaylar 38

41 XP ve TP- tipi birleflimler için hesap dayan m eksenel yük Birleflim Tipi Düzlemde E ilme Düzlem d fl e ilme Genel notlar: sembol, parametre ve s n rlar için eksenel yüklü birleflimlere bkz. fiekil 25 - Guneli birleflimler 39

42 A z düzlefltirilmifl ve Al flt r lm fl Tip Birleflimler Bu tip birleflimler genellikle küçük veya geçici konstrüksiyonlarda uygulan rlar. fiekil 6 da gösterildi i gibi, çok say da farkl düzlefltirme tekniklerini uygulamak mümkündür. Tam veya k smi düzlefltirme iflleminde, eleman n flekil de ifltirme ucunun yatayla yapt aç n n maksimum %25 olmas gereklidir(bkz. fiekil 6B-6C). Bas nç dayan m da, d o / t o 25 durumunda düzlefltirme sonucunda azalma göstermektedir[1]. Kaynakl birleflimlerde, yerel burkulmaya izin vermemek aç s ndan düzlefltirilmifl k sm n boyu çok uzun tutulmamal d r. N-tipi bindirmeli birleflimler için[23] ilgili hesap dayan m formülleri, fiekil 26 da verilmifltir. [23] te düfley çapraz eleman n n tafl ma gücü ile k yasland nda hesap dayan m na çevirmek aç s ndan 1.25 katsay s kullan lm flt r. Bu birleflim tipinin davran fl enkesit ölçülerine fazlaca ba l oldu undan, verilen ampirik formüllerin kullan m nda, afla da verilen s n r de erleri dikkate al nmal d r: Denenen Ebatlar Denenen Parametreler 114 d o do 50 t o 42 d d1 0.8 d o 3 t o 8 3 t d 1 =1.0 d 2 t 1 =1.0 t 2 O Ov 75% f yi 400N / mm2 θ 1 = 90 o ; θ 2 =45 o Akma gerilmesinin %80 ine kadar öngerme uygulanan bafll k birleflimlerinin dayan m, f(n )= n (0 n -0.8) de eri ile çarp lmal d r. Daha yüksek öngerme kuvvetleri yeterli deney sonuçlar bulunmad ndan kabul edilemez. Dü üm noktalar, a z düzlefltirilmifl birleflimlerle yap lan kafes sistem elemanlar n n etkin burkulma boylar, sistem boylar na eflit al nmal d r. fiekil 27 de görüldü ü üzere, k smi birleflimler için 5AP isimli CIDECT Program kapsam nda çal flmalar devam etmektedir[26]. Afla daki de ifliklikler yap ld takdirde fiekil 8 de verilen formüller, a z k smi düzlefltirilmifl birleflimler için de kullan labilir: T- ve X-tipi birleflimler bas nç alt nda : Ni* formülünde, d 1 yerine d 1 min Boflluklu K-tipi birleflimler: Ni* formülünde, d 1 yerine (d 1+d 1 min) 2 40

43 fiekil 26 - Ucu yass laflt r lm fl birleflimler için tasar m tablosu fiekil 27 - Ucu k smi yass laflt r lm fl K-tipi birleflimler 41

44 5. Bulonlu Birleflimler Boru profillerin birleflim hesap esaslar, temelde, di er tip profillerinkinden farkl l k göstermez(bölüm 6.5 de baz hesap örnekleri verilmifltir). Bulonlu birleflimler, özellikle önceden imal edilen elemanlar n flantiyede birlefltirilmesi aç s ndan uygundur. fiekil ve 33 te bulonlu birleflimlere ait çeflitli örnekler verilmifltir. Levha I- profilden kesme Boru Profil Parças fiekil 28 - Civatal Kafes Birleflimleri Kaynakl saplama Kaynakl Kutu fiekil 29 - Civatal afl k birleflimleri 42 fiekil 30 - Civatal Uç Birleflimleri

45 Flanfll tip birleflimler için çok say da araflt rmalar yap lm flt r[27,28]. Ancak basit tasar mlar için en kapsaml s 1990 da Japonya da yap lan Boru konstrüksiyonlar n Tasar m ve malat Esaslar [29] ad ndaki çal flmad r(bkz. fiekil 31). Bu birleflim detaylar n n hesab na yönelik çal flmada, kopma durumlar, yüksek mukavemetli bulonlar n kopmas ndan ziyade bafll k levhalar n n plastikleflmesinden olmufltur. fiekil 31 de gösterilen detaylar, STK41 borular (minimum akma gerilmesi: 235 N/mm 2, minimum kopma gerilmesi: 402 N/mm 2 ), SS41 levhalar (minimum akma gerilmesi: 245 N/mm 2 ) ve F1OT bulonlar (kopma mukavemeti 10.9 kalitesindeki c vatalara yak n = 981 N/mm 2 ) içindir. maks. boru profil ölçüleri bafll k levhas kal nl nominal çap minimum civata say s kenar mesafe fiekil 31 - Bafll k levhal birleflimler için standart detaylar (tam dayan ml birleflimler) [28] e göre, bafll k levhas kal nl tf afla daki formüllerden elde edilebilir: t 1 2 N 1 γ m f yp π f 3 N i f yp γ m f 3 t f = çekme kuvveti = levha akma gerilmesi = 1.1 (k smi güvenlik katsay s ) = birimsiz de er (fiekil 32 den) = levha kal nl 43

46 fiekil 32 - Bir bafll k levhal birleflim tasar m nda 5.1 formülünde kullan lacak f 3 de eri grafi i Boru Profilden teflkil çat konstrüksiyonu 44

47 e1 mesafesi(bkz. fiek.31) mümkün oldu unca k sa tutulmal d r(1.5-2d aras, d=bulon çap ); ancak somun ve kaynak aras mesafesi en az 5 mm olmal d r. Bulon say s afla daki formülden elde edilir: burada: r 1 = (d i /2 + 2e1) r 2 = (d i /2 + e1) T u = bulon çekme tafl ma gücü Di er faktörler için bkz. denklem 5.1. fiekil 33 - Baz Civatal Birleflimler 45

48 6. Say sal Örnekler 6.1. a) Düzlem Kafes Kirifller * Kafes Kirifl Geometrisi: Aç kl k = 36 m, Kafesler L 12m merkezi Afl klar, L 6m merkezi Kafes kirifl yüksekli i ~ aç kl k 15 = 2.40 (Toplam maliyet, kaplama, sehimler göz önünde bulunduruldu unda genelde ekonomik bir yükseklik verir.) fiekil 35 - Kafes geometrisi Dü üm noktas say s n azaltmak aç s ndan, K-tipi birleflimlerin yerald Warren-tipi kafes seçilmifltir. Kafes zati yükü de dahil edilerek ve yük katsay lar ile çarp larak elde edilen afl k yükü P = 108 kn olarak hesaplanm flt r. Eleman Kuvvetleri: Kafes kirifl elemanlar n n dü üm noktalar mafsall olarak analiz edilmifl ve afla daki de erler elde edilmifltir. fiekil 36 - Kafes eleman kuvvetleri Elemanlar n Boyutland r lmas : Bu örnekte bafll k elemanlar için akma gerilmesi 355N/mm 2 olan çelik, örgü elemanlar için akma gerilmesi 275 N/mm 2 olan çelik kullan lacakt r. Eleman boyutland rmas için, gerek etkili uzunlu un dikkate al nd eleman kesit dayan m tablolar, gerekse burkulma e risi tablolar kullan labilir. Seçilen eleman enkesitlerinin bulunup bulunmad kontrol edilmelidir. Genelde dü üm noktalar belirleyici olduklar ndan bafll k eleman çok ince seçilmemelidir. Genelde, et kal nl standart sürekli bir bafll k eleman en iyi çözümdür. Üst bafll k Etkili düzlem içi ve d fl burkulma boyu afla daki gibi hesaplanan sürekli bir bafll k eleman için: I e = 0.9 x 6000 = 5400 mm [7,16], bkz. Bölüm 2.2. N o = 1148 kn 46

49 Uygun kesitler Eurocode 3 burkulma e risi a Malzeme aç s ndan bak ld nda, ø244.5 x 5.6 ve ø en uygunlar olarak gözükmekle beraber, bu örnekte düflünülen, üretici firman n sto unda bulunmamaktad r. Bu profiller ancak çok say da talep edildi inde üretilebilecektir(bu örnekte de öyle kabul edilmifltir). Alt bafll k Uygun kesitler Diyagonaller ƒ yo t o 2.0 ƒ y1 t oran n veya ti ( 4.5mm yi sa layan elemanlar seçilecektir, bkz.formül t1 Bas nca çal flan diyagonaller için etkili burkulma boyu 0.75 x l al nacakt r = = 2.88 m [7, 16], bkz. Bölüm 2.2. Bas nç diyagonalleri Uygun kesitler Eurocode 3 burkulma e risi a et kal nl kaynak için oldukça nicedir. 47

50 Çekme diyagonalleri Uygun kesitler Eleman Boyutland rmas Eleman boyutlanmas nda kaç çeflit enkesit tipi seçilece i gibi konular, siparifle esas tonaja ba l d r. -örgü elemanlar : Ø Ø üst bafll k: Ø alt bafll k: Ø (Bu bafll k kesitlerinde boflluklu birleflim detay uygulanabilir, ancak d flmerkezli birleflime izin verilmez.) d o / t o oran n n yüksek seçilmesi 2 ve 5 noktalar nda, birleflim problemleri yaratmaktad r. fiekil 36 - Eleman Kesitleri De erlendirme ve Revizyon Dü üm noktas 1: Dü üm noktas 1 1 no lu dü üm noktas nda, g=2t o mesafesinde bir boflluk b rak lm flt r. Birleflim K(N) tipi olarak tahkik edilmifltir. Üst bafll k eleman, 2.5xP=2.5x108=270 kn de erinde bir kesme kuvvetini karfl layabilecek dayan ma sahip olmal d r. 1 no lu dü üm noktas a r yük etkisi alt nda oldu undan, bafll k eleman n n elastik kesme dayan m na göre boyutland r lmas tavsiye edilir. fiekil Ao fyo = = 485kN > 270 kn

51 Dü üm noktas dayan m kontrolü gerçek birleflim parametresi verimlilik birleflim dayan m verimlili i (bkz. fiekil.ii) notlar Birleflim bafll k örgüler evet hay r evet evet evet evet evet evet evet evet evet evet evet Burada 4. dü üm noktas, levhalar birleflim fijitlefltirdi inden K- tipi birleflim olarak de erlendirilmifltir. ( yükleme X- tipne benzemesine ra men) 49

52 Birleflim 2 fiekil 38 Dü üm Noktas 2 2 no lu dü üm noktas n n dayan m yeterli de ildir. Yeterli birleflim dayan m elde etmenin en pratik yolu, boflluk mesafesinin 12.8to dan 3to a indirilmesi ve böylelikle birleflim veriminin 0.86(0.82 yi sa lamas d r. Ancak bu da, e=28mm lik negatif moment etkisi yaratan bir d flmerkezlik meydana getirir. M=( ) =15.12 knm 1-2 ve 2-3 aras ndaki eleman boylar ve EI çarp m de erleri (bkz. fiekil 36) ayn oldu undan bu moment de eri, her iki eleman aras nda eflit olarak da t labilir. Sonuç olarak, her iki eleman da M o =7.56 knm lik bir ilave moment de erine göre boyutland r lmal d r. 1-2 ve 2-3 aras ndaki bafll k elemanlar kolon-kirifl eleman olarak boyutland r lacakt r. Bu durumda en kritik eleman, 2-3 aras ndakidir. Genelde geçerli olan ba nt afla daki gibidir: N o + k x A o f yo burada, M o 1.0 M p b (6.1.1) M Plo k = Bafll n plastik mukavemeti(w Plo.f yo )(1 ve 2. s n f kesitler) 3.s n f kesitler için elastik mukavemet momenti (W eo.f yo ) kullan lmal d r. = narinli e ba l olan ikinci mertebe etkilerini, kesit s n fland rmas n ve moment diyagram tipini dikkate alan bir katsay d r k = k < 1.0 (fiartnameden ba ms z olarak) Afl k birleflimleri: Afl k tiplerine ba l olarak çeflitli birleflim detaylar uygulanabilir. Korozyon tehlikesinin fazlaca bulunmad durumlarda [ dan kesme elemanlar n bafll a kaynat ld detay uygun olabilir. fiekil 39 - Afl k Yükü fiekil 40 - Afl k Birleflimi fiekil 25 te, guse levhalar n boru profillere kaynakland detaylara ait dayan m formülleri veril- 50

53 mifltir. Afla da, merkezde yap lacak bir afl k birleflim detay na örnek verilmifltir. Burada üst bafll k eleman da ayn noktada birbirine sahada bulonlarla birlefltirilmektedir. Di er bir seçenek fiekil 41 - fiantiyede afl k - makas birleflimleri te, üst bafll k elemanlar nda yaln zca al n levhalar n n bulundu u durumdur. Afl k momenti, bu birleflimde al n levhalar n n aras na girecek bir T-profil yard m ile teflkil edilir. Bafll k Levhas yla yap lan c vatal birleflimler: Alt bafll k eleman ba lant s : fiekil 31 e göre, tam dayan ml bir birleflim için, 6 Ø c vata kullan lmas gereklidir. Buradaki bafll k eleman Ø olup f y =235 N/mm 2 dir. Bu örnekte ise, kullan lacak profil ve levhalar n enkesit ve akma gerilmeleri fiekil 31 dekinden farkl olup, c vata dayan mlar ayn seçilecektir. Bu da birleflimde ayn say da c vata kullan ld ndan bu faktörlerin etkisini ortaya ç karacakt r. Ø ebad nda f y =355 N/mm 2 ve ayn c vata dayan m na sahip bir eleman birlefliminde kullan lacak tahmini c vata say s : x = 12 bulon Ø x Bafll k levhas t=20mm (f y =355 N/mm 2 ) olup, kenar mesafeleri e 1 =e 2 =35mm olacakt r. Bir baflka alternatif te: x = 10 bulon Ø Bafll k levhas t=22mm x 8.0 (f y=355 N/mm 2) olup, kenar mesafeleri e 1=e 2=40mm olacakt r. C vatalar n merkezden merkeze mesafeleri dikkate al nd nda, her iki seçenek te mümkündür. Üst bafll k eleman ba lant s : Üst bafll k kuvveti temas bas nc ile aktar l r. Bu sebeple, gerekli c vata say s daha ziyade, montaj esnas nda oluflabilecek çekme gerilmeleri gözönünde bulundurularak tespit edilir. Genelde yerel flartnameler gerekli c vata say s n n, birlefltirilecek eleman n çekme dayan m ndan hesaplanmas n ister. Dolay s yla, bas nca çal flan bir bafll k eleman n n birleflim hesab nda esas al nacak kuvvet, eleman n n çekmeye karfl gösterece i dayan mdan tespit edilecektir. Tam dayan ml birleflim durumunda 12 adet ( c vatas, 22mm kal nl kl (fy=355n/mm2) bafll k levhas ve 40mm kenar mesafesi olan bir birleflim uygulanacakt r x = x Uç mesnet birleflimi de, fiekil 28 te gösterildi i gibi yap labilir. 51

54 b) Kemer Kafes: fiekil 42 - Kemer Kafes Kemer kafesin dü üm nokta detaylar, düzlem kafesinkiler gibi hesaplanabilir. Kemer kafes, sadece dü üm noktalar n n bükülerek flekillendirilmesi durumunda, bafll k elemanlar aynen düzlem kafestekiler gibi al nabilir. Ancak enkesitin çarp lmamas aç s ndan, bükülme yar çap n n belli s n r de erler alt nda kalmas gereklidir(4(. Kemer kafes üst bafll n n, sürekli büküm fleklinde flekillendirildi i durumlarda, bafll k elemanlar, iki dü üm noktas aras nda belirli bir e rili e sahip olacakt r. Bu durumda, bafll k boyutland r lmas nda, d flmerkezlikten kaynaklanan ilave moment (moment=eksenel yük x d flmerkezlik) dikkate al nmal ve bafll k eleman kolonkirifl olarak düflünülmelidir(bkz.ba nt 6.1.1). Moment diyagram ndan dolay, formülündeki k katsay s, Bölüm 6.1 deki örnekte geçen katsay dan daha küçüktür. fiekil 43 - Bir Kemer kafes kiriflte bas nca maruz bafll k elemanlar nda d fl merkezlikten do an momentler c) Vierendeel Kirifli: fiekil 44 - Virendeel Kirifli Ayn el/l ye sahip üst ve alt bafll k elemanlardan oluflan Vierendeel kiriflleri için, afla daki basit yöntem gelifltirilmifltir. Ancak bu durumda; -yükler dü üm noktalar na etkitilmeli, -birleflimler rijit olmal, -bafll k elemanlar n n boyuna yöndeki yerde ifltirmeleri ihmal edilebilir olmal d r. Bu flartlar alt nda, dü üm noktalar aras ndaki noktalarda oluflacak moment de erleri s f r olaca ndan, moment da l m kolayca yap labilir. fiekil 45 - Basit Modelleme 52

55 a) Moment ve yük da l m b) Virendeel Kiriflte Kesme Yükü c) Elemanlardaki momentler fiekil 46 - Bir Virendeel Kiriflteki Yük Da l m. Bafll k elemanlar : Afla daki durumlar için, bas nca maruz bafll k elemanlar, bir kolon-kirifl eleman olarak boyutland r lacakt r (P de eri kn cinsindendir). No=1.5P kn ve M o = 1.88P knm (1.25P kn kesme) No=3.9P kn ve M o = 1.12P knm (0.75P kn kesme) No=5.1P kn ve M o = 0.38P knm (0.25P kn kesme) En elveriflsiz durum, en yüksek momentin oldu u birinci durumdur. Örgü Elemanlar : Örgü elemanlar moment, eksenel ve kesme yükleri alt nda tahkik edilmelidir. Gösterildi i üzere, ikinci örgü eleman en elveriflsiz olan d r. M 1 =3.0 P knm; N 1 =0.5 P kn; 2.4 P kesme yükü. Birleflimler: kinci örgü eleman na yap lan birleflim, en yüksek momente maruz birleflimdir. Bafll ktaki moment, örgü eleman ndaki momentle dengededir. Sonuçta, öngerme kuvveti f(n ) alt nda tahkikleri gerekli de ildir. Alt ve üst bafll k elemanlar ayn ise, alt bafll k eleman çekmeye çal flt ndan, üst bafll ktaki birleflimler elveriflsizdir. Bafll k elemanlar için tayin edici olan kesit tesirleri momentlerdir. Örgü elemanlarda, en yüksek moment de eri ikinci elemanda meydana gelir. Bu durumda 53