ÇELİK YAPILAR 1. Hafta. Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ÇELİK YAPILAR 1. Hafta. Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli"

Fidan Yazar
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ÇELİK YAPILAR 1. Hafta Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli 1

2 Hangi Konular İşlenecek? Çelik nedir, yapılara uygulanması ve tarihi gelişimi Çeliğin özellikleri Çelik üretimi, haddelenmesi, ürünleri Birleşim araçları Boyutlandırmanın temel ilkesi Çelik birleşim araçları Tasarım kuralları Çekme çubukları Basınç çubukları Dolu gövdeli kirişler Domke metodu 2

3 Çelik Nedir? Mekanik olarak dövülebilen, işlenebilen, preslenebilen ve şekil verilebilen demir alaşımlarına çelik denir. SORU: Çelik ile demir arasında ne fark var? CEVAP: Çelik ile demir arasında çok az bir fark vardır. Saf demir bir bakır kadar yumuşaktır. Onun içine yüzde 2 ye kadar karbon katılması ile inanılmaz bir mukavemet, sertlik ve mekanik özellikler elde edilir ki, adı artık çeliktir. Demirin bol olması, kolay ve ucuz elde edilmesi nedeniyle çeliğin de kullanımı çok yaygındır. 3

4 Demir Doğada Nasıl Bulunur? Demir yer kabuğunda en çok bulunan metaldir. Kabuğun da yaklaşık olarak % 4.5 ini teşkil eder. Meteorlar haricinde serbest halde bulunmaz. Doğada demir cevheri; oksit, hematit, hidroksit, limonit ve karbonatlar halinde bulunur. 4

5 Çeliğin Tarihi Gelişimi 18. yy da İngiltere de ham demir üretimine başlanması ile birlikte, çelik yapısal malzeme olarak kullanılmaya başlanmıştır. Metalin yapısal malzeme olarak kullanımı, dökme demir yani font ile başlamıştır. Çeliğin yapısal olarak kullanıldığı ilk yapı Coalbrookedale köprüsüdür. 5

6 Coalbrookdale Köprüsü 1778 yılında inşa edilmiştir. 6

7 Çeliğin Kronolojisi 1840 yılında dökme demirin yerini dövme demir almıştır, 1846 yılı ile 1850 yılları arasında dövme demirden Brittania Köprüsü inşa edilmiştir. 7

8 Çelik Hangi İhtiyaçtan Doğmuş? Ham demirin yapısında yüksek miktarda karbon, fosfor ve silisyum olduğu için haddelenemiyor ve şekil verilemiyordu, Bu durum demirin arıtılması gereksinimini doğurdu, Bu arıtılmada öncelikli olarak karbonun azaltılması gerekmekteydi, 1885 yılında karbonun sıvı halde arıtılması sağlanmış, 1890 yılından itibaren de; Karbon miktarı % 0.16 ile % 0.20 arasında sınırlanmış, Yapısında Fosfor, Kükürt, Azot, Nikel, Vanadyum, Krom bulunan çelik üretilmiştir. Daha sonra yüksek mukavemetli çelik üretilmiştir. Yüksek mukavemetli çelikte; Volfram, Nikel, Vanadyum, Krom gibi elementler bulunur. 8

9 Hangi Element Normal Çelikte Neyi Değiştirir? SİLİSYUM: Mukavemeti arttırır. Kaynaklanabilme özelliğini ve paslanmaya karşı direnci arttırır. Karışımdaki toplam oranın % 0.55 ini aşmamalıdır. Aksi takdirde işlenebilirlik azalır. ALÜMNİYUM: Fosforun zararlı etkisini ortadan kaldırır. Darbeli kuvvetlere karşı dayanıklığı arttırır. MANGANEZ: Mukavemeti arttırdığı gibi çeliğin dövülebilme, kaynaklanabilme özelliklerini arttırır. Dahası, paslanmaya, aşınmaya ve az oranda da ısıya karşı dayanıklılığı iyileştirir. BAKIR: Paslanmaya karşı mukavemeti ve sünekliği arttırır. 9

10 Hangi Elementler Yüksek Mukavemetli Çelikte Neyi Değiştirir? KROM: Mukavemeti arttırır, ayrıca paslanmaya ve sürtünmeye karşı direnci de arttırır. NİKEL: Mukavemeti ve plastikliği arttırır. MOLİBDEN ve BOR: Mukavemeti ve plastikliği arttırırlar. Çok kalın ve yüksek mukavemetli levha üretiminde kullanılırlar. VANADYUM: Isıya ve aşınmaya karşı direnç sağlarlar. 10

11 Karbon Yüzdesi Değişirse Ne olur? Karbon miktarı dayanım, süneklik ve kaynaklanabilirliği etkiler. Aşağıdaki grafik de karbon yüzdesine göre bu durumun değişimini gösterir. 11

12 Yapısal Çelik Üretimi Demir cevherinin yüksek fırınlarda kok kömürü ile eritilmesiyle ham demir elde edilir. Ham demirin içinde şekil verilebilmesini engelleyen oranda; fosfor, silisyum ve özellikle karbon bulunmaktadır. Elektrik ve oksijen fırınlarında ısıl işlemler ve ilave elementlerle bu oranlar istenilen seviyeye getirilir. Bu maddelerle hem yapısal çelik üretimine geçilmiş olur, hem de yapısal çeliğin dayanımı belirlenmiş olur. 12

13 Haddeleme Nedir? Fabrikada çeliğe şekil verme işlemine haddeleme denir. SORU: Haddeleme nasıl olur? CEVAP: Malzemenin sıkıştırılarak daha yoğun hale getirilmesi ve istenen formlarda daha küçük parçalar haline getirilmesi işlemidir. Bu işleme plastik şekil verme işlemi de denir. Malzemelerin özellikleri belirli sıcaklıklarda değişmeye başlar ve mukavemet özelliklerinde değişimler olur. Haddeleme işlemi; çeliğin özelliklerini değiştirebilecek sıcaklıklarda yapılırsa bu sıcak haddeleme, daha az sıcaklıkta yapılırsa bu işleme soğuk haddeleme denir. Genelde sıcak haddeleme C arasındadır 13

14 Tavlama Nedir? Malzemenin uygun sıcaklığa kadar ısıtılıp, yavaş yavaş soğutulması işlemine Tavlama denir. Çelik kristalli bir malzemedir. Kırılma olmaksızın büyük şekil değiştirmeler olduğundan, çeliğe haddeleme gibi mekanik yöntemlerle şekil verilir. Ancak bu gibi soğuk işlemler, malzemenin pekleşmesine ve kırılmasına yol açabilir. Malzemeye başlangıçtaki yumuşaklığın ve sünekliğinin geri verilmesi istenir. Bunu yapabilmek için de malzeme belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılıp yavaş yavaş soğutulur. Bu olay Haddeleme ile Tavlama arasındaki ilişkiyi gösterir. 14

15 Çeliğin Avantajları Nedir? Homojen ve İzotroptur Emniyet katsayısı küçük alınır. Mukavemetli olduğu için az malzeme kullanılır. Çeliğin çekme ve basınç mukavemeti birbirine eşittir. Sökülüp tekrar kullanılabilir. İmalat ve İmalat ekipmanları için az alana ihtiyaç olur. Yapım süresi kısadır ve yapım maliyeti azdır. Düşük eleman boyları ile geniş açıklıklar geçilebilir. Yüksek hassasiyet ile boyutlandırılabilirler. 15

16 Çeliğin Dezavantajları Nedir? Yüksek sıcaklıkta mukavemeti ve elastik modülü hızla düşer. Su veya nem ile teması paslanmaya sebep olur. Ses ve ısı geçirgenliği olduğundan yalıtım problemi vardır. Sünekliği yüksektir. 16

17 Çeliğin Mühendislik Eğrileri Çelik yapılarda, mühendislik eğrileri iki çeşittir. Biri yumuşak çelik için akma şekil değiştirme eğrisi, Diğeri ise sert çelik için akma şekil değiştirme eğrisidir. 17

18 Yumuşak Çeliğin Akma Şekil değiştirme grafiği 18

19 Yumuşak Çeliğin Akma Şekil değiştirme grafiği P orantı sınırıdır. Bu noktaya kadar Hooke Kanunu geçerlidir. E ile F arasında malzeme elastiktir ama Hooke Kanununa uymaz. F noktasında malzeme akma değerine ulaşır. F sınırından sonra yatay ve zigzag giden eksen akma platosudur. Bu noktadan sonra eleman plastik şekil değiştirme yaptığı için deformasyon kalıcı olur. B noktasından sonra eleman boyun vermeye başlar ve boyun verdiği bölge yavaş yavaş kopmaya yaklaşır ve kopar. 19

20 Sert Çeliğin Akma Şekil değiştirme grafiği 20

21 Çelik Nerelerde Kullanılır? Büyük açıklıkların geçilmesinde, Hangi özelliklerinden dolayı? a) Hafif olması b) Yüksek dayanımlı olması c) Çekme dayanımının yüksek olması ve basınç dayanımına yakın olması Temel zemininin zayıf olduğu durumlarda, Hangi özelliğinden dolayı? Hafif ve sünek bir malzeme olmasından dolayı. 21

22 Çelik Nerelerde Kullanılır? Çok katlı yüksek yapılarda, Hangi özelliğinden dolayı? a) Hafifliği b) Yüksek dayanımlı olması c) Elastisite modülünün yüksek olması d) Sünek bir malzeme olması Sanayi yapılarında, Hangi özelliğinden dolayı? a) Yüksek dayanımından dolayı b) Elastisite modülünün yüksek olmasından dolayı c) Sünek bir malzeme olmasından dolayı d) Güçlendirme olanağının yüksek olması e) Yapım hızı 22

23 Çelik Nerelerde Kullanılır? Köprülerde, Hangi özelliğinden dolayı? a) Yüksek dayanımından dolayı b) Elastisite modülünün yüksek olmasından dolayı c) Sünek bir malzeme olmasından dolayı d) Güçlendirme olanağının yüksek olması e) Yapım hızı 23

24 Çelik Nerelerde Kullanılır? Prefabrike yapılarda, Hangi özelliğinden dolayı? a) Hafif olması, b) Sökülüp tekrar kullanılabilme olasılığının yüksek olmasından dolayı. 24

25 Sanayi Yapıları 25

26 Köprüler 26

27 Sosyal Yapılar 27

28 Çok Katlı Yapılar 28

29 Gökdelenler 29

30 Kaynaklar Deren, H., Uzgider, E., Piroğlu, F., Çağlayan, Ö., (2012). Çelik Yapılar, Çağlayan Kitapevi Keyder, E., Vasti, T., (2010). Çelik Yapı Elemanları, Seçkin Yayıncılık ve Dağıtım. Ruhi, A. M., Günaydın, A., (2013). Çelik Yapılar, Birsen Yayınevi Özhendekçi, N., Çelik Yapılar Ders Notları, YTÜ 30

Benzer belgeler

ÇELİK YAPILAR (2+1) Yrd. Doç. Dr. Ali SARIBIYIK

ÇELİK YAPILAR (2+1) Yrd. Doç. Dr. Ali SARIBIYIK Dersin Amacı Çelik yapı sistemlerini, malzemelerini ve elemanlarını tanıtarak, çelik yapı hesaplarını kavratmak. Dersin İçeriği Çelik yapı sistemleri, kullanım