ÖĞR. GÖR. MUSTAFA EFİLOĞLU

Transkript

1 ÖĞR. GÖR. MUSTAFA EFİLOĞLU

2 KAYNAKLAR

3 KAYNAKLAR

4 İÇERİK MALZEME BİLGİSİ BİRLEŞİMLER- KAYNAKLI BİRLEŞİMLER BİRLEŞİMLER- BULONLU BİRLEŞİMLER ÇEKME ELEMANLARI BASINÇ ELEMANLARI EĞİLME ELEMANLARI

5 18. Yy da İngiltere ham demir üretimine başlamasıyla çelik yapısal malzeme olarak kullanılmaya başlamıştır. Metalin yapısal malzeme olarak kullanımı dökme demirle(font) başlamış ve yapısal olarak kullanıldığı ilk yapı Coalbrookedale Köprüsüdür. (1778) 1840 yılından itibaren dökme demirin yerini dövme demir almaya başlamıştır. Dövme demirin kullanıldığı ilk örnek Galler de inşaa edilen Brittania Köprüsüdür.( ).

6 70 m 140 m 140 m BRITTANIA KÖPRÜSÜ- dövme demir levhaları ile

7 ÇELİK Ham demirin iç yapısı yüksek miktarda karbon,fosfor, silisyum içerdiği için haddelenemiyor ve dövme işlemi yapılarak şekil verilemiyordu. Bu sebeple demirin arıtılması gerekiyordu. Özellikle karbon miktarında 1885 ten itibaren ham demirin sıvı haldeyken arıtılması sağlanmış ve 1890 yılından itibaren dövme demir yerini artık ÇELİK malzemeye bırakmıştır.

8 YAPISAL ÇELİK ÜRETİMİ Demir cevherinin yüksek fırınlarda kok kömürü ile eritilmesiyle ham demir elde edilir. Ham demirin içinde şekil verilebilmesini engelleyen oranda fosfor, silisyum ve özellikle de karbon bulunmaktadır. Elektrik veya oksijen fırınlarında ısıl işlemler ve ilave elementlerle bu oranlar istenilen seviyelere getirilir. Bu maddelerin miktarlarına göre yapısal çeliğin dayanımı belirlenir.

9

10 HADDELEME Malzemenin sıkıştırılarak daha yoğun hale getirilmesi ve istenen formlarda daha küçük parçalar halinde şekil verilmesi işlemidir. Plastik şekil verme işlemi de denir. Malzemelerin özellikleri belirli sıcaklıklarda değişmeye başlar ve mukavemet özelliklerinde değişmeler meydana gelir. Haddeleme işlemi çeliğin özelliklerini değiştirebilecek sıcaklıklarda yapılırsa bu sıcak haddeleme, daha az sıcaklıkta yapılırsa bu işleme soğuk haddeleme denir. Genelde sıcak haddeleme işlemi yapılır ( ᵒC)

11

12

13 YAPISAL ÇELİĞİN BİLEŞİMİ Üretim aşamasında belirli oranlarda * Karbon * Silisyum * Manganez * Alüminyum * Fosfor * Bakır

14 Karbon yüzdesi Karbon miktarı çok önemlidir. Karbon miktarı arttıkça yapısal çeliğin dayanımı artarken sünekliği ve kaynaklanabilirliği azalır. Genel olarak karbon miktarı çelik ağırlığının %0,15 - %0,30u arasındadır.

15 Yapısal Çelik Elemanları ve En Kesitleri Eşit yada farklı korniyerler vardır. KÖŞEBENT de denir.

16

17

18 YAPI MALZEMESİ OLARAK ÇELİK P noktasına kadar Hook Kanunu geçerlidir. F noktası malzeme akma değerine ulaşmıştır. Akma durumunda meydana gelen büyük deformasyondan sonra malzeme kendini toparlar ve gerilme yeniden artmaya başlayarak maksimum gerilme (σ B ) değerine ulaşır. Akmadan sonra gerilmenin yeniden artmasına pekleşme denir. Maksimum gerilme değerine ulaştıktan sonra mühendislik gerilmesi azalmaya başlar, çünkü çelik boyun verme bölgesine girmiştir ve neticede numune kopma gerilmesine ulaşır

19 ÇELİK MALZEMESİNİN DAVRANIŞINI BELİRLEYEN KRİTERLER 1. AKMA DAYANIMI ( Fy) 2. ÇEKME DAYANIMI (Fu, pekleşme bölgesi) 3. GERİLME-UZAMAK KARAKTERİSTİKLERİ 4. ELASTİSİTE VE KAYMA MODÜLLERİ 5. SÜNEKLİK 6. TOKLUK 7. YORULMA DAYANIMI 8. KAYNAKLANABİLİRLİK

20 Gerilme şekil değiştirme eğrisinin elastik bölgesinde; E = Mpa Kayma modülü ; kayma gerilmesinin kayma uzamasına oranı G= Mpa, v=0,3 Kayma modülü genellikle,elastisite modülünün %40ı civarındadır.

21 SÜNEKLİK ( DÜKTİLİTE) Büyük gerilme değerlerine ulaşıldığında yerel olarak akmaya izin vererek gerilmenin tekrar dağılımını sağladığı için, süneklik çelik için önemli bir özelliktir. Çelik kırılmadan önce büyük şekil değiştirmeler yapabildiği için sünek bir malzemedir.

22 TOKLUK ( SERTLİK) Çeliğin gevrek kırılmaya gösterdiği direnç yada dayanım. Metalde bir çentik bulunması durumunda,bu çentik sebebiyle metalde meydana gelen değişen çatlak gelişimine karşı dayanım.

23 YORULMA Tekrarlı yükler etkisinde, özellikle çekme kuvveti etkisi altında, çelik akma değerine ulaşmadan kırılabilir. 1. Tekrarlı yük sayısı 2. Maks ve min gerilme arasındaki fark 3. Süreksizliğin başlangıç boyutu

24 KAYNAKLANABİLİRLİK Kaynak çatlama hassasiyetinin ve birleşimin sağlamlığının ölçülmesidir. Çeliğin bileşimindeki karbon oranının etkisi çok büyüktür.

25 BAZI YAPISAL ÇELİKLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

26 ÇELİĞİN AVANTAJLARI & DEZAVANTAJLARI MALZEME SEÇİMİNDE ETKİLİ OLAN FAKTÖRLER 1. Yapının fonksiyonu ( köprü, baraj, konut vs) 2. Kullanım süresi 3. Maliyet 4. Bakım 5. Geçici yada sürekli kullanım 6. Temel zemini

27 AVANTAJLARI 1. Çelik homojen ve izotrop bir malzemedir. Mekanik özellikleri herhangi doğrultu boyunca değişmez. 2. Çeliğin elastiklik modülü diğer malzemelere oranla çok yüksektir. Dolayısıyla mukavemeti yüksek olduğundan yapıda kullanılan çelik hacmi küçülür: Çelik yapılar göreceli olarak hafiftir. 3. Burkulmasız durumda çeliğin çekme mukavemeti, basınç mukavemetine eşittir. 4. Sünek bir malzemedir. Büyük şekil değiştirme yapabilir, deprem yükleri ve zemin oturmalarını karşılamak açısından optimum çözümler sunar. 5. Çelik taşıyıcı elemanlar, büyük ölçüde atölyelerde hazırlanır. Şantiyede yalnız montaj işleri yapılır. Bu bakımdan inşa süresi kısadır, ayrıca hava koşullarından neredeyse bağımsızdır. 6. Çelik yapılarda takviye ve taşıyıcı elemanların değiştirilmesi nispeten kolaydır. 7. Çelik yapılar sökülüp yeniden kullanılabilir. 8. Montaj tamamlandığı anda tam yükle çalışırlar, beklemek gerekmemektedir. 9. Geri dönüşüm oranı çok yüksektir.

28 DEZAVANTAJLARI 1. Yanıcı bir malzeme olmamakla birlikte, yüksek sıcaklık derecelerinde mukavemetinde hızlı bir düşüş olur. Ayrıca ısıyı iyi ilettiğinden mukavemet düşüşü hızlı gerçekleşir. 6000C dan sonra kullanılamaz hale gelir. Yangına karşı tedbirler alınması gereklidir. 2. Paslanmaya karşı dayanıksızdır. Sürekli bakım gerektirir. Boyama, betona gömme, korozyona dayanıklı özel alaşımlı çelik kullanma vs. 3. Asit, baz ve tuza karşı dayanıksızdır. 4. Ses ve ısıyı iyi iletir, dolayısıyla yalıtım gerektirebilir. 5. Çelik yüksek mukavemetli bir malzeme olduğundan seçilen kesitler narindir. Burkulma yerel burkulma gibi olası stabilite problemleri hesaplar sırasında dikkate alınır. Ayrıca narinliğin derecesine bağlı olarak elemanların basınç taşıma gücü çekmeye oranla bir miktar daha küçüktür. 6. Kalifiye işçi bulunma problemi olabilir. 7. Yapımından sonra sürekli bakım ister.

29 ÇELİK YAPILARIN KULLANIM ALANLARI

30

31

32

33

34 ÇELİK/BETONARME YAPILARIN TASARIM KURALLARI 1. Bir yapı hem bütünüyle hem de kendini oluşturan elemanlarıyla stabil olmalı ve dış ortamdan üzerine gelen zorları, öngörülmüş özel düzenlerle yapının temeline iletebilmelidir. 2. Zorlar (Yükler) bu iletim sırasında bir elemandan diğerine geçerken yolları üzerinde birleşimlerle karşılaşacakları için, birleşim detayının iyi çözümü ve birleşim için gerekli küçük hesapların dahi ihmal edilmemesinin önemi burada ortaya çıkar. Tek bir kötü birleşim, bütün elemanları doğru olarak boyutlanmış bir yapının göçmesine neden olabilir. 3. Hesap hipotezleri yapıda gerçekleştirilen birleşimlere, ya da birleşimler hesaptaki varsayımlara uymalıdır.

35 Tipik bir yapı için optimum çözümün elde edilmesinde eğerlendirilmesi gereken kriterler ; Maliyet Ağırlık İnşaat Süresi İşçilik Bu optimum çözümün gerçekleşebilmesi için tasarımın iki aşaması çok önemlidir. 1. Fonksiyonel tasarım aşaması 2. Taşıyıcı sistem tasarım aşaması

36 Fonksiyonel tasarım, yapının hizmet amacıyla ilgili mimari ve estetik gereklilikleri ile ilgilidir. Taşıyıcı sistem tasarımı, işletme yüklerini güvenle taşıyabilen ve yer değiştirmeleri belirli sınırlar içinde kalan yapısal elemanların seçilmesi ve boyutların belirlenmesidir. En elverişsiz yükleri, en ekonomik kesitlerle tasarlayabilmek. Çelik yapılarda ekonomi : en düşük ağırlığa sahip kesitin seçilmesidir. (işçilik önemli) Yapı güvenliği doğru tasarım ve malzeme, işçilikte kalite ile sağlanır.

37 Yapılara Etkiyen Yükler Çelik yapılara etkiyen yükler TS 498 den alınır. Esas yükler : Sabit, hareketli ve kar yükleri İlave yükler : Rüzgar, deprem, ısı değişimi, montaj aşamasındaki yükler. TS 498 Yapı elemanlarının Boyutlandırılmasında Gözönüne Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri

38 Çelik Yapı Tasarımında Kullanılan Standart ve Yönetmelikler TS 648 Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları 1980 DBYBHY 2007 Eurocode 3 AISC BS 5950

39 ÇELİK YAPILARIN TASARIM YÖNTEMLERİ ŞART : Seçilen kesit maruz kaldığı yükler altında emniyetli ve ekonomik olmalı. Yük Etkisi : Çekme, Basınç, Moment, Deformasyon Gerekli Dayanım : Çelik Yapı Tasarımında Kontrol Edilecekler ; 1. Taşıma gücü sınır durumu*** 2. Kullanılabilirlik sınır durumu ***

40 ÇELİK YAPILARIN TASARIM YÖNTEMLERİ 1. Emniyet Gerilmeleri Yöntemi ( Allowable Stress Design) 2. Plastik Tasarım ( Plastic Design) 3. Yük ve Mukavemet Faktörü İlkesi

41 1. EMNİYET GERİLMELERİ YÖNTEMİ Boyutlandırma sırasında; bir elemana ait enkesit alanı ve/veya enkesit atalet momenti gibi büyüklükler, bu elemanda oluşacak gerilmelerin emniyet gerilmesi ( oluşmasına izin verilen en büyük gerilme ) değerinden küçük olmasını sağlayacak yeterlikte olmalıdır. Bu emniyet gerilmesi değeri mutlaka malzemenin elastik davrandığı bölgede olmalı ve akma gerilmesinden küçük olmalıdır. Emniyet gerilmesi, akma gerilmesini belli bir emniyet katsayısına bölmek suretiyle elde edilir. em em f ( akma_ gerilmesi )

42 2. PLASTİK TASARIM Normal yüklerden çok daha büyükleri alınır. Yük katsayıları ile büyütülür. Çok büyük deformasyonlar vardır. ( Plastikleşme) 3. YÜK VE MUKAVEMET FAKTÖRÜ İLKESİ Etkiyen yük güvenlik katsayısı ile arttırılıyor Yapı eleman dayanımı arası bir sayı ile küçültülüyor.