Çelik yapılarda birleşim araçları şu sebeplerle kullanılır:

Transkript

1 BÖLÜ II. Çelik Birleşim Gereçleri Çelik yapılar, profillerin ve levhaların birleştirme elanları ile birleştirilmesi sonucunda elde edilir. Birleştirilen elanların zarar vermeden sökülüp, söküle durumuna göre ayrılabilir. Çözülebilen birleşim araçları bulonlardır. Çözüleyen birleştirme araçları ise perçin ve kaynaktır. Çözülebilen birleşim araçları (Cıvata (bulon)) Çözüleyen birleşim araçları (kaynak, perçin) olmak üzere iki türlüdür. Çelik elanların birleşiminde çözüm isteyen üç probl mevcuttur. Bunlar: 1) Kullanılabilecek birleşim aracının özellikleri (Bulon çapı veya kaynak kalınlığı) Birleştirilen elanların kalınlığına bağlı olarak belirlenir. ) Gerekli birlesim aracının miktarı (Bulon sayısı veya kaynak alanı) Birleştirilen elanlardaki kuvvete ve birleşim araçlarındaki gerilme değerleri esas alınarak belirlenir. 3) Birleşim araçlarının birleşim yerinde düzenlenmesi ve detay resminin çizilmesi Yönetmelikte belirtilen konstrüktif kurallara göre düzenle yapılır. Çelik yapılarda birleşim araçları şu sebeplerle kullanılır: Taşıyıcı sist elanlarını birbirine bağlamak (kiriş kolon birleşim noktalarını, mesnetleri, kafes sistlerde düğüm noktalarını teşkil etmek vb.) Taşıyıcı sist elanlarını birbirine eklek (büyük açıklıklı kafes sist alt başlığı veya mütadi kirişler gibi tek profilin yeterli gelmediği durumlar vb.) Zayıf enkesitlerin takviyesi ya da dolu gövdeli yapma profil üretmek. 19

2 .1. erçinli Birleşimler erçin, yuvarlak çelikten presle suretiyle elde edilen, delik çevresinde ezilme ve gövdesinde makaslama etkisiyle yük taşıyan birleştirme aracıdır. Bir daha çözüleyecek olan birleştirmelerde kullanılır. Yerine konmamış perçin, bir baş ve gövdeden meydana gelir. Esas perçin çapı yerine konmuş ve dövülmüş olanıdır. Çünkü yerine konmamış perçin çapı, yerine konmuş perçin çapından 1 mm küçüktür. Yerine yerleştirilen perçinin dövüldükten sonra deliği tamamen doldurmalıdır. Bu nedenle yerine konmamış bir perçin uzunluğunu yerine konduktan ve dövüldükten sonra h deliği dolduracak ve h de bir baş oluşturacak uzunlukta seçilmelidir. erçin üretiminde, ana malzeye göre daha yumuşak kalitede çelik kullanılır. St.37çeliği ile yapılan yapılarda kullanılacak perçin St.34, St.5 çeliği ile yapılan yapılarda ise, St.44 çeliği tercih edilir. Kopma uzamaları % 30 a yakındır 0

3 .. Cıvatalı (Bulonlu) Birleşimler Cıvatalar (Bulonlar) altıgen başlı, silindirik gövdeli, ucunda yiv(diş) açılmış olan birleşim aracıdır. Çelik yapıların birleşiminde normal cıvatalar ve yüksek dayanımlı (öngerilmeli) cıvatalar olmak üzere iki tür cıvata kullanılır. d d 1 Baş Gövde Somun d : Gövde çapı d 1 = Yiv Çapı D: Cıvata deliği çapı..1. ormal Bulonlar Cıvataların kuvvet aktarımları, gövdede makaslama ve delik çevresinde ezilme gerilmelerine göre hesaplanmaktadır. ormal cıvatalarda dikkat edilmesi gereken en önli husus, diş açılmamış gövde kısmı boyunun, birleştirilen elanların toplam boyunun, birleştirilen elanların toplam kalınlığından daha fazla olmasıdır. Somunun altına konan pul, bu fazlalığa rağmen somunun sıkılabilmesini sağlar. ontaj esnasında cıvata (bulon) deliğe konduktan sonra diş açılmış ucuna önce pul (rondela), ardından somun takılır. Cıvata başı bir anahtarla sabit tutulup diğer bir anahtarla somun saat yönünde döndürülerek sıkılır. ontajı kolay olduğundan genellikle şantiyede yapılan montaj birleşimlerinin cıvatalı olması tercih edilir. Öte yandan pahalı olduğundan ve 1

4 birleştirilen parçalarda enkesit kaybına neden olduğundan atölye birleşimlerinde bulon tercih edilmez. (a) Bulon, (b) Rondela (pul), (c) Somun, (d) Üçü bir arada ormal cıvatalar; Kaba cıvatalar (Kara cıvatalar) Uygun cıvatalar (arlak cıvatalar) olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır. Kaba cıvatalarda anılan çap gövde çapına eşittir. Cıvata deliğinin çapı anılan çaptan 1 mm fazladır. Uygun cıvatalarda anılan çap gövde çapından 1 mm azdır. Cıvata deliğinin çapı anılan çaptan 1 mm fazladır. Örneğin; Kaba ve uygun bulon arasındaki farklar: 1) Kaba bulonlarda bulon gövde çapı(d), delik çapından (D) 1mm kadar azdır (d=d-1). Uygun bulonlarda ise bulon gövde çapı, delik çapına eşittir mm çaplı bulonlar için 0.3 mm tolerans kabul edilir (D-d 0.3 mm). Daha küçük çaplarda bu miktar orantılı olarak azaltılır. ) Kaba bulonlarda diş açılmış kısmın dışında kalan gövde kısmı islenmiştir. Uygun bulonlarda ise bu kısım deliğe tam uyacak şekilde tornalanmak suretiyle düzgün olarak islenmiştir. Kaba cıvatada, d=d-1 mm; Uygun cıvatada d=d ratikte yaygın olarak kullanılan cıvata çapları ve uygulanacak olan delik çapları aşağıda verilmektedir.

5 Çekirdek (diş dibi) alanı: Bulonlarda dişli gövde kısmındaki, diş dipleri esas alınarak belirlenen enkesit alanıdır. Aynı isme sahip uygun ve kaba bulonlarda çekirdek alanları eşittir. ormal bulonlarda iki tür çelik kullanılmaktadır. Bunlar; 1) 4.6 Çeliği ( St 37 çeliği kullanılan yapı kısımlarında kullanılır) (4.6 çeliği : kopma mukaveti 4x10=40 kg/mm ve akma sınırı 0.6x40=4 kg/mm olan çeliği ifade etmektedir). ) 5.6 Çeliği (St 5 çeliği kullanılan yapı kısımlarında kullanılır) (5.6 çeliği : kopma mukaveti 5x10=50 kg/mm ve akma sınırı 0.6x50=30 kg/mm olan çeliği ifade etmektedir). Kaba bulon olarak 4.6 çeliği, uygun bulon olarak ise 4.6 ve 5.6 çelikleri kullanılmaktadır cıvata (Bulon) Hesapları : Cıvatalar eksenlerine dik, eksenleri boyunca ve h eksenlerine dik hde eskenleri boyunca çalışmaktadır. Cıvatalar eksenine dik zorlandığı durumlarda cıvata gövdesi ile delik yüzeyi arasında ezilme, cıvata gövdesi enkesitinde de kayma (makaslama) gerilmeleri oluşmaktadır. Ayrıca cıvatalar ezilme ve makaslama yanında eğilmeye de çalışmaktadır. Ancak cıvata çapının levha kalınlığına oranı nedeniyle eğilme gerilmeleri çok küçük kalır ve cıvatalarda ihmal edilebilir. 3

6 akaslamaya Çalışan Birleşim akaslamaya çalışan birleşimde deformasyon veya taşıma gücünü kaybetme durumu a) Levhanın yırtılmasıyla b) Cıvatanın kesilmesiyle c) Levhanın veya cıvatanın ezilmesiyle d) Levhadaki kesme yırtılmasıyla meydana gelmektedir. a) Levhanın Yırtılması: Levhalardaki yırtılma cıvata deliklerinin açılmasıyla en çok zayıflamış kesitte meydana gelmektedir. Bu nedenle en zayıf kesitteki faydalı en kesit alanı yükü karşılayabilmelidir. Boşluk çapı levha kalınlığına uygun şekilde seçilmelidir. rofillerin başlık ve kollarına açılabilecek maksimum cıvata deliği çapları tablolarda verilmektedir. Levhalar ve hadde profillerinin başlık ve kolları dışındaki bölgeleri için t cm cinsinden en küçük levha kalınlığı olmak üzere açılabilecek olan delik çapı ; DD 5tt 0. (cccc) dir. (Yalman Odabaşı, Hilmi Deren) b) Cıvatanın Kesilmesi: Cıvataların çalışmaları tek etkili veya çok etkili olarak değerlendirilmektedir. Burada etki sayısı makaslamaya çalışan kesit sayısı olarak dikkate alınmaktadır. 4

7 Tek etkili olarak çalışan cıvatalar; akaslamaya göre tek etkili cıvataların taşıyabileceği maksimum yük, m 4. m τ = m τ π. d /4 = π. d olmak üzere m τ π. d =. τ bağıntısı ile belirlenir. 4 : Cıvatanın kayma niyet gerilmesidir. Fe37 EY uygun bulon için τ=14 k/cm =1400 kg/cm =137 /mm (100 kg=1 k) Çift etkili olarak çalışan cıvatalar; akslamaya göre çok etkili olarak çalışan bir cıvatanın taşıyabileceği maksimum yük, 5

8 m τm = τ olmak üzere. π. d / 4 τ : akaslama niyet gerilmesi m π. d =.. τ bağıntısı ile hesaplanır. 4 d: cıvata gövde çapı : yük n: makaslama yüzey sayısı (Burada alınmış çift etkili olduğundan) c) Levhanın veya Cıvatanın Ezilmesi: Tek etkili olarak çalışan cıvatalar Bir adet tek etkili cıvatanın ezilmeye göre aktarabileceği yük e ez = ez, e = dt.. ez, t=min(t 1,t ) dt. ez,: Tablo3, Sayfa 4 Çift etkili olarak çalışan cıvatalar 6

9 e ez = t=min(t 1 ;t + t 3 ) dt. ez, : Ezilme niyet gerilmesi t 1, t, t 3 : Birleştirilen levhaların kalınlığı Bir cıvatanın niyetle taşıyabileceği yük =min( m, e ) dir. Bir birleşimde kullanılacak cıvata sayısı n T/ ile hesaplanır Burada T birleşime etkiyen toplam yükü göstermektedir. ot: Cıvata sayısında yuvarlama daima üste yapılır. Örneğin n=1.1 ise n= alınır. Bir birleşimde en az cıvata bulunmalıdır. d) Levhaların Kesme Yırtılması (Cıvatalar arası ve kenar mesafeleri) Levhaların kesme yırtılmasını önlek için cıvataların yerleştirilmesi TS648 e uygun yapılmalıdır. rofillerde cıvata deliklerinin yerleri çizelgelerde belirlenmiştir. Diğer elanlar için kenar uzaklıklar TS648 de sınırlandırılmıştır. (Tablo 4 veya TS648 Sayfa 43, Çizelge 14) D: Boşluk çapı (Delik çapı) e min =3.D e max =8.D, 15.t min e 1-min =.D e 1-max =3.D, 6.t min e-min=1,5.d e -max =3.D, 6.t min 7

10 olmalıdır. Burada, e: iki cıvata deliği arasındaki mesafe e 1 e : Kuvvet doğrultusundaki kenarlardan olan mesafe : Kuvvet dik doğrultusundaki kenardan olan mesafe Cıvatalı birleşim hesaplarında, cıvatalara eşit yük geldiği kabul edilmektedir. Ancak, kuvvetin dağılışı, birleştirilen elanların ve kullanılan birleşim araçlarının elastikliği ile yakından ilgilidir ve birçok araştırmacı tarafından gerçekleştirilen deneyler bu dağılımın eşit olmadığını göstermektedir. Bu nedenle bir sıraya konulacak cıvata sayısının altıdan fazla olmasına izin verilmektedir. Ayrıca iki taneden az birleşim aracıyla birleşim yapılmasına da izin verilmektedir. TS648 e göre, bir çubukta açılan delik çapı ne kadar küçük olursa olsun, çubuğun taşıma kapasitesi hiçbir zaman dolu kesitin taşıma kapasitesinin %85 ini geçez. 8

11 robl : alze Fe37, EY yüklesi İstenen: Birleşimin uygun cıvata ile teşkili. Çizelgelerden L için d 1 =17 mm (Bu profilde açılabilecek maksimum delik çapı) Levhaya açılabilecek cıvata deliği çapı D 5t 0.( cm) D = 5x10 0. cm = 0mm Bu durumda açılacak cıvata deliği D=17 mm dir. Gövde çapı 17 mm olan 16 cıvata kullanılacaktır. (Sayfa 4, Tablo ). Eğer D 17 mm nin altında olsaydı D=13 mm liği kullanılacaktı. Cıvata sayısını bulmalıyız. = min(, ) m e Bir adet 16 uygun cıvatanın taşıyabileceği yük; 1-akaslamaya göre tek etkili m π. d πx1.7 =. τ = x14 = k 4 4 Tablo 3'ten = 14 k/cm τ -Ezilmeye göre = dt.. = 1.7x0.8x8 = k e min ez, Tablo 3'ten = 8 k/cm ez, = min(, ) = k m e Bir 16 uygun cıvata k yük taşıyabilirse, 61. k yükü; 9

12 61. n = = 1.96 adet ıvata c taşır Hatırlatma: Bir birleşimde en az adet cıvata bulunur. Cıvatanın yerlerinin belirlenmesi Tablodan L55.8 için w 1 =30 mm alınır (Tablo 6, Sayfa 19). ot: e 3. D = 3x17 = 51mm 55mm e. D = x17 = 34mm 35mm 1 Köşebentte sadece normal kuvvet Cıvatalarda e den dolayı moment var Cıvatalarda sadece normal kuvvet Köşebentte e den dolayı moment var ratikte 1. Durum uygulanır. Fakat cıvatalara düşen moment payı dikkate alınmaz. TS648, ikinci durum uygulandığında moment etkisini almayı zorunlu kılar. 30

13 oment Etkisinde Cıvatalı Birleşim e Eksantrik yük =.e iy iy iy iy iy iy ix ix ix iy iy iy = ix =. yi iy =. xi n J J J: olar atalet momenti Süperpoze edilirse + y = iy + iy = +. xi n J + + = + = min, + x = ix + ix = 0 +. y i J ( ix ) ( iy ) ( m e ) Burada J = x + y i i Cıvataların ağırlık merkezine olan x ve y mesafeleri, f cıvata alanı olmak üzere i i fi. xi fi. yi xi yi ex = ey = fi = nf. i ex = ey = f f n n n= cıvata sayısı robl: Cıvatalar 0 uygun bulon, Fe37, EY için gerilme denetimi yapınız. =50 k mm t=10 mm t=1 mm x y =.Cosα =50.Cos45= k =.Sinα =50.Sin45= k Cıvataların ağırlık merkezine etkiyen moment 31

14 =35.35x x150= kmm y =35.35 k 100 x =35.35 k 100 = kmm yi = y /n xi = x /n xi yi Üstte yüke en yakın cıvata en çok zorlanır. Bu nedenle onu hesaplamak yeterlidir. (1) 1x x 1x y y iy = = = 7.07 k 5 5 1y y x ix = = = 7.07 k 5 5 1y y J = x + y = 4x50 + 4x100 = mm i i x =. y1 = x100 = k J y =. x1 = x50 = k J x 1 = = = k x x x y 1 = = =.9775 k y y y = 1x + 1y = = k k = min(, ) olmalı m e 3

15 1 adet 0 uygun bulon için (.1) π x m = x14 = 47 k 4 = 47 k e =.1x1.0x8 = 58 k k olur. Örnek: 30 k Verilenler: Fe37, EY yüklesi, 16 uygun cıvata İstenenler: Birleşimi denetleyiniz e x Fx i. i xi = = = = 8 mm F n 5 i x = 3x.8 + x(7.8) = 58.8 cm i n ( i i ) i= 1 J = x + y y = x7 + x3.5 = 1.5 cm i = x( ) = 1179 k.cm J = = 181.3cm 30 = =6 k =0 5 5y 5x 1179 =. x = x.8=18. k J y 5 33

16 1179 =. y = x7=45.5 k J x 5 5y= =4. k 5x= =45.5 k 5= = 51.5 k 1 16 lık uygun cıvatanın taşıyabileceği yük U0 için d=8.5 mm π x1.7 m = x x14 = k 4 = 1.7xmin(1., ) x8 = 57.1 k = 57.1 k 57.1>51.5 olduğundan e niyetli Çekmeye aruz Cıvatalı Birleşimler a) ormal Kuvvet Etkisinde Cıvatalı Birleşim Cıvatalar eksenleri boyunca çalışırken, cıvata çekmeye çalışmakta ve yük somundan yive ve oradan da gövdeye aktarılmaktadır. Bu durumda bir cıvatanın taşıyabileceği yükün belirlenmesinde yiv dibi alanının bilinmesi önli olmaktadır. Söz konusu alan aşağıda verildiği gibi hesaplanmaktadır. akaslamaya Çalışan Bulonlar Çekmeye Çalışan Bulonlar F çek 34

17 ç = = ç, olmalıdır. F π. d /4 çek ç 1 Burada ç bir bulonun payına düşen çekme kuvveti, d 1 =0.86.d cıvatalar için diş dibi çapı, F çek : Cıvata diş dibi alanı ve n=cıvata sayısıdır. ç = n ç, Çekme niyet gerilmesidir ve Tablo 3 ten veya TS648Çizelge 1 den alınır. Cıvata F çek (cm ) robl: 6 adet kaba bulonla teşkil edilen şekildeki çekme çubuğunda =160 k luk yükü cıvatalar aktarabilir mi? Fe37, EY t=15 mm t=10 mm =160 k için F çek =.76 cm (Tablo ) / n 160 / 6 = = = 9.7 k/cm F.76 çek Kaba bulon ç, =11. k/cm (Tablo 3) 9.7 k/cm ç, =11. k/cm olduğundan bu yük taşınır. b) akaslama+çekme Kuvveti Etkisinde Cıvatalı Birleşim T y T T x 35

18 T y T x : Gövdede makaslama oluşturur : Gövde boyunca çekme oluşturur τ m Ty / n = π. d 4 Tx / n ç = F çek τ m τ ç + 1 olmalıdır ç, robl: 8 tane lik kaba bulonla gerilme denetimi yapınız. y 1 =178 k x = 159 k = 80 k x kaba bulonda d= mm, F çek =.76 cm y τ m = Ty / n 80 / 8.6 k/cm π. d = π. (.) = 4 4 x / n 159 / 8 ç = = = 7. k/cm F.76 çek τ m τ ç = 0.89 < 1 11.(Tablo 3) 11.(Tablo 3) ç, 36

19 c) Çekme Kuvveti Oluşturan oment Etkisindeki Cıvatalı Birleşim En çok zorlanan bulonlar T.E. Basınç bölgesindeki levha, çekme bölgesindeki bulonlar yükü aktarır ç =. y i I x I x : Basınç bölgesindeki levha ile çekme bölgesindeki bulonlar dikkate alınarak hesaplanır. d) Çekme Kuvveti Oluşturan oment ve Kesme Etkisindeki Cıvatalı Birleşim = ç e.. y i I x τ m = y i : i nci cıvatanın tarafsız eksene olan mesafesi nf. Şekilde de görüleceği gibi cıvata ekseni boyunca ve eksenine dik doğrultuda zorlandığında τm (akaslama gerilmesi) gerilmesi, ç (çekme gerilmesi) gerilmesi ve E (ezilme gerilmesi) gerilmesi cıvata gövdesinin farklı bölgelerinde maksimum değerler alırlar. Bunların ara etkileşimini saptamak zordur. Uygulamada ez ihmal edilerek; τ m τ ç + 1 formülü kullanılır. Eğer normal kuvvet varsa; ç, 37

20 = = + alınır. ç t ç ç ç ç Fçek... Yüksek ukavetli Bulonlar Yüksek dayanımlı çelikle üretilen, baş ve somunları normal cıvatalara oranla daha büyük olan cıvatalardır. Bu tür cıvatalarla iki türlü birleşim yapılabilmektedir. 1) Gövdesindeki makaslama gerilmeleri ve delik çevresinde oluşan ezilme (Basınç gerilmeleri) göz önünde tutularak hesaplanan yüksek dayanımlı cıvatalarla yapılan birleşimler (SL (Kaba) ve SL (Uygun) birleşimleri) ) Yükün sürtünme kuvvetleri ile aktarıldığı birleşimler (GV (Kaba) ve GV (Uygun) birleşimleri) SL ve SL birleşimleri normal cıvatalarda olduğu gibi hesaplanmaktadır. Ancak normal cıvatalardan farklı olarak niyet gerilmeleri yüksek dayanımlı cıvatalar için olan değerler dikkate alınmaktadır. π. d 4 SL, =. τ s, E = dt. min. t, SL, τ s, ve E, Tablo 5 ten alınır. GV ve GV birleşimlerinde cıvatalara belli bir öngerme verilmektedir. Böylece değme yüzeyinde oluşan sürtünme ile kuvvet aktarılmaktadır. değişen öngerme kuvveti Tablo 7 de verilmektedir. Sürtünme etkisiyle aktarılan kuvvet, µ GV için GV, =. v ile hesaplanır. µ ve ν ise Tablo 8 ve 9 dan alınır. ν µ: Sürtünme katsayısı, ν ise kaymaya karşı niyet katsayısıdır. 1 GV için; GV, = SL, + GV, ile hesaplanır. v ile gösterilen ve bulon çapına göre E = dnt.. min ez, (tablo 10) 38

21 Öngerilmeli bulonlu birleşimde dış yükten dolayı ilave çekme kuvveti gövde boyunca etkiyebilir. GV (Yüksek mukavetli, öngerilmeli, kaba bulon) birleşimlerinde bulonlarda dış yükten dolayı ilave çekme kuvveti; = 0. GV, GV, Bulonlarda daha az çekme kuvveti varsa, Ç Ç = GV, GV, Ç olarak hesaplanır. Burada Ç cıvataya etkiyen ilave çekme kuvvetidir Ç z,. As = ile hesaplanır. 3.6 t/m ( EY ) π d + d3 z, = A. s = 4.1 t/m ( EIY ) 4 d d 3 Bulon (mm) A s (cm ) Yüksek mukavetli bulonlu birleşimlerde bulon aralıkları ve kanar uzaklıkları için normal bulonlu birleşimlerdeki şartlar geçerlidir. Alın levhalı birleşimlerde ise bu şartlara uymak zorunlu değildir. 39