SÜRTÜNME ETKİLİ (KAYMA KONTROLLÜ) BİRLEŞİMLER:

Transkript

1 SÜRTÜME ETKİLİ (KYM KOTROLLÜ) BİRLEŞİMLER: Birleşen parçaların temas yüzeyleri arasında kaymayı önlemek amacıyla bulonlara sıkma işlemi (öngerme) uygulanarak sürtünme kuvveti ile de yük aktarımı sağlanır. Bununla birlikte bulon gövdesinin kesme dayanımı ve delik çevresinin ezilme dayanımı da kuvvet aktarımında etkili olmaktadır. T b T b : sıkma momenti nedeniyle bulonda oluşan ön çekme kuvveti sürtünme sürtünme T b M b M b : sıkma momenti Sürtünme etkili birleşimlerle ilgili zorunluluklar: Bu birleşimlerde yüksek mukavemetli bulonların ( 8.8 ve 10.9) kullanılması zorunludur. Tüm delik tipleri yük doğrultusundan bağımsız olarak kullanılabilir, ancak uzun oval delik kullanılması durumunda, oval deliğin sadece birleştirilen parçaların birisinde bulunmasına izin verilir. Yüksekliği 40 m yi aşan tüm çok katlı yapıların kolon ekleri, kiriş-kolon bağlantıları, kapasitesi 50 k u aşan kren içeren yapıların ekleri, makinelerin mesnetleri, ve tekrarlı/darbe etkili yüklerin aktarıldığı birleşimler sürtünme etkili birleşim olarak yapılmak zorundadır, ezilme etkili birleşimler kullanılamaz. BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

2 Sürtünme etkili birleşimlerde, ezilme etkili birleşimlerde olduğu gibi, bulon kesilmesi limit durumu ve delik ezilmesi/yırtılması limit durumu kontrol edilir. Buna ilave olarak, kayma sınır durumu kontrolü yapılır. Bir bulonun karakteristik kayma kuvveti dayanımı (R ns1 ) aşağıdaki ifade ile belirlenir. R ns1 = *D u *h f *T b *n s : Sürtünme katsayısıdır. Sürtünme yüzeyinin özelliğine göre TS E den alınır. Bu standartta verilen yüzey özellikleri ve sürtünme katsayıları aşağıda verilmiştir. Yüzey özelliği Sınıfı Sürtünme katsayısı () Çukurlaşmamış gevşek paslı, bilye vaya kaba kum ile kumlanmış yüzeyler Bilye veya kaba kum ile kumlanmış, alüminyumlu püskürtme metal kaplı yüzeyler 0.5 Bilye veya kaba kum ile kumlanmış, çinko esaslı püskürtme metal kaplı ve en az 0.5 sürtünme katsayısı elde etmek üzere test edilmiş yüzeyler Bilye veya kaba kum ile kumlanmış, mikro alkali-çinko silikat boya uygulanmış yüzeyler B 0.4 Gevşek paslı, tel fıça ile veya alevle temizlenmiş yüzeyler C 0.3 İşlem yapılmamış yüzeyler D 0.2 D u : Bulon montajı sırasında uygulanan ortalama önçekme kuvvetinin karakteristik minimum önçekme kuvvetine oranını ifade eden katsayıdır. Genellikle 1 alınır. Uygunluğu gösterilmek koşuluyla D u 1.13 olmak üzere arttırabilir. H f : Besleme levhası katsayısı Besleme levhası kullanılmadığı veya besleme levhalarının bulonlarla bağlandığı durumlarda h f = 1.0 alınır. Besleme levhalarının bulonlarla bağlanmadığı durumlarda; - Tek besleme levhası ise h f = İki veya daha fazla besleme levhası var ise h f = 0.85 alınır. T b : Bulona uygulanan minimum ön çekme kuvveti (Tablodan alınır) BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

3 n s : Sürtünme etkili kayma düzlemi sayısı (iki eleman birleşiminde 1, üç eleman birleşiminde 2 alınır) Sürtünme etkili birleşimlerde tasarım dayanımı (*R n ) için kullanılan katsayısı bulon deliği özelliklerine göre belirlenir. a) Standart delikler ve boyuna ekseni yük doğrultusuna dik oval delikler için =1 alınır b) Büyük dairesel delikler ve boyuna ekseni yük doğrultusuna paralel kısa oval delikler için =0.85 alınır c) Boyuna ekseni yük doğrultusuna paralel uzun oval delikler için =0.70 alınır BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

4 UYGULM şağıda detayları verilen bulonlu birleşimin güvenle taşıyabileceği P yükünü hesaplayınız. Verilenler: Profiller ve düğüm levhası malzemesi: S355 Bulon sınıfı : M16-8.8, Bulonlara öngerilme uygulanmıştır Birleşim yüzeyleri için B sınıfı yüzey hazırlığı yapılmıştır. Standart dairesel delik kullanılmıştır. Bulon dişli bölgesi kayma düzlemi dışındadır. 12 Düğüm Levhası t= M16 L P M Ön görünüş - Kesiti ÇÖZÜM Verilen birleşim sürtünme etkili birleşimdir. Birleşimde sürtünme yüzeyi için kayma sınır durumu, bulonlarda kesilme ve delik çevresinde ezilme / yırtılma sınır durumlarına kontrol yapılması gerekmektedir. Bulonların yerleşimi ile ilgili kenar ve ara mesafeler kontrol edilmelidir. (Yerleşim boyutları daha önceki uygulamadaki ile aynı olduğundan bu örnekte kontrol edilmemiştir) BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

5 Bir bulonun karakteristik kayma kuvveti dayanımı R ns1 = *D u *h f *T b *n s = 0.40 (B sınıfı yüzey uygulaması için) Yüzey özelliği Sınıfı Sürtünme katsayısı () Çukurlaşmamış gevşek paslı, bilye vaya kaba kum ile kumlanmış yüzeyler Bilye veya kaba kum ile kumlanmış, alüminyumlu püskürtme metal kaplı yüzeyler 0.5 Bilye veya kaba kum ile kumlanmış, çinko esaslı püskürtme metal kaplı ve en az 0.5 sürtünme katsayısı elde etmek üzere test edilmiş yüzeyler Bilye veya kaba kum ile kumlanmış, mikro alkali-çinko silikat boya uygulanmış yüzeyler B 0.4 Gevşek paslı, tel fıça ile veya alevle temizlenmiş yüzeyler C 0.3 İşlem yapılmamış yüzeyler D 0.2 D u = 1.0 H f = 1.0 T b = 88 k (Karakterstik önçekme kuvveti uygunlanmıştır) (Besleme levhası mevcut değildir) (M16 bulonu için Tablodan alınır) Sürtünme yüzeyleri n s = 2 (3 eleman birleştirilmekte ve 2 adet sürtünme yüzeyi oluşmaktadır) R ns1 = *D u *h f *T b *n s = 0.4*1.0*1.0*88*2 = k Birleşimin karakteristik kayma dayanımı R ns = 3*70.40= k Kaymaya göre birleşimin tasarım dayanımı = *R ns =1.0*211.20= k (Standart delik için =1.0) Bir bulonun karakteristik kesme dayanımı : (R nv1 ) R nv1 =F nv * n sp * b = 450*2*(16 2 / 4) = = k Birleşimin karakteristik kesme dayanımı R nv = 3* = k Kesmeye göre birleşimin tasarım dayanımı = * R nv = 0.75*542.58= k BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

6 Bir bulonun karakteristik ezilme dayanımı (R nu1 ) Delik ovalleşmesi için (Üst limit): R nu1 = 2.4*d*t*F u = 2.4*16*12*510= = 235 k t= t min = min (10+10 ; 12 ) = 12 mm (Düğüm levhası kalınlığı kritiktir) Düğüm Levhası t=12 Delik ovalleşmesi Delik yırtılması için : (Düğüm levhası için t= 12mm) Düğüm Levhası t=12 Delik çapı d h : 18mm (M16 için) l c2 l c2 l c1 l c1 = 40-18/2=31mm l c2 = 80-18=62mm a b c a ve b bulonu için: R nu1 =1.2*62*12*510 = = k > 235 k (Ezilme) c bulonu için: R nu1 = 1.2*l c *t*f u = 1.2*31*12*510= = k < 235 k (Yırtılma) Birleşimin karakteristik ezilme dayanımı R nu = = k < 3*235=705 k Ezilmeye göre birleşimin tasarım dayanımı = * R nu = 0.75*697.66= k Sonuç olarak: min ( k, k, k) = k Birleşimin tasarımında sürtünme yüzeyindeki kayma sınır durumu etkili olmuştur. Birleşimde bulonlar tarafından aktarılabilecek güvenli yük (tasarım yükü) P= k BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

7 EKSEEL ÇEKME ETKİLİ BİRLEŞİMLER Bulon gövdesinin eksenel çekme dayanımı ile kuvvet aktaran birleşimlerdir. Bu birleşimlerde yüksek mukavemetli bulonların kullanılması ve bulonlara öngerilme uygulanması gerekmektedir. Bu birleşimlerde dayanım bakımından bir sınır durum bulunmaktadır. Bulon gövdesinde kopma sınır durumu Eksenel çekme altında kopmuş bulonlar Buna dayanarak bir bulonun karakteristik çekme dayanımı (R nt1 ) aşağıdaki ifadeler ile belirlenir. R nt1 = F nt. b F nt : Bulonun karakteristik çekme gerilmesi dayanımı (Yönetmelikten alınır) b : Diş açılmamış bulon gövdesi enkesit alanı ( b =. d 2 / 4) [d bulon çapı] Birleşimin karakteristik çekme dayanımı : R nt = R nt1. bulon sayısı Birleşimin tasarım dayanımı =. R nt ( = 0.75 alınır) Bulonların karakteristik çekme gerilmesi dayanımları BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

8 UYGULM şağıda detayları verilen bulonlu birleşimde bulonların güvenle taşıyabileceği P yükünü hesaplayınız. (ot: Kaynaklı birleşimin, alın levhalarının ve rijitlik levhalarının yeterli olduğu kabul edilecektir yrıca alın levhalarının deformasyonundan kaynaklanan çekme kuvvetleri ihmal edilecektir) Verilenler: Profiller ve alın levhası malzemesi: S275 Bulonlar: M24-8.8, Standart dairesel delik kullanılmıştır. Bulon dişli bölgesi kayma düzlemi dışındadır. Bulonlara öngerilme uygulanmıştır. P P M24 HE- 260 ÇÖZÜM Ön görünüş - Kesiti Verilen birleşim eksenel çekme etkili birleşimdir. Bulonlarda eksenel çekme sınır durumuna göre kontrol yapılması gerekmektedir. Bir bulonun karakteristik çekme dayanımı : R nt1 = F nt. b F nt : Bulonun karakteristik çekme gerilmesi dayanımı = 600 Mpa (Tablodan) b : Diş açılmamış bulon gövdesi enkesit alanı b = * d 2 / 4 = *24 2 / 4 = mm 2 R nt1 = 600 * = = k Bulonların karakteristik çekme gerilmesi dayanımları Birleşimin karakteristik çekme dayanımı: R nt = 4* = k Birleşimin tasarım dayanımı : * R nt = 0.75* = k Birleşimde bulonlar tarafından aktarılabilecek güvenli yük (tasarım yükü) P= k BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

9 Çekme gerilmesi (ft) EZİLME VE EKSEEL ÇEKME ETKİLİ BİRLEŞİMLER Ezilme etkili bir birleşimde ayrıca bulonlarda eksenel çekme etkisinin oluşması durumudur. Buna, aşağıda gösterilen konsol kiriş-kolon birleşimi örnek olarak verilebilir. Bu tip birleşimlerde bulonlar hem kesilme hem de eksenel çekmeye maruz kaldıkları için aradaki etkileşimin gözönüne alınması gerekmektedir. Ezilme ve çekme etkili birleşim ormal bulon kullanılmıştır. P IPB IPE Bulonda kayma gerilmesi ve çekme gerilmesi etkileşimi aşağıdaki grafikte gösterilmiştir. Grafiğe göre bulonda kayma gerilme ile birlikte çekme gerilmesi oluştuğunda, salt çekme veya kayma gerilmesi durumuna göre karakteristik dayanımın nasıl azaldığı ifade edilmektedir. Tasarımda hesapları kolaylaştırmak amacıyla gerçek parabolik etkileşim fonksiyonu yerine, 3 doğru parçası ile idealleştirilen lineer etkileşim fonksiyonu kabul edilmiştir. f t maks Lineer idealleştirme : f t + f v = 1. 3 f t maks f v maks Gerçek etkileşim 0.3*f maks Yapılan idealleştirmeye göre bulondaki kayma gerilmesi, maksimum gerilme değerinin (tasarım değerinin) % 30 una eşit veya daha küçük ise etkileşiminin gözönüne alınması gerekmez. Kayma gerilmesi (f v ) f v maks Bulonda çekme ve kayma gerilmesi karşılıklı etki diyagramı Sonuç olarak bu tip birleşimlerde Bulon gövdesi kopma sınır durumu, kesilme sınır durumunun olumsuz etkisi ile birlikte gözönüne alınır. Buna göre ilgili fonksiyon kullanılarak çekme dayanımı, kesme dayanımına bağlı olarak belirlenir. BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

10 Bir bulonun karakteristik çekme dayanımı : R nt1 = F nt. b F nt : Kesme kuvveti etkisi dikkate alınarak elde edilen karakteristik çekme gerilmesi ' F nt = 1.3*F nt - F nt *F nv * f rv F nt F nt : Bulonun karakteristik çekme gerilmesi dayanımı (kesme dikkate alınmadan) (Yönetmelikten alınır) F nv : Bulonun karakteristik kayma gerilmesi dayanımı (çekme dikkate alınmadan) (Yönetmelikten alınır) f rv : Gerekli dayanım altında bulon enkesitindeki en büyük kayma gerilmesi f rv = V u / n* b V u : Yük katsayıları ile çarpılmış kesme kuvveti n : Birleşimdeki bulon sayısı b : Bulon gövdesi karakteristik enkesit alanı ot: Bu kayma gerilmesi değeri için : f rv * F nv şartı sağlanmalıdır. Birleşimin karakteristik çekme dayanımı : R nt1 = F nt. b Birleşimin karakteristik dayanımı : R nt = R nt1. bulon sayısı Birleşimin tasarım dayanımı =. R nt ( = 0.75 alınır) Bu tip bulonlu birleşimlerde ayrıca, Delik ezilmesi sınır durumu Bulon kesilmesi sınır durumu için de kontroller yapılmalıdır. Bu kontroller ezilme etkili birleşimlerde olduğu gibi yapılmalıdır. BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI

11 SÜRTÜME VE EKSEEL ÇEKME ETKİLİ BİRLEŞİMLER Sürtünme etkili bir birleşimde ayrıca birleşime bir dış çekme kuvvetinin etkimesi durumudur. Buna, öngerilmeli bulon kullanılarak oluşturulan konsol kiriş-kolon birleşimi örnek olarak verilebilir. Ezilme ve çekme etkili birleşim P IPB IPE Öngerilmeli bulon kullanılmıştır Bu tip birleşimlerde birleşime etki eden çekme etkisi birleşim yüzeylerindeki sürtünme kuvvetini azaltır. Buna bağlı olarak, Bir bulonun karakteristik kayma kuvveti dayanımı (R ns1 ) aşağıdaki katsayı kullanılarak azaltılır. T u k sc =1- D u T b n b T u : Yük birleşimleri altında hesaplanan gerekli çekme kuvveti dayanımı T b : Bulona uygulanan minimum ön çekme kuvveti (Tablodan alınır) b : Çekme kuvveti etkisindeki bulon sayısı Bu tip bulonlu birleşimlerde ayrıca, Delik ezilmesi sınır durumu Bulon kesilmesi sınır durumu Bulon eksenel kopma sınır durumu için de kontroller yapılmalıdır. Bulon kesilmesi sınır durumu için kontrolde çekme ve kesme etkileşiminin dikkate alınmasına gerek yoktur. BÜ MÜH. FK. İŞT MÜH. BL. ÇELİK YPILR-I DERS OTLRI