ÖZHENDEKCİ BASINÇ ÇUBUKLARI



Benzer belgeler
INSA 473 Çelik Tasarım Esasları Basınç Çubukları

Tanım: Boyuna doğrultuda eksenel basınç kuvveti taşıyan elemanlara Basınç Çubuğu denir.

ÇELİK YAPILAR EKSENEL BASINÇ KUVVETİ ETKİSİ. Hazırlayan: Yard.Doç.Dr.Kıvanç TAŞKIN

BASINÇ ÇUBUKLARI. Yapısal çelik elemanlarının, eğilme momenti olmaksızın sadece eksenel basınç kuvveti altında olduğu durumlar vardır.

5. BASINÇ ÇUBUKLARI. Euler bağıntısıyla belirlidir. Bununla ilgili kritik burkulma gerilmesi:

TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 Prof. Dr. Görün Arun

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

BASINÇ ALTINDAKİ ÇELİK ELEMANLARIN TAŞIMA GÜCÜ HESABI

Çelik Yapılar - INS /2016

MUKAVEMET DERSİ. (Temel Kavramlar) Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

Tablo 1 Deney esnasında kullanacağımız numunelere ait elastisite modülleri tablosu

ÇELİK YAPILARIN TASARIM, HESAP ve YAPIM ESASLARI. ÖRNEKLER ve TS648 le KARŞILAŞTIRILMASI

idecad Çelik 8 Kullanılan Yönetmelikler

7. STABİLİTE HESAPLARI

Temeller. Onur ONAT Tunceli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli

CS MÜHENDİSLİK PROJE YAZILIM HİZMETLERİ EUROCODE-2'ye GÖRE MOMENT YENİDEN DAĞILIM

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

idecad Çelik 8 Kullanılan Yönetmelikler

KAYMA GERİLMESİ (ENİNE KESME)

Mukavemet. Betonarme Yapılar. Giriş, Malzeme Mekanik Özellikleri. Dr. Haluk Sesigür İ.T.Ü. Mimarlık Fakültesi Yapı ve Deprem Mühendisliği

ÇELİK YAPILAR. Hazırlayan: Doç. Dr. Selim PUL. KTÜ İnşaat Müh. Bölümü

Çelik Yapılar - INS /2016

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ


Malzemelerin Mekanik Özellikleri

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 3 ÜÇ NOKTALI EĞİLME DENEYİ

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

2. Amaç: Çekme testi yapılarak malzemenin elastiklik modülünün bulunması

GENEL KESİTLİ KOLON ELEMANLARIN TAŞIMA GÜCÜ (Ara donatılı dikdörtgen kesitler)

Çelik Yapılar - INS /2016

Şekil Çekmeye veya basmaya çalışan kademeli milin teorik çentik faktörü kt

MUKAVEMET Öğr. Gör. Fatih KURTULUŞ

RİSKLİ YAPILARIN TESPİT EDİLMESİNE İLİŞKİN ESASLAR. 5- Risk Tespit Uygulaması: Betonarme Bina

Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

BETONARME-II (KOLONLAR)

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Mukavemet II Final Sınavı (2A)

Yapı Elemanlarının Davranışı

Şekil 1.1. Beton çekme dayanımının deneysel olarak belirlenmesi

Prof. Dr. Cengiz DÜNDAR

idecad Çelik 8.5 Çelik Proje Üretilirken Dikkat Edilecek Hususlar Hazırlayan: Nurgül Kaya

1.7 ) Çelik Yapılarda Yangın (Yüksek Sıcaklık) Etkisi

TEMEL İNŞAATI ŞERİT TEMELLER

Kafes Sistemler. Doğru eksenli çubukların birbirlerine mafsallı olarak birleşmesinden meydana gelen taşıyıcı sistemlere Kafes Sistemler denir.

2.2 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER

R d N 1 N 2 N 3 N 4 /2 /2

ÖRNEK SAYISAL UYGULAMALAR

10 - BETONARME TEMELLER ( TS 500)

İNŞ 320- Betonarme 2 Ders Notları / Prof Dr. Cengiz DÜNDAR Arş. Gör. Duygu BAŞLI

2009 Kasım. MUKAVEMET DEĞERLERİ KONU İNDEKSİ M. Güven KUTAY

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw ertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopa sdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf

Saf Eğilme(Pure Bending)

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

ÇELİK YAPILARIN TASARIM, HESAP ve YAPIM ESASLARI YÖNETMELİĞİ 2016

Elastisite Teorisi Hooke Yasası Normal Gerilme-Şekil değiştirme

İKİ BOYUTLU ÇUBUK SİSTEMLER İÇİN YAPI ANALİZ PROGRAM YAZMA SİSTEMATİĞİ

Prof. Dr. Ayşe Daloğlu Karadeniz Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü. INSA 473 Çelik Tasarım Esasları Basınç Çubukları

BİLGİLENDİRME EKİ 7E. LİFLİ POLİMER İLE SARGILANAN KOLONLARDA DAYANIM VE SÜNEKLİK ARTIŞININ HESABI

DEPREM BÖLGELERĐNDE YAPILACAK BĐNALAR HAKKINDA YÖNETMELĐK (TDY 2007) Seminerin Kapsamı

28. Sürekli kiriş örnek çözümleri

Mukavemet-II PROF. DR. MURAT DEMİR AYDIN

idecad Çelik 8 idecad Çelik Kullanılarak AISC ve Yeni Türk Çelik Yönetmeliği ile Petek Kirişlerin Tasarımı

RİSKLİ BİNALARIN TESPİT EDİLMESİ HAKKINDA ESASLAR 7-Örnekler 2. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Alt Yapı ve Kentsel Dönüşüm Hizmetleri Genel Müdürlüğü

MUKAVEMET SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-I DERS NOTU

YTÜ İnşaat Fakültesi Geoteknik Anabilim Dalı. Ders 5: İÇTEN DESTEKLİ KAZILAR. Prof.Dr. Mehmet BERİLGEN

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

GEMİLERİN MUKAVEMETİ. Dersi veren: Mustafa İNSEL Şebnem HELVACIOĞLU. Ekim 2010

Malzemenin Mekanik Özellikleri

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

29. Düzlem çerçeve örnek çözümleri

δ / = P L A E = [+35 kn](0.75 m)(10 ) = mm Sonuç pozitif olduğundan çubuk uzayacak ve A noktası yukarı doğru yer değiştirecektir.

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

T.C. TURGUT ÖZAL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9B - BURULMA DENEYİ

FL 3 DENEY 4 MALZEMELERDE ELASTĐSĐTE VE KAYMA ELASTĐSĐTE MODÜLLERĐNĐN EĞME VE BURULMA TESTLERĐ ĐLE BELĐRLENMESĐ 1. AMAÇ

Kesit Tesirleri Tekil Kuvvetler

1 MAKİNE ELEMANLARINDA TEMEL KAVRAMLAR VE BİRİM SİSTEMLERİ

Proje Genel Bilgileri

EKSENEL YÜKLERDEN OLUŞAN GERILME VE ŞEKİL DEĞİŞİMİ Eksenel yüklü elemanlarda meydana gelen normal gerilmelerin nasıl hesaplanacağı daha önce ele

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Mukavemet-I. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

11/6/2014 İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ. MEKANİK ve MUKAVEMET BİLGİSİ MEKANİK VE MUKAVEMET BİLGİSİ

Mukavemet-II. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

34. Dörtgen plak örnek çözümleri

Deneyin Amacı Çekme deneyinin incelenmesi ve metalik bir malzemeye ait çekme deneyinin yapılması.

ENLEME BAĞLANTILARININ DÜZENLENMESİ

Temeller. Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

INM 308 Zemin Mekaniği

Kırılma Hipotezleri. Makine Elemanları. Eşdeğer Gerilme ve Hasar (Kırılma ve Akma) Hipotezleri

BETONARME YAPI ELEMANLARINDA HASAR VE ÇATLAK. NEJAT BAYÜLKE İnş. Y. Müh.

DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI

DEPREM HESABI. Doç. Dr. Mustafa ZORBOZAN

BÖLÜM DÖRT KOMPOZİT KOLONLAR

MOMENT YENİDEN DAĞILIM

BURULMA (TORSİON) Dairesel Kesitli Çubukların (Millerin) Burulması MUKAVEMET - Ders Notları - Prof.Dr. Mehmet Zor

ZEMİNLERİN KAYMA DİRENCİ

Transkript:

BASINÇ ÇUBUKLARI Kesit zoru olarak yalnızca eksenel doğrultuda basınca maruz kalan elemanlara basınç çubukları denir. Bu tip çubuklara örnek olarak pandül kolonları, kafes sistemlerin basınca çalışan dikme ve diyagonallerini, deprem ve rüzgar yüklerine karşı yapılara rijitlik sağlamak amacıyla uygulanan çapraz çubukları, vb. gösterilebilir. İdeal şartlarda kusursuz biçimde enkesitte düzgün dağıldığı varsayılan normal gerilme, ya da başka bir deyişle tam olarak ağırlık ekseninde tesir ettiği varsayılan eksenel kuvvet gerçekte var olamaz. Kesit zorunun çok çok küçük dahi olsa belli bir dış merkezilikle etki etmesi kaçınılmazdır. Bu dış merkezilik ise ufak da olsa bir eğilme etkisi yaratır, ancak ideal yükleme koşuluna yeterince yaklaşılmışsa bu etkiler ihmal edilir. Öte yandan basınca çalışan bir elemanda aynı anda doğrudan doğruya sistem özelliklerinden ya da yükleme şeklinden ötürü ikinci derece olmayan bir moment oluşuyorsa, bu moment etkisi ihmal edilemez. Aslında, kolonların asli görevi basıncı karşılamak yani düşey yükleri zemine aktarmak olmakla birlikte, genellikle basıncın yanı sıra momente de maruz kalırlar. Kirişler de benzer biçimde asli görevleri eğilmeyi karşılamak olmakla birlikte, kimi zaman eğilmeyle beraber basınca maruz kalabilirler. Eğilme kirişlerin, basınç da kolonların asli görevi olduğundan yabancı şartnamelerde aynı anda eğilme ve basınca çalışan elemanlara kiriş-kolon (beam-column) adı verilmektedir. Aynı anda eksenel basınca ve eğilmeye maruz kalan elemanların hesapları ilerleyen konularda anlatılacaktır. Ancak ister yalnızca basınca maruz kalsın, ister kiriş-kolon elemanı olsun; bir şekilde basınca maruz kalan tüm elemanların hesabı kritik burkulma yükünün belirlenmesini içermektedir. KOLON TEORİSİ Eksenel doğrultuda basınca maruz kolonların taşıma güçleri ile ilgili ilk çalışma Musschenbroek tarafından yapılmış ve 179 yılında yayınlanmıştır. Bu çalışmada kolonların taşıma güçleri aşağıdaki ampirik formülle ifade edilmiştir: BD = k L Bu denklemde kolonun eksenel basınç taşıma gücü; k ampirik bir katsayı; B, D dikdörtgen şekilli enkesitin genişlik ve yüksekliği; L ise kolon boyudur. Bu formül günümüzde kullanılandan çok fazla uzakta değildir; üstelik formüldeki k katsayısı günümüzün modern emniyet katsayılarını yansıtmaktadır. 18. yüzyılın ikinci yarısında diferansiyel ve integral hesabın gelişmesiyle kolon burkulma problemi çözülmüştür. 1759 yılında İsviçreli matematikçi Leonhard Euler kolonların burkulması ile ilgili tezini yayınlamıştır. Euler kolon taşıma gücünün yalnızca basınç etkisinde ezilme değil aslında bir stabilite problemi olduğunu fark eden ilk kişidir. Burkulmayı bir örnekle açıklamak için Şekil 1 (a) daki, basınca çalışan narin elemanı dikkate alalım; eğer eksenel basınç kuvveti yavaş yavaş arttırılırsa, yük belli bir değere ulaştığında eleman stabilitesini kaybeder ve kesikli çizgilerle gösterilen yer değiştirmeyi yapar. Bu yer değiştirmeyi meydana getiren yük kritik burkulma yükü, elemanın yaptığı yer değiştirme ise burkulma olarak adlandırılır. Eğer eleman Şekil 1(b) de görüdüğü gibi daha kavi olursa, eleman stabilitesinin bozulması için uygulanacak eksenel yükün daha büyük olması gerkecektir. Hatta son derece kavi elemanlarda, burkulma meydana gelmeyebilir, bu durumda kuvvet arttırılmaya devam edilirse en sonunda eleman ezilerek göçer (basınç altında akma meydana gelir). ratikte çelik yapılarda burkulma meydana gelemeyecek denli kavi elemanlarla hemen hiç karşılaşılmaz. Eksenel doğrultuda basınca maruz kalan çubuk aşırı derecede narin ise burkulmadan hemen önce elemanda oluşan gerilmeler, orantılı sınırın altında ve elastik bölgede kalır. Bu çeşit burkulmaya elastik burkulma denir; burkulup da yük taşıyamaz hale gelen eleman elastik kalmıştır. Gerilme değerleri orantılı sınırın da altında kaldığı için malzeme Hooke kanuna uyar.

(a) Şekil 1 (b) Euler burkulmanın diferansiyel denklemini oluşturup çözerek, iki ucu mafsallı bir çubuk için elastik burkulma durumunda kritik burkulma yükünü aşağıdaki şekilde elde etmiştir: cr, e π EI = L Bu denklemde E malzemenin elastiklik modülü, I çubuk kesitinin zayıf ekseni etrafındaki atalet momenti, L ise çubuğun mafsallar arasındaki boyudur. (İki ucu mafsallı bir çubuk için elastik burkulmanın diferansiyel denklem çözümü ekte mevcuttur.) Kritik elastik burkulma yükü nedeniyle çubukta oluşacak gerilme ise şöyle olacaktır: cr, e π EI π E i cr, e = = = = π E A L A L Burada i atalet yarıçapı, ise narinlik derecesidir. Elastik burkulma yukarıda değinildiği gibi yalnızca çok narin kolonlarda meydana geldiğinden, Euler den yüz yıl sonra bu kez elastik olmayan burkulma probleminin çözümüne yönelik teoriler geliştirilmiştir. Engesser 1889 yılında orijinal teğet modülü teorisini geliştirmiştir. Teorisini yayınladıktan hemen sonra meslektaşlarının yoğun şekilde karşı çıkmaları; özellikle Considere ve Jasinski nin ağır eleştirileri ve öne sürdükleri fikirlerinden etkilenerek 1895 de orijinalini değiştirerek yeni bir teori yayınlamıştır. Engesser in orijinal teorisinin doğru olduğu ne yazık ki kendisinin ölümünden sonra Shanley tarafından 1947 yılında ispatlanmıştır ve geliştirilmiştir. Friederich Engesser in teğet modülü teorisi, burkulmadan hemen önce oluşan gerilmelerin orantılı elastik sınırı aştığı yani burkulmanın elastik ötesi olduğu çubuklar için geliştirilmiştir. Teori Euler in kritik burkulma yükü hesabına benzer, ancak elastiklik modülünün yerini değişken teğet elastiklik modülü almıştır. cr, pl Et π = L I Basınç durumunda gerilme-şekil değiştirme ilişkisi, daha önceki konularda çekme durumunda verilenden farklıdır. Şekil de artan eksenel basınç ile yüklenen kavi (kısa boylu) bir geniş başlıklı I profilinin tipik gerilme-şekil değiştirme ilişkisi görülmektedir. Diyagramdaki doğrusal olmayan davranışın en önemli nedeni profilin üretim aşamasındaki soğutma işleminde meydana gelen artık gerilmelerdir. (Soğuma sırasında enkesiti oluşturan tüm parçalar aynı hızda soğumazlar. Bunun yanı sıra kaynaklama işlemi,

soğukta şekil verme, vb de artık gerilmelere neden olur.) Dikkat edilirse teğet elastiklik modülü her zaman elastiklik modülünden küçüktür. a pl 1 E t a :Akma gerilmesi pl : Elastikliğin bittiği nokta plastik gerilme E 1 ε Şekil Kısa boylu (kavi) geniş başlıklı I profilinde eksenel basınç deneyi ile elde edilen gerilme-şekil değiştirme diyagramı Kritik elastik ötesi burkulma yükü nedeniyle çubukta oluşacak gerilmenin hesabı için Şekil deki gibi bir gerilme-şekil değiştirme diyagramına ihtiyaç olduğundan ve teğet modülü değişken olduğundan pek çok şartname örneğin Amerikan şartnameleri bu bölgede gerilme hesabı için ampirik formüller önermektedir. Aşağıdaki şekilde 191 de E. H. Salmon tarafından yayınlanmış bir çalışmada elde edilen deney sonuçları görülmektedir. Yatay eksen narinlik, düşey eksen ise burkulma kritik gerilmesini göstermektedir. Şekil 3 Basınç çubuklarında bazı deney sonuçları Bu şekil hem elastik hem de elastik ötesi burkulma durumlarına ait bilgi içermektedir. Narinliğin çok yüksek olduğu değerler burkulmanın elastik olduğu ve malzemenin Hooke Kanununa uyduğu durumu, düşük olduğu kısımlar ise elastik ötesi burkulmayı ifade etmektedir. Dolayısıyla orantılı sınır gerilmesi aslında iki tip burkulma durumu arasında sınır teşkil etmektedir, bu durumda orantılı gerilmeye karşılık gelen narinlik değerine p dersek; < p ise teğet elastiklik modülü teorisi geçerlidir; p ise Euler kritik burkulma yükü geçerlidir. Bu durumda Euler kritik gerilmesi formülünde, gerilme yerine orantılı sınır gerilmesi değerini koyup yı çekersek, orantılı sınır narinliği şöyle olacaktır: p = π E p

TS 648 e göre basınç emniyet gerilmesi hesabı TS 648 basınca çalışan çubuklarda basınç gerilmesi kontrolü için burkulma katsayıları metodunu önerir. Burkulma katsayıları metodu ile hesapta basınca çalışan çubuklarda her seferinde farklı bir basınç emniyet gerilmesi kullanılmaz: ω A ç, em ç, em ω : burkulma katsayısı ω = b, em (ratikte çubuğun maksimum narinlik derecesi hesaplanır ve buna bağlı olarak tablodan (Tablo 1) ω katsayıları alınarak kontroller yapılır.) : çubuğa etkiyen basınç kuvveti A: çubuk enkesit alanı ç,em : çekme emniyet gerilmesi b,em : basınç emniyet gerilmesi Basınç emniyet gerilmesi için yukarıda anlatılanlara benzer teorik yaklaşımlarla kritik gerilme hesaplanır ve elde edilen gerilmeler emniyet katsayılarına bölünür (Şekil 4). Hesaplar sırasında dikkate alınan, çubuğun maksimum narinlik oranıdır. Narinliğin 0 den küçük olduğu çubuklar çok kavi olduklarından burkulma hesabı yapılmaz, yani bunlar için ω = 1 dir. Ayrıca TS 648 e göre basınç çubuklarının narinliği hiçbir zaman 50 değerini aşmamalıdır. lastik kritik gerilme Euler hiperbolü Elastik kritik gerilme Basınç emniyet gerilmesi = 0 = p Şekil 4 Basınç emniyet gerilmesi (TS 648) Şartnameye göre: Eksenel basınca çalışan çubuğun narinliği orantılı sınır narinliğinden az ise ( gerilmesi: 1 1 a p b, em = n Eksenel basınca çalışan çubuğun narinliği orantılı sınır narinliğinden çok ise ( > gerilmesi: p p ) basınç emniyet ) basınç emniyet

π E b, em = formülleri kullanılarak hesaplanır. 5 Formüllerdeki n= Emniyet katsayısı 1,67 olmalıdır. < 0 n =1,67 0 1,5 1, 0, < < p n = + p p n =,5 p 3 Tablo 1 Burkulma Boyu ve Narinlik Basınca çalışan çubukların mesnetlenme koşullarına bağlı olarak farklı burkulma boyları olabilir. Burkulma boyu, çubuğun gerçek boyunu, burkulma katsayısı ile çarpmak suretiyle bulunur (Tablo ). Çubuk burkulması enkesitin asal eksen düzlemlerinden birisine dik olarak gerçekleşecektir, eğer çubuğun birbirine dik düzlemlerdeki sınır şartları (burkulma boyları) aynı ise çubuk zayıf ekseni etrafında burkulur. Bunun nedeni zayıf ekseninin atalet yarı çapı küçük olduğundan bu eksen düzlemine dik burkulma durumu için çubuk narinliğinin yüksek olmasıdır. Ancak çubuğun birbirine dik düzlemlerdeki mesnetlenme durumları nedeniyle farklı burkulma boyları mevcutsa, her iki eksen düzlemine dik burkulma durumu için hesap yaparak elde edilen narinlik değerlerinden büyük olanı dikkate alınır.

l kx x = ix l ky y = iy max seçilir ve ona göre hesap yapılır. l l kx ky = β l x = β l y l çubuğun gerçek boyu β burkulma katsayısı l k burkulma boyu Tablo

I profilinden oluşan bir kolonun mesnetlenme durumu ve olası burkulma şekilleri: Burkulmadan önceki durum Zayıf eksen (y) düzlemine dik burkulma Kuvvetli eksen (x) düzlemine dik burkulma