YARI RİJİT BİRLEŞİMLİ ÇELİK ÇERÇEVELERİN ANALİZİ ARAŞ. GÖR. ÖZGÜR BOZDAĞ İş Adresi: D.E.Ü. Müh. Fak. İnş.Böl. Kaynaklar Yerleşkesi Tınaztepe-Buca / İZMİR İş Tel-Fax: 0 232 4531191-1073 Ev Adresi: Yeşillik Cad. No: 55/14 Genç Apt. Yağhaneler / İZMİR Ev Tel: 0 232 2612110 E-posta: ozgur.bozdag@deu.edu.tr ARAŞ. GÖR. MUTLU SEÇER İş Adresi: D.E.Ü. Müh. Fak. İnş.Böl. Kaynaklar Yerleşkesi Tınaztepe-Buca / İZMİR İş Tel-Fax: 0 232 4531191-1001 Ev Adresi: Türkeli Cad. No:3 Daire:13 Bornova/İZMİR Ev Tel: 0 232 3391913 E-posta: mutlu.secer@deu.edu.tr
GİRİŞ Depreme dayanıklı yapı tasarımında dikkate alınacak en önemli noktalardan biri yapıların mümkün olduğunca yüksek süneklilik düzeyine sahip şekilde tasarlanmasıdır. Bu durum, yüksek sünekliğe sahip olan çelik yapıların önemini arttırmaktadır. Çelik yapıların davranışının gerçekçi olarak incelenebilmesi için malzeme, geometri gibi temel özelliklerinin yanında kolon-kiriş birleşim davranışın da göz önüne alınmasını gerektirir. Uygulamada, kolonlar genellikle sürekli olarak yapılarak kirişler kolonlara bulonlar veya kaynaklar yardımı ile bağlanır. Hesaplarda, kolon - kiriş birleşimleri genellikle tam rijit kabul edilerek birleşim tipinin etkisi göz önüne alınmaz. Ancak, çeşitli araştırmacıların yaptığı çalışmalar yapı davranışının birleşim tipine bağlı olarak değiştiğini göstermiştir (Chen, 1993) Yarı rijit birleşim kavramı yıllardan beri bilindiği halde, çelik yapıların kiriş-kolon birleşim noktaları adi mafsallı veya tam rijit kabul edilerek dizayn edilmektedir. Bu varsayımlar yapısal analizde ve dizayn aşamalarında büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Analizlerde birleşimlerin yarı rijit olarak modellenmemesinin ana nedeni, yarı-rijit birleşimlerin yapı davranışına etkisinin yeterince bilinmemesidir. Yarı rijit birleşimlerin etkisinin de dikkate alındığı daha detaylı bir analiz yapmak daha gerçekçi sonuçlar verecektir. Günümüzün bilgisayar teknolojisi bu detaylı analiz adımlarının gerçekleştirilmesini bir başka deyişle yapıların daha gerçekçi modellenmesini olanaklı hale getirmiştir. Kolon - kiriş birleşiminin yarı rijit davranışı genellikle birleşimin moment eğrilik ilişkisi ile tanımlanır. Doğrusal olmayan bu ilişki deneylerle elde edilir. Çeşitli araştırmacılar, çeşitli birleşim tipleri için matematiksel moment eğrilik ilişkileri önermişlerdir (Faella, 2000). Bu modeller, mekanik model, sonlu eleman modeli veya deneysel test sonuçlarından elde edilmiştir. Birleşim davranışının matematiksel olarak ifade edilmesi, yarı rijit birleşim etkisinin hesaplara dahil edilmesini mümkün kılmaktadır. Bu çalışmada, iki açıklıklı, altı katlı çelik bir düzlem çerçeve ele alınmış, kolon - kiriş birleşimleri tam rijit ve yarı rijit olarak tanımlanmıştır. Elde edilen sonuçlar tablo ve grafikler halinde sunulmuştur.
ÇALIŞMA YÖNTEMİ Yapılan çalışmada altı katlı ve iki açıklıklı çelik bir çerçeve ele alınmıştır. Kolon ve kiriş kesitleri I profil olarak alınmıştır. Tüm analizler SAP2000 paket programı kullanılarak yapılmıştır. İlk aşamada yapıdaki tüm kolon kiriş birleşimleri tam rijit kabul edilerek doğrusal elastik analiz yapılmış ve kesit tesirleri ile deplasman değerleri elde edilmiştir. Aynı yapı tekrar ele alınmış ve iki sınır durum olan adi mafsallı ve tam rijit birleşim arasındaki davranışı temsil etmek amacıyla dört farklı yarı rijit birleşim türü kullanılarak çözülmüştür. Yarı rijit birleşim türü olarak; A- Kiriş kesit gövdesinden tek korniyer ile kolona doğrudan bağlanmış birleşim, B- Kiriş alt ve üst başlıklarından iki korniyer ile kolona doğrudan bağlanmış birleşim, C- Kiriş kesit boyutlarındaki bağlantı levhası ile yapılmış birleşim, D- Geniş bağlantı levhası ile kolona bağlanmış birleşimler alınmıştır. Bu birleşim türleri Şekil 1 de gösterilmiştir. A TİPİ BİRLEŞİM B TİPİ BİRLEŞİM C TİPİ BİRLEŞİM D TİPİ BİRLEŞİM Şekil 1. Yarı Rijit Birleşim Türleri
Bu birleşimden A ve B tipi birleşimler sadece bulon ile, C ve D tipi birleşimler hem bulon hem kaynak ile teşkil edilmiştir. Bağlantıların moment eğrilik ilişkisini tanımlamak için Chen - Lui üssel modeli kullanılmıştır (Chan, 2000). Hesaplarda kolaylık sağlamak için doğrusal olmayan bu modelin sadece başlangıç rijitliği alınmış ve yarı rijit bağlantının doğrusal davrandığı kabul edilmiştir. Yarı rijit birleşimlerin yapı yer değiştirmesine etkisini görmek amacıyla ikinci mertebe etkiler dikkate alınarak yapı tam rijit ve dört tip yarı rijit birleşim için çözülmüştür. Malzemenin doğrusal olmayan davranışı dikkate alınmamıştır. Elde edilen bulgular değerlendirilmiş ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Diğer bir incelemede yapının malzeme ve geometri açısından doğrusal olmayan itme analizleri yapılmıştır. Doğrusal olmayan itme analizi, rijit birleşimli çerçeve ile dört farklı türdeki yarı rijit birleşimli çerçeve için tekrarlanmış ve elde edilen sonuçlar grafik ile sunulmuştur. BULGULAR Kolon - kiriş birleşimlerinin rijit ve yarı rijit alınarak çelik çerçevenin birinci mertebe doğrusal elastik analizi yapılmıştır. Elde edilen sonuçların karşılaştırılması sonucu yarı rijit birleşimli çerçevelerde kiriş uç momentlerinin azaldığı ve kiriş açıklık momentinin arttığı görülmüştür. Yönetmeliklerce izin verilen deplasman sınır değerleri aşılmadığı sürece kolon - kiriş birleşimlerinin yarı rijit alınması durumunda birleşimlerin rijit olması durumuna kıyasla daha ekonomik kesitler kullanılabilir. Geometri ve malzeme bakımından doğrusal olmayan itme analizleri sonucunda kolon - kiriş birleşiminin yarı rijit alınmasının yapı tepe noktası deplasmanını etkilediği gözlenmiştir. Beklenildiği gibi kolon - kiriş birleşiminin yarı rijit alınması durumunda yapı deplasmanı birleşimin rijit alındığı duruma göre daha büyük olmaktadır. Deplasmanın daha büyük olması durumunda ikinci mertebe etkileri artmaktadır. Doğrusal olmayan itme analizlerinden, çerçeve kolon-kiriş birleşimlerinin yarı rijit birleşim alınması durumunda elde edilen ikinci mertebe limit yük değerlerinin birleşimlerin rijit alınması durumunda elde edilen ikinci mertebe limit yük değerinden daha düşük olduğu görülmüştür.
Analizler sonucunda yarı rijit birleşimli çerçeve davranışının birleşim tipine bağlı olarak değiştiği gözlenmiştir. Farklı yarı rijit birleşim tipleri için farklı yerdeğiştirme ve kesit tesirleri değerlerine ulaşılmıştır. KAYNAKLAR 1. CHEN, W-F. Semi-rigid connections in steel frames McGraw-Hill, New York, 1993. 2. CSI, SAP2000NL, Three Dimensional Static and Dynamic Finite Element Analysis and Design of Structures, Berkeley, California, USA, 2001 3. CHEN, W.F., LUI, E.M. Stability Design of Steel Frames CRC Press, USA, 1991. 4. CHAN, S.L., CHUI, P.T. Non-Linear Static and Cyclic Analysis of Steel Frames with Semi-Rigid Connections, Elsevier Science, 2000. 5. FAELLA, C., PILUSO, V., RIZZANNO, G. Structural Steel Semirigid Connections CRC Press, USA, 2000.