YILDIZ TEKİK ÜİVERSİTESİ FE BİLİMLERİ ESTİTÜSÜ İCE CİDARLI KAPALI EKESİTLİ ÇUBUKLARDA OLUŞA SİSTEMLERİ DÜĞÜM OKTASI BİRLEŞİMLERİİ İCELEMESİ İnşaat Mühends Fevz Fırat BOZACI FBE İnşaat Mühendslğ Anablm Dalı Yapı Programında Hazırlanan YÜKSEK LİSAS TEZİ Tez Danışmanı : Prof. A. Zafer Öztürk İSTABUL, 7
İÇİDEKİLER Sayfa SİMGE LİSTESİ...v KISALTMA LİSTESİ...v ŞEKİL LİSTESİ...x ÇİZELGE LİSTESİ...x ÖSÖZ ÖZET...x...xv ABSTRACT... xv. GİRİŞ.... KUTU ve BORU PROFİL BİRLEŞİMLERİDE KAYAK... 3. Kaynaklanablrlk... 3. Kutu ve Boru Profl Brleşmlernde Kaynak Yöntemler... 4.3 Kutu ve Boru Profllern Uç Hazırlığı... 6.3. Kesm... 6.3.. Testere le Kesm... 7.3.. Oksjenl Kesm....3... Elle Yapılan Oksjenl Kesm....3... Otomatk Oksjenl Kesm....3..3 Yv Açma....3..4 Lazerl Kesm....3..5 Plazma Kesm....3. Yassılaştırma... 3.4 Kutu ve Boru Profllerde Kaynak Ağzı Hazırlığı... 3.4. Ağız Ağza Brleşmler... 4.4. Kafes Krş Brleşmler... 6.5 Kaynak Pozsyonları ve Sıraları... 6 3. KUTU ve BORU PROFİL BİRLEŞİMLERİDE KAYAK TASARIMI... 9 3. Köşe Kaynak Tasarımı... 9 3.. Boru Profl Brleşmler... 3.. Kutu Profl Brleşmler... 3..3 Sayısal Örnekler... 3 3. Küt Kaynak Tasarımı... 5 4. BORU PROFİL BİRLEŞİMLERİİ TASARIMI... 6 4. Boru Profl Brleşmlernn Yük Taşıma Kapastesn Etkleyen Parametreler... 6 4. Boru Profl Brleşmlernn Göçme Bçmler... 8 4.3 Boru Profl Brleşmlernn Taşıma Gücü... 3 4.3. Boru Profllern Tek Düzleml Kafes Krş Brleşmler... 3
4.3.. T ve Y Tp Brleşmler... 3 4.3.. X tp Brleşmler... 34 4.3..3 Boşluklu K ve tp Brleşmler... 37 4.3..4 Örtüşen K ve tp Brleşmler... 4 4.3..5 Moment Brleşmler... 45 4.3. Tek Düzlem Kafes Krşlern Özel Brleşm Tpler... 47 4.3.. Boru Profllern Dğer Brleşmler... 47 4.3.. Düğüm oktası Levhalı ya da Başlık Elemanına Doğrudan Kaynaklı I, H veya Kutu Profl Brleşmler... 48 4.3..3 Boru Profllern Ağzı Düzleştrlmş ve Alıştırılmış Brleşmler... 5 5. KUTU PROFİL BİRLEŞİMLERİİ TASARIMI... 53 5. Kutu Profl Brleşmlernn Yük Taşıma Kapastesn Etkleyen Parametreler... 53 5. Kutu Profl Brleşmlernn Göçme Bçmler... 54 5.3 Kutu Profl Brleşmlernn Taşıma Gücü... 54 5.3. Kutu Profllern Tek Düzleml Kafes Krş Brleşmler... 55 5.3.. T, Y ve X tp Brleşmler... 55 5.3.. Boşluklu K ve tp Brleşmler... 67 5.3..3 Örtüşen K ve tp Brleşmler... 7 5.3..4 Moment Brleşmler... 76 5.3. Kutu Profller çn Tek Düzleml Kafes Krşlern Özel Brleşm Tpler... 78 5.3.. Kutu Profller n Tek Düzleml KT tp Kafes Krş Brleşmler... 78 5.3.. Kutu Profllern Tek Düzleml Düğüm oktası Levhalı ya da Başlık Elemanına Doğrudan Kaynaklı I veya H Profl Brleşmler... 8 5.3..3 Kutu Profllern Drsek Şekll Brleşmler... 8 5.3..4 Kutu Profllern Üç Elemanlı Drsek Şekll Brleşmler... 84 6. SOUÇLAR... 87 KAYAKLAR... 89 ÖZGEÇMİŞ... 9
SİMGE LİSTESİ a Kaynak kalınlığı A nc elemanın enkest alanı, =,,, 3 A V b e b e(ov) b ep Başlık elemanının etkn kesme kuvvet alanı Örgü çubuğunun etkn genşlğ Örtüşen kutu profl brleşmlernde örten elemanın etkn genşlğ Etkn kesme zımbalaması genşlğ b nc kutu profln dıştan dışa genşlğ, =,,, 3 b j j nc kutu profln dıştan dışa genşlğ, j =,,, 3 C e C pb C K C K,g C T C T,c C T,t C X C X,c d Kutu ve boru profl brleşmler çn verm faktörü Moment aktaran Verendeel tp boru profl brleşmler çn verm faktörü Boru profllern örtüşen ve boşluklu K ve tp brleşmler çn verm faktörü Kutu profllern boşluklu K tp brleşmler çn verm faktörü Boru profllern T ve Y tp brleşmler çn verm faktörü Kutu profllern basınç etksndek T ve Y tp brleşmler çn verm faktörü Kutu profllern çekme etksndek T, Y ve X tp brleşmler çn verm faktörü Boru profllern X tp brleşmler çn verm faktörü Kutu profllern basınç etksndek X tp brleşmler çn verm faktörü Dış çap d nc boru profln dış çapı, =,,, 3 e E f a f b f(n ) f(m) f op f r Dışmerkezllk Elastste modülü Boru profllern düğüm noktası levhalı veya başlık elemanına doğrudan kaynaklı I, H ya da kutu profl brleşmlernde, düğüm noktası levhasında, I, H ya da Kutu proflde eksenel yükten oluşan normal gerlme Boru profllern düğüm noktası levhalı veya başlık elemanına doğrudan kaynaklı I, H ya da kutu profl brleşmlernde, düğüm noktası levhasında, I, H ya da Kutu proflde momentten oluşan normal gerlme Kutu profllern başlık elemanına paralel düğüm noktası levhalı brleşm harç tüm kutu ve boru profl brleşmler çn başlık uç kuvvet fonksyonu Kutu profllern başlık elemanına paralel düğüm noktası levhalı brleşm çn başlık uç kuvvet fonksyonu Başlık elemanında mevcut yüklemeden doğan normal gerlme Azaltma faktörü v
f u, f uj Sırasıyla ve j elemanlarının kopma gerlmes,,j =,,, 3 f y Akma gerlmes f y, f yj Sırasıyla ve j elemanlarının akma gerlmes,, j =,,, 3 f(γ,g ) Boşluk örtüşme fonksyonu g Boşluklu K, ve KT tp brleşmlerde, başlık elemanı yüzeynde, örgü çubukları arasındak mesafe, boşluk g Boşluk değernn başlık elemanı cdar kalınlığına oranı, g = g / t h Kutu profller çn dıştan dışa yükseklk h L nc kutu profl çn dıştan dışa yükseklk Kaynak kolu uzunluğu M nc elemana etkyen moment, =,, 3 M pb nc elemanın maruz kaldığı moment, =,, 3 M nc eleman brleşmnn moment taşıma kapastes, =,, 3 pb M pl, M r nc elemanın plastk moment taşıma kapastes nc elemanın moment taşıma kapastes n Başlık elemanında mevcut yüklemeden doğan normal gerlmenn başlık elemanı akma gerlmesne oranı, n = f f op yo Boru profllern T, Y ve X tp brleşmlernn başlık elemanında kesme zımbalaması göçme bçmn esas alarak hesaplanan taşıma gücü Boru profllern boşluklu K ve tp brleşmlerde, nc eleman brleşmnn başlık elemanında kesme zımbalaması göçme bçmn esas alarak hesaplanan taşıma gücü, =, Kutu profl brleşmlernn başlık elemanında oluşan göçme bçmler esas alınarak hesaplanan taşıma gücü Boru profllern T ve Y tp brleşmlernn başlık elemanı plastkleşmes göçme T bçmn esas alarak hesaplanan taşıma gücü Boru profllern X tp brleşmlernn başlık elemanı plastkleşmes göçme X bçmn esas alarak hesaplanan taşıma gücü nc elemana etkyen eksenel kuvvet, =,, 3 Kutu profl brleşmlernn örgü çubuklarında oluşan göçme bçmler esas v
alınarak hesaplanan taşıma gücü Boru profllern boşluklu K ve tp brleşmlernde, nc eleman brleşmnn K K başlık elemanı plastkleşmes göçme bçmn esas alarak hesaplanan taşıma gücü, =, Herhang br brleşmn karakterstk taşıma gücü Boru profllern boşluklu K ve tp brleşmlernn taşıma gücü K r nc elemanın eksenel yük taşıma kapastes Boru profllern T tp brleşmlernn taşıma gücü T X O v p p w q Q K r Boru profllern X tp brleşmlernn taşıma gücü Herhang br brleşmn taşıma gücü Örtüşme yüzdes, O v = (q/p)x Örtüşen brleşmlerde, örten elemanın örtülen elemanın olmaması halnde, başlık elemanı yüzeyne brleştğ burun ve topuk noktaları arasındak mesafe Kaynak tasarım dayanımı Örtüşen brleşmlerde, örten ve örtülen elemanların başlık elemanı yüzeyne brleştrlmes halnde (örten eleman sanal olarak uzatılır), burun noktaları arasında kalan mesafe Karakterstk yük Boru profl başlık elemanının dış yarıçapı ' r nc boru profln ç yarıçapı, =,, 3 s t Etkn kaynak uzunluğu Kalınlık t nc elemanın cdar kalınlığı, =,,, 3 t eff V V p Z α Etkn cdar kalınlığı Elemana etkyen kesme kuvvet Etkdğ elemanda kayma akması meydana getren kuvvet Kutu profl başlık elemanının plastk mukavemet moment () Brleşm yapılacak elemana ve brleşmde kullanılacak kaynağa at malzeme güvenlk faktörlern de çeren boyutsuz br büyüklük M () Drsek şekll kutu profl brleşmlernde ( + ) değernn küçük ya da M eşt olableceğ büyüklük v r r
β Başlık elemanı çapının ya da genşlğnn örgü çubuğu çap ya da genşlğne oranı d b β =, (T, Y, X), b b d + d b + b + h + h b 4b β =, (K, ) γ Boru profl başlık elemanı yarıçapının etkalınlığına oranı, γ = d t γ Malzeme güvenlk katsayısı M γ MJ Brleşm güvenlk katsayısı γ MW Kaynak güvenlk katsayısı γ S θ Yük güvenlk katsayısı Örgü elemanı le başlık elemanı arasındak dar açı v
KISALTMA LİSTESİ CEV CHS EC E IIW MAW RHS SHS Karbon Eşdeğer (Carbon Equvalent Value) Daresel Boşluklu Kestler (Crcular Hollow Sectons) Eurocode Euronorm Uluslararası Kaynak Ensttüsü (Internatonal Insttute of Weldng) Metal Ark Kaynağı (Metal Arc Weldng) Dkdörtgen Boşluklu Kestler (Rectangular Hollow Sectons) Yapısal Boşluklu Kestler (Structural Hollow Sectons) v
ŞEKİL LİSTESİ Şekl. Gaz altı metal ark kaynağı... 6 Şekl. Örgü elemanı ucunda tek düzleml kesm ve uygulanablrlk şartları... 7 Şekl.3 Yöntem A çn kesm düzlemlernn tayn... 9 Şekl.4 Yöntem B çn kesm düzlemlernn tayn, k kesm... 9 Şekl.5 Yöntem B çn kesm düzlemlernn tayn, üç kesm... Şekl.6 Profl kesm çn kesşm eğrsnn belrlenmes... Şekl.7 Profl kesm çn gerekl şablon açılımı... Şekl.8 Yassılaştırma çeştler... 3 Şekl.9 Farklı cdar kalınlıklı kutu ve boru profller çn ağız ağza kaynak hazırlığı..5 Şekl. Kutu ve boru profller çn destek halkası detayları... 6 Şekl. Kutu ve boru profllern kafes krş brleşmler çn kaynak ağzı hazırlıkları... 7 Şekl. 36º dönen kaynak, 8 yukarı düşey kaynak, düşey kaynak, yatay kaynak... 8 Şekl 3. Kutu profl brleşmlernde tpk gerlme dağılımı... Şekl 3. Kutu profller çn brleşm tpler... 3 Şekl 3.3 Sayısal örnek çn boşluklu kutu profl brleşm... 4 Şekl 3.4 Sayısal örnek çn örtüşen boru profl brleşm... 5 Şekl 4. Temel brleşm tpler... 7 Şekl 4. Başlık elemanı plastkleşmes göçme bçm... 8 Şekl 4.3 Başlık elemanında kesme göçme bçm... 8 Şekl 4.4 Başlık elemanında kesme zımbalaması göçme bçm... 9 Şekl 4.5 Örgü çubuğu etkn genşlk göçmes... 9 Şekl 4.6 Örgü ubuğu ya da başlık elemanında yerel burkulma... 9 Şekl 4.7 T ve Y tp brleşm ve (4.3) ün geçerllk aralığı şartları... 3 Şekl 4.8 f (n') fonksyonu... 3 Şekl 4.9 T ve Y tp brleşmler çn verm faktörü... 33 Şekl 4. X tp brleşm ve (4.8) n geçerllk aralığı şartları... 34 Şekl 4. X tp brleşmler çn verm faktörü... 35 Şekl 4. Dışmerkezllk... 37 Şekl 4.3 Boşluklu K ve tp brleşm ve (4.) un geçerllk aralığı şartları... 38 Şekl 4.4a Boşluklu K ve tp brleşmler çn g'= olması halnde verm faktörü... 39 Şekl 4.4b Boşluklu K ve tp brleşmler çn g'= 6 olması halnde verm faktörü... 39 Şekl 4.4c Boşluklu K ve tp brleşmler çn g'= olması halnde verm faktörü... 4 x
Şekl 4.5 Tpk örtüşen K- ve - tp brleşm ve (4.) un geçerllk aralığı şartları... 4 Şekl 4.6 O v değer... 4 Şekl 4.7 Örtüşen K ve tp brleşmler çn verm faktörü... 43 Şekl 4.8 f ( γ,g') fonksyonu... 43 Şekl 4.9 Brleşm vermllğ çn lmt değerler... 45 Şekl 4. Tpk Verendeel Brleşm... 45 Şekl 4. Verendeel brleşmler çn verm faktörü... 46 Şekl 4. Boru Profllern özel brleşmler I... 47 Şekl 4.3 Boru Profllern özel brleşmler II... 48 Şekl 4.4a Başlık elemanına dk düğüm noktası levhalı brleşm... 49 Şekl 4.4b Başlık elemanına paralel düğüm noktası levhalı brleşm... 49 Şekl 4.4c Başlık elemanına doğrudan kaynaklı I, H veya kutu profl brleşmler... 49 Şekl 4.5 Ağzı düzleştrlmş boru profllern örtüşen K tp brleşmler çn taşıma gücü değer... 5 Şekl 4.6 Ağzı düzleştrlmş boru profllern örtüşen K tp brleşm... 5 Şekl 5. Başlık elemanında cdar burkulması... 54 Şekl 5. Tpk K tp brleşm... 55 Şekl 5.3 Tpk X tp brleşm... 55 Şekl 5.4 Başlık uç kuvvet fonksyonu, f(n)... 57 Şekl 5.5 Çekme etksnde Y tp brleşm... 59 Şekl 5.6 Çekme etksnde bulunan T,Y ve X tp brleşmlere at vermllk faktörü, C T,t 6 Şekl 5.7 Basınç etksnde Y tp brleşm... 63 Şekl 5.8 Basınç etksnde bulunan T ve Y tp brleşmlere at vermllk faktörü, C T,c... 64 Şekl 5.9 Basınç etksnde X tp brleşm... 65 Şekl 5. Basınç etksnde bulunan X tp brleşmlere at vermllk faktörü, C X,c... 65 Şekl 5. T, Y ve X tp brleşmler çn örgü çubuğu etkn genşlk göçme bçmn esas alan brleşm vermllk grafğ... 67 Şekl 5. Hesap örneğ çn boşluklu K tp brleşm... 7 Şekl 5.3 Boşluklu K tp brleşmlere at vermllk grafğ, C K,g... 7 Şekl 5.4 b, b e, b ov ve b p büyüklüklernn fzksel anlatımı... 7 Şekl 5.5 Hesap örneğ çn kısm örtüşen K tp brleşm... 73 Şekl 5.6 Kısm örtüşen K tp brleşmler çn örgü çubuğu etkn genşlk göçme bçmn esas alan brleşm vermllk grafğ... 74 Şekl 5.7 Tam örtüşen K tp brleşmler çn örgü çubuğu etkn genşlk göçme bçmn x
esas alan brleşm vermllk grafğ... 76 Şekl 5.8 Tpk Verendeel brleşm... 77 Şekl 5.9 KT tp brleşm örnekler... 79 Şekl 5. Başlık elemanına paralel düğüm noktası levhalı brleşm çn uç kuvvet fonksyonu, f(m)... 8 Şekl 5. Drsek şekll brleşmlern teşkl... 83 Şekl 5. Malzemel eksennde eğlmeye maruz kutu profllern drsek şekll brleşmler çn gerlme azaltma faktörü... 83 Şekl 5.3 Malzemesz eksennde eğlmeye maruz kutu profllern drsek şekll brleşmler çn gerlme azaltma faktörü... 84 Şekl 5.4 Br Pratt makasında üç profll drsek şekll brleşm... 85 Şekl 5.5 Üç elemanlı drsek şekll brleşmn örtüşen K tp brleşme benzeştrlmes... 85 Şekl 5.6 Hesap örneğ çn üç profll drsek şekll brleşm... 86 x
ÇİZELGE LİSTESİ Çzelge. Kutu ve boru profller çn kmyasal bleşm ve CEV... 4 Çzelge. Destek halkasız ağız ağza bağlantılar... 4 Çzelge.3 Destek halkalı ağız ağza bağlantılar... 5 Çzelge 3. Taşıma gücü esasına göre kaynak kalınlıkları... 9 Çzelge 3. Kaynak tasarım dayanımı... Çzelge 3.3 Azaltma faktörü... Çzelge 3.4 Farklı akma gerlmeler çn mnmum kaynak kalınlıkları... Çzelge 4. Düğüm noktası levhalı ya da başlık elemanına doğrudan kaynaklı I, H veya kutu profl çn taşıma gücü formüller... 5 Çzelge 4. Ağzı düzleştrlmş boru profl brleşm deneylernde denenen ebat ve parmetreler... 5 Çzelge 5. T, Y ve X tp brleşmler çn taşıma gücü değerler... 56 Çzelge 5. f k, f kn, b e, b ep, A v ve α değerler... 58 Çzelge 5.3 Başlık elemanının kare enkestl olması hal çn brleşm tplerne göre lgl formüllern geçerllk aralığı... 6 Çzelge 5.4 Başlık elemanının dkdörtgen enkestl olması hal çn brleşm tplerne göre lgl formüllern geçerllk aralığı... 6 Çzelge 5.5 Boşluklu K ve tp brleşmler çn taşıma gücü değerler... 69 Çzelge 5.6 Örtüşen K ve tp brleşmler çn taşıma gücü değerler... 7 Çzelge 5.7 Düzlem çnde momente maruz T ve X tp brleşmler çn taşıma gücü değerler... 77 Çzelge 5.8 Düzlem çnde momente maruz T ve X tp brleşmlern Çzelge 5.7 ye göre hesabı çn geçerllk aralığı koşulları... 78 Çzelge 5.9 Örtüşen KT tp brleşmler çn taşıma gücü değerler... 8 Çzelge 5. Çzelge 5. çn geçerllk aralığı koşulları... 8 Çzelge 5. Kutu profllern düğüm noktası levhalı ya da başlık elemanına doğrudan kaynaklı I veya H profl brleşmler çn taşıma gücü değerler... 8 x
ÖSÖZ Ülkemzde nşaat sektörünün brçok dalında olduğu gb projeclk bölümünde de tamamen blmsel araştırmalara dayanan, uygulanablrlğ konusunda defalarca fkr alışverşnde bulunulan çalışmalar olduğu gb sezgye dayanan, proje konusuyla lgl araştırmalarla tesadüfen lşks olan çalışmalar da bulunmaktadır. Ser üretm ve düşük malyet esas alınarak yapılan projeclğe bağlı kalınmanın netces olarak ortaya çıkan ve devam eden bu durum projecnn ancak şartname ve yönetmelklerde yer alan hükümlere mümkün olduğunca rayet etmesne mkan vermektedr. Bununla brlkte özellkle çelk yapılarla lgl konular, yaptırım ntelğ olan yayınlarda yeternce yer almamaktadır. Kapalı enkestl nce cdarlı profl brleşmler de şartname ve yönetmelklermzde henüz yern tam manasıyla almamış konulardan brdr. Fakat bu tp profller özellkle kafes krş yapımında yer alarak büyük açıklıkların geçlmesnde kullanılmaktadırlar. Ayrıca son yıllarda mmarlar tarafından sade brleşmlere sahp olmak koşuluyla, bu tp profller kullanılarak mal edlen çelk yapı elemanları, yapının brer görsel öğes olarak da sunulmak stenmektedr. Konu seçmnde, bu konunun çelk yapı projeclğnde karşılaşılan fakat şartname ve yönetmelklerce yeternce açıklığa kavuşturulmamış olmasının ve kutu ve boru profllern çelk yapılarda daha sık kullanılmasının etks büyüktür. Bu çalışma hazırlanırken yararlanılan kaynakların bu konuda daha ler gtmek steyen okuyuculara faydası olacağı nancındayım. Bu çalışmada yazılan her kelmey ttzlkle nceleyen, yönlendrme ve uyarılarıyla sürekl yardımcı olan tez hocam sayın Prof. A. Zafer ÖZTÜRK e teşekkürü br borç blrm. x
İCE CİDARLI KAPALI EKESİTLİ ÇUBUKLARDA OLUŞA SİSTEMLERİ DÜĞÜM OKTASI BİRLEŞİMLERİİ İCELEMESİ Fevz Fırat BOZACI İnşaat Mühendslğ, Yüksek Lsans Tez İnce cdarlı kapalı enkestl profllerle (kutu ve boru profller) teşkl edlen çelk yapı elemanlarının tasarımından montajına uzanan sürecn tüm aşamalarında, uygulanacak brleşm tplernn hayat fonksyonu vardır. Seçlen brleşm tp brleşm yapılan profllern tab tutulacağı şlemlern belrlenmesnde ve brleşmn dayanımında en öneml etkendr. Bu çalışmada kutu ve boru profl brleşmlernn uç hazırlığı, brleşmlern teşklnde en sık kullanılan brleşm aracı kaynak ve başlıca brleşm tpler çn dayanım hesabı ncelenmştr. Brleşmlern dayanım hesabı, kaynak yeterllğ ve zımbalama, plastkleşme gb göçme bçmlernn tahkk şeklnde ele alınmıştır. Kutu ve boru profller yük etksnde farklı davranış ortaya koyduklarından, brleşm tpler dayanım formüller ayrı başlıklar altında yer almaktadır. Brleşm dayanımını fade eden formüllern yanı sıra, ön boyutlama aşamasında tasarımcıya hız kazandıran brleşm vermllk faktörü kullanılarak dayanım hesabı ayrıca fade edlmştr. Brleşmlern gerek dayanım gerekse şçlk yükünü azaltmak bakımından sahp olması gereken malzeme kaltes, gelş açısı, genşlk/cdar kalınlığı, çap/cdar kalınlığı gb parametreler ncelenmş ve brleşm tplernn brbryle mukayeses yapılmıştır. Seçlen brleşm tpnn teşklnde gerekl uç ve kaynak ağzı hazırlıkları ve bu hazırlıklar esnasında uygulanan metodlara yer verlmştr. Anahtar Kelmeler: Kutu ve boru profller, brleşm tpler, uç ve kaynak ağzı hazırlığı, brleşm dayanımı xv
RESEARCH of JOITS n STRUCTURES wth THI WALLED CLOSED CROSS-SECTIO MEMBERS Fevz Fırat BOZACI Cvl Engneerng, M.Sc. Thess Jont types have vtal role n process from desgn to mountng of steel structure members consst of thn walled closed cross-secton profles (Rectangular and crcular hollow sectons). The most mportant factor for fabrcaton procedure and capacty of connecton s jont type. In ths study, end fttngs of rectangular and crcular hollow sectons, weld commonly used on structurel hollow secton jonts as a connectng equpment and capacty calculaton of man jont types were researched. Calculaton of jonts was approached by nspecton-analyss of weld suffcency and checkng falure modes such as punchng and plastfcaton of chord. Capacty formulae of jont types for rectangular and crcular hollow sectons were evaluated under seperate sectons because of dssmlar behavour under loadng. Addtonally, jont effcency factors, whch make fast desgn possble n prelmnary phase, are gven for man jont types. Parameters such as materal qualty, angle between bracngs and chord, wdth to wall thckness rato, dameter to wall thckness rato were nvestgated and jont types were compared wth each other. End fttngs and weldng preparatons necessary for consttutng jonts were explaned. Key Words: Rectangular and crcular hollow sectons, jont types, end fttngs and weldng preparatons, capacty of jonts xv
. GİRİŞ Çelk yapılarda; I, H, U, L enkestl hadde profller uzun süredr yaygın olarak kullanılagelmektedr. Günümüzde se kapalı enkestl nce cdarlı (Kutu ve boru enkestl) profller de çelk yapı elemanları olarak hadde profller yanında yern almıştır. Bu tp profller dayanım/ağırlık oranlarının yüksek oluşu, her k eksene göre büyük atalet yarıçapı, dış yüzeylernn açık enkestl profllere göre ortalama %4 daha az oluşunun sağladığı daha düşük boya malyet gb avantajları sayesnde bu yer ednmştr. Bununla beraber gelşen teknoloj le brlkte kutu ve boru profllern daha kolay ve yaygın mal edleblmes de bu tp profllern kullanım sahalarının artmasında etkl olmuştur. Ancak büyük açıklıkların geçlmesnn zorunlu olduğu kapalı spor salonları, havaalanı bekleme salonları gb yapılarda çelk yapı elemanlarını gzlemek yerne, brer mmar unsur halne getrmek çabasının bu bağlamda daha cazp görünüme sahp kutu ve boru profllern uygulamada daha sık yer bulmasında ayrı br yer olmuştur. Kutu ve boru profllern çelk yapı elemanı olarak kullanıldığı günümüz yapılarında, bu tp profllern, taşıyıcı konstrüksyonun br parçası olarak statk bakımdan yeterl olmasının yanı sıra, yapının görsel bakımdan da br parçası olmaları aranır özellkler halne gelmştr. Bu durum mühends ve mmarların daha etkleşml çalışmasını da berabernde getrmştr. Blndğ üzere özellkle kafes krş tarzında teşkl edlen yapı elemanları brçok düğüm noktası çermektedr ve bu noktalar sıklıkla düğüm noktası levhası, guse gb yardımcı parçalar kullanılarak oluşturulmaktadır. Kullanılan bu lave parçalar artık görsel öğe halne gelmş kutu ve boru profllerden mal edlen yapı elemanlarında, statk açıdan gerekl olsa dah estetk kaygılar nedenyle stenmez. Konstrüksyonu oluşturan elemanları yalnızca kest tesrlerne göre boyutlandırmak, stenmeyen bu parçaların kullanılmasına neden olablr. Ancak bu durum brleşmlern daha ön tasarım aşamasında detaylı br şeklde hesaplanması anlamına gelmemel, bununla brlkte brleşm dayanımında öneml rol oynayan br takım parametreler göz ardı edlmemeldr. Tasarımcı lave parçaların bulunmadığı sade brleşme ulaşmak çn brleşm dayanımını etkleyen faktörler y blmeldr. Ayrıca uygulanması ekonomk bakımdan zor ve uğraştırıcı detaylardan kaçınmalıdır. Bunun çn de kutu ve boru profllern başlıca brleşm aracı olan kaynağı y tanımalı, kaynak metodlarını ve kaynak dayanım hesabını, kutu ve boru profllern hang uç ve kaynak ağzı hazırlık proseslerne tab tutulduğunu blmeldr. Bu çalışmada kutu ve boru profl brleşmlernn teşkl çn gerekl ön hazırlıklar, bu tp profllern başlıca brleşm aracı olan kaynak, kaynak dayanım hesabı ve eksenel yük ve
moment etksndek başlıca brleşm tpler ncelenmştr. Brleşm tpler görünüm tbaryle aynı olmasına karşın teşkl edldkler profln kutu ya da boru enkestl olmasına bağlı olarak yük etksnde farklı davranış ortaya koyduklarından kutu ve boru profller çn farklı bölümlerde ncelenmştr. Brleşm tplernn ncelenmesnde; öncelkle her brleşm tp çn brleşmn dayanımını veren kesn fadeler, hemen sonrasında tasarımcıya ön boyutlama esnasında öneml ölçüde hız kazandıracak grafk yardımıyla hesap ve son olarak sayısal uygulamalar hemen her tp çn verlmştr. Sayısal uygulamalarda seçlen kestler ve yükleme tplernn pratkte karşılaşılan ntelkte olmasına gayret edlmştr. Sonuç olarak, çelk yapılarda mmar unsur halne gelmş kutu ve boru enkestl profllern brleşmlernn teşkl öncesndek hazırlık prosesler, başlıca brleşm tpler çn dayanım hesabı esasları ve sayısal uygulamalar bu çalışmanın kapsamında yer almaktadır. Bu sayede tasarımcının, gerek hesap gerek malat önces gerekse malat aşamalarını göz önünde bulundurarak teşkl edeceğ konstrüksyonda kullanacağı profl ve brleşm tpne karar verme sürecne ışık tutulmaya çalışılmıştır.
3. KUTU ve BORU PROFİL BİRLEŞİMLERİDE KAYAK Isı etksnde aynı veya benzer alaşımlı metallern brleştrlmesne kaynak denr. Kaynak esnasında metaller ergme derecelerne kadar ısıtılarak sıvı kıvama getrlr veya ısıtma kızıl dereceye ulaşılıncaya kadar yapılır ve plastk kıvam elde edlr. Bu brleştrme ve ısıtma şlemler sırasında, bazı kaynaklama metodlarında brleştrlen metallerle aynı ya da benzer kmyasal çerğe sahp lave metal kullanılır, bazı metodlarda se kullanılmaz. Günümüz uygulamalarında lave metaln yer aldığı kaynaklama metodları yaygın olarak kullanılmaktadır. Kapalı enkestl nce cdarlı profllern (kutu ve boru profller) kaynaklı brleşmlernde doğru kaynak metodunun seçm kadar kaynaklanablrlk, brleşm oluşturan elemanların uç ve kaynak ağzı hazırlığı le kaynak pozsyonları ve sırası da önem arz eden faktörlerdr.. Kaynaklanablrlk Çelğn kaynaklanablrlğ, blnen br kaynaklama teknğ le metalk br brleşmn oluşturulablmes demektr. Bununla brlkte, kaynaklanablrlk term malzeme bazında ele alındığında, kaynağa uygunluk anlamına gelmektedr. Temelde, çelk sınıflarının kmyasal bleşmler çelğn kaynaklanablrlğn belrler. Kutu ve boru profller düşük alaşımlı ve yüksek alaşımlı (nce tanel çelk) çelkten mal edlmektedrler. Düşük alaşımlı çelkten mal edlen profller dayanımlarının azalmaması çn ısıl şleme tab tutulmazlar aynı zamanda çok düşük oranda alaşım maddes çerdklernden kaynaklama çn özel tedbrler alınmasına da gerek yoktur. Bu tp çelklern kaynaklanablrlğ daha çok karbon çerklerne ve az da olsa htva ettkler sülfür, fosfor ve ntrojen mktarına bağlıdır. Yüksek alaşımlı çelkler düşük alaşımlı çelklere oranla kaynağa daha uygundur. Bu tür çelklern bünyelernde karbonun yanı sıra mangan, slkon, vanadyum, alümnyum, ttanyum, krom, nkel ve molbdenyum da bulunmaktadır. Düşük karbon oranı ( %.) ve gevrek kırılmayı önleyen nce tanel yapısı, yüksek alaşımlı çelklern kaynaklanablrlğn arttıran faktörlerdr. Pratkte br çelk tp çn kaynaklanablrlğn seçc krter Karbon Eşdeğer (Carbon Equvalent Value, CEV) dr. Hesaplanması oldukça kolay ve kullanışlı olan bu değer, Uluslararası Kaynak Ensttüsü (IIW) tarafından aşağıdak fade le formülüze edlmştr: CEV = C + Mn Cn + Mo + V + 6 5 + + Cu 5 (.) Bu formülde C, Mn, Cn, Mo, V, ve Cu sırasıyla karbon, mangan, slkon, molbdenyum,
4 vanadyum, nkel ve bakır elementlernn hesaplanacak çelk tpndek mktarlarını yüzde cnsnden fade etmektedr. CEV ne kadar düşük olursa bu çelk tpnn kaynaklanablrlğ o mertebede yüksek olur. Çzelge. de kutu ve boru profl üretcs br frmanın soğuk ve sıcak hadde mamullerne at kmyasal bleşm ve karbon eşdeğer yer almaktadır. Özellkle Avrupa da uygulanan standartlarda CEV e sınırlamalar getrlmştr. Bu standartlarda CEV çn maksmum değer %.54 olarak belrlenmştr. Şunu belrtmek gerekr k CEV n yalnızca kaynaklanablrlğ bell br sevyede tutablmek çn değl aynı zamanda ön ısıtma şlemnden kaçınmak çn de standartlarda belrtlen maksmum değern altında olması gerekr. Blndğ gb ön ısıtma soğuk çatlak oluşumunu engelleyen fakat özellkle profllern geometrsnn değşmne neden olması ve yüksek malyet sebebyle pratkte sıkça uygulanmayan br şlemdr. Çzelge. Kutu ve boru profller çn kmyasal bleşm ve CEV (Corus Tubes, SHS Weldng) Soğuk Hadde Mamuller Soğuk Hadde Mamuller Spesfkasyon Strongbox 35 Hybox 355 Celcus 75 Celcus 355 (E 9) (E 9) (E ) (E ) C %maks.7... S %maks -.55 -.55 Mn %maks.4.6.5.6 P %maks.45.35.35.35 S %maks.45.35.35.35 %maks.9 - - - CEV % t 6.35.45.4.45. Kutu ve Boru Profl Brleşmlernde Kaynak Yöntemler Ergtme kaynağı kutu ve boru profl brleşmlernde kullanılan en yaygın yöntemdr. Bu yöntem metal ark kaynağı, otojen kaynak, elektrk drenç kaynağı, elektrk ışın demet ve plazma olmak üzere beş farklı şeklde tatbk edlr. Kutu ve boru profl brleşmlernde bu beş uygulamadan en çok kullanılanı metal ark kaynağıdır. Metal ark kaynağı (MAW) kutu ve boru profller çn ağırlıklı olarak üç şeklde uygulanır. Standart Elektrk Arkı Kaynağı (Elektrod Kaynağı) Akış Merkezl Ark Kaynağı Gaz Altı Metal Ark Kaynağı Bu metodların dışında, özellkle açık denz yapıları gb özel uygulama alanlarında, denz altı
5 ark kaynağı da kullanılır. Bu metodlarda kaynaklama kaynak ekpmanı ve maknaları dkkate alınarak üç ayrı şeklde; elle, yarı otomatk ve tam otomatk yapılır. Yaygın olarak, elle ve yarı otomatk yapılan kaynak metodları uygulanmaktadır. Standart elektrk arkı kaynağı, hem sahada hem atelyede elle yapılan br kaynak metodudur. Özellkle üç ya da daha fazla kutu ya da boru profln brleşmnde, yarı otomatk veya otomatk yapılan kaynaklama metodlarının uygulanmasının hemen hemen mkansız olduğu durumlarda terch edlr. Uygulaması dğer yöntemlere göre ucuz fakat yavaş br metoddur. Bu yöntem, kaynakçının el becers kaynağın kaltesnde belrgn br rol oynadığından, bell br kaynaklama eğtm almış sertfkalı kaynakçılar tarafından tatbk edlmeldr. Standart elektrk arkı kaynağı uygulamalarında br dğer öneml husus da elektrod seçmdr. Farklı çelk sınıflarının br arada kullanılması halnde sadece hdrojen kontrollü elektrodların kullanılması gerekr. Elektrodları muhafaza ederken elektrod malatçılarının tavsyelerne uyulmalıdır. Hdrojen kontrollü bazk elektrodlar çn ısıtma fırınları kullanılır. Br başka alternatf de düşük hdrojen katkılı paket vakum elektrodlarının kullanılmasıdır. Akış merkezl ark kaynağı, kaynak maknası üzerndek br makaradan beslenen tel elektrodun kullanıldığı yarı otomatk br yöntemdr. Tel elektrod br takım kmyasal maddeler çerr, bu maddeler ark ve ermş metal oksjen ve ntrojenn zararlı etklernden korurlar. Bu sstem oldukça hızlı kaynak malatına mkan vermesne karşın büyük yatırımlar anlamına gelen pahalı ekpmanlara gereksnm duyar. Gaz altı ark kaynağı da yarı otomatk br yöntemdr. Akış merkezl ark kaynağından farklı olarak, bu yöntemde kullanılan koruyucu maddeler, elektrod çnde değldr ve ayrı br letm borusu vasıtasıyla gaz fazında kaynak yerne taşınır. Kullanılan gaz argon, helyum gb metal soygazlardır yahut daha ucuz olan CO veya CO nn de yer aldığı br gaz karışımıdır (metal aktf gazlar, %8 Argon + %5 CO + %5 O ). Düşük alaşımlı çelkler çn metal aktf gazlar, yüksek alaşımlı gazlar çn metal soygazlar koruyucu gaz olarak kullanılırlar. Gaz altı metal ark kaynağının başlıca avantajları şöyle sıralanablr. Hızlı kaynak sürec sayesnde düşük malyet Kaynağın etklendğ çevrenn küçük olması Cürufun olmayışı. Cüruf olmadığından, cürufu kaldırmak çn gerekl süre de ortadan kalkar. Bu avantajlara karşılık; fazla ekpman sayısı ve gaz korumasının başlığı nedenyle, özellkle saha uygulamalarının zorluğu br dezavantaj olarak belrr.
6 Şekl. Gaz altı metal ark kaynağı (Dutta vd., 998).3 Kutu ve Boru Profllern Uç Hazırlığı Kutu ve boru profllern brleşmlernde brleşmn mukavemet, şçlğn kaltes ve malyet bakımından en öneml çalışma brleşen elemanların kaynaklama öncesnde yapılan uç hazırlığıdır. Özellkle boru profl brleşmlernde uç hazırlığı farklı açılar le brleşen örgü çubukları çn ayrı br önem kazanmaktadır. Çatı makası, kolon gb yapı elemanlarının kafes krş olarak teşkl durumunda malat, parçaların uç hazırlıklarının yapılması le başlar k bu da çok çeştl kesm şlemlern çermektedr. Kesm şlem zaman zaman hayl karışık kesşm eğrlern uygulamak anlamına gelr. Bu durumdan kaçınmak çn kesm şlemndek ş yükünü azaltan yassılaştırma knc br uç hazırlığı tp olarak ortaya çıkar..3. Kesm Kesm şlem netcesnde brleşen elemanların tpne bağlı olarak amaçlanan bazı uç kesmler düz kare kesm, açılı kesm, profl kesm ve konk uçlu kesmdr. Bu uç kesmlern elde edeblmek çn kutu ve boru profl elemanlarının uç hazırlığında uygulanan kesm yöntemler
7 şu şeklde sıralanablr. Testere le kesm Oksjenl kesm Yv açma Lazerl kesm Plazma kesm Şekl. Örgü elemanı ucunda tek düzleml kesm ve uygulanablrlk şartları (Wardener vd., 99).3.. Testere le Kesm Testere le kesm esas olarak kutu profl brleşmlernn kesştğ yüzeylerdek gb tek düzleml kesmlern yapıldığı uç hazırlıklarında kullanılır. Bu kesmler düz veya açılı olablr. Kesme alet hdrolk beslemel daresel testere, ağır grup testeres veya güç vergel testeresdr. Boru kestlern doğrudan brleşm çn profl kesm yapmak gerekr. Brleşm yerndek boruların yarıçaplarına dayanan ve brden fazla testere le düzlem kesm şlem uygulamak suretyle uygun kesm ağzı elde edleblr. En bast kesm şlem tek düzleml kesmdr. Fakat bu sadece çok küçük d /d, d /d oranlarında uygulanablr. Bu tarz uygulamalar çn ayrıca g mn (t ; t ; t ) ve g 3 mm
8 koşulları gerçeklenmeldr. Büyük d, /d oranlarında tek düzleml kesm büyük kaynak boşluklarına neden olacaktır. Kaynak boşluklarından yüksek malyet ve brleşmn yük taşıma kapastesnn azalması rsk nedenyle kaçınılır. Şekl. de tek düzleml kesm yapılmak suretyle brleşm yapılablecek boru profllere at ana eleman ve örgü çubuğu çapları verlmştr. Tek düzleml kesmn yapılamadığı durumlarda profl kesm yapılır. Profl kesm çn k yöntem uygulanır. Yöntem A Öncelkle c değer hesaplanır (.). Eğm açısı θ ne olursa olsun c sabttr. c değer vasıtasıyla hesaplanan n noktasından hareketle n-m ve n-u doğruları çzlr. Bunlar kesm düzlemn belrler. İk kesmde tamamlandıktan sonra köşeler gerektğ gb düzeltlerek örgü elemanının başlık yüzüne oturması sağlanır. Düzeltme şlem ç köşelern taşlanması, profl ağzının taşlanması ve kesp çıkarma aşamalarını kapsar (Şekl.3). ' (r ) = (.) ' (r (r ) ) c Yöntem B Bu yöntem k ya da üç kesm çn geçerldr. Gerekl parametreler ve kesm çzgler Şekl.4 de fade edlmştr. Bu yöntem daha çok dış çapları brbrne yakın boru profllern brbrne kaynaklanması çn kullanılır. İk kesm çn gerekl parametreler aşağıda fade edlen denklemler vasıtasıyla hesaplanablr. d h = d o - ' r (.3) 4 h sn θ α g = arctan ( ) (.4) ' r + h cos θ h sn θ α d = arctan ( ) (.5) ' r h cos θ
9 Şekl.3 Yöntem A çn kesm düzlemlernn tayn (Dutta vd., 998) Üç kesm çn gerekl parametreler aşağıdak denklemler vasıtasıyla hesaplanablr. l = r ' ' (.6) (r t) h = d d ' (r t) (.7) 4 h sn θ α g = arctan ( ) (.8) ' r + h cos θ lsn θ h sn θ α d = arctan ( ) (.9) ' r h cos θ lsn θ Şekl.4 Yöntem B çn kesm düzlemlernn tayn, k kesm (Dutta vd., 998)
Şekl.5 Yöntem B çn kesm düzlemlernn tayn, üç kesm (Dutta vd., 998).3.. Oksjenl Kesm Bu kesm tp özellkle boru kestlere uygulanan profl kesm şlemlernde tatbk edlr. Elle ve otomatk makna le olmak üzere k türlü yapılır. Elle yapılan kesm büyük çaplı kestlerde ve atelye dışında uygulanır. Otomatk oksjenl kesm atelyede gerçekleştrlr. Bu tür kesm her türlü çap ve eğm açısı kombnasyonuna uygundur..3... Elle Yapılan Oksjenl Kesm Bu tür kesmde alev kaynağı elle tutulur ve profl üzerndek kesm çzgsn takp eder. Elle yapılan oksjenl kesm çn ş dzlm şöyledr: Kesşm eğrsnn belrlenmes Şablonun hazırlanması Borunun markalanması Kesmn yapılması Kaynak ağızlarının yapılması Taşlama yoluyla kaynak ağızlarının son halne getrlmes Bu dzlmde en öneml madde kesşm eğrsnn belrlenmesdr. Kesşm eğrsnn nasıl belrleneceğ Şekl.6 da, gerekl şablonun açılımı se Şekl.7 de fade edlmştr.
.3... Otomatk Oksjenl Kesm Otomatk oksjenl kesm adından anlaşılacağı gb br makna vasıtasıyla otomatk olarak yapılır. Otomatk oksjenle kesme alet üreten Müller Şrket (Almanya), bu alana manvela düzeneğ olan br makneyla başlayarak 95 lerden tbaren öncülük etmştr. Günümüzde pyasada da kolayca bulunablen blgsayar kontrollü oksjenl kesm maknaları bu sahada yerlern almışlardır. Bu tp maknalarla yüksek kesm hassasyet elde edleblr, ser malat yapılablr. Çalışma prosedürü aşağıdak gbdr: Brleşm elemanlarına at çap, cdar kalınlığı, gelme açıları ve kaynak ağzı blgler maknaya ver olarak grlr. Malzeme braz ısıtılır. Bu esnada alevl kesc otomatk olarak kesşm çzgsnden atık malzemeye doğru hareket eder. Oksjenl kesc atık parçadan çıkıp verlen kesme eğrsne grerek kesm şlemne devam eder. İşlenen parçanın 36 den braz fazla döndürülmes le kesm tamamlanır. Şekl.6 Profl kesm çn kesşm eğrsnn belrlenmes (Dutta vd., 998)
Şekl.7 Profl kesm çn gerekl şablon açılımı (Dutta vd., 998).3..3 Yv Açma Kutu ve boru profl brleşmler bazen, profllerde açılan yvlere yerleştrlen düğüm noktası levhaları vasıtasıyla yapılır. Alın levhalı ve bayrak levhalı brleşmler en çok uygulananlarıdır. Profllerde yv açma; özel bıçaklarla çentkleme, elle yapılan oksjenl kesm, yarı otomatk oksjenl kesm, frezel kesclerle kesm ve taşlama yoluyla gerçekleştrleblr. Bu yöntemlerden elle ve yarı otomatk oksjenl kesm dışındak yöntemlerden olabldğnce kaçınmak gerekr. Oksjenl kesm elle yapılmak zorunda se kesnlkle şablon kullanılmalıdır..3..4 Lazerl Kesm Lazerl kesm özellkle son on yılda yüksek kaltes, kesn performansı, esneklğ ve düşük fabrkasyon malyetler sayesnde önem kazanmıştır; fakat halen yaygın olduğunu söylemek mümkün değldr. Çalışma prosedürü ve kontrolü, oksjenl kesm yapan maknalarla hemen hemen aynıdır; sadece kesm aracı olarak alevn yern lazer demet almıştır. Lazerl kescler et kalınlığı 6 mm ve daha az olan profller sorunsuzca keseblr. Kesme hızının m/dk cvarında olması ser malata mkan verr ancak çok yüksek yatırım malyetler nedenyle, orta ve küçük ölçekl şletmeler bu metodu benmsememşlerdr..3..5 Plazma Kesm Plazma kesmnde yoğun elektrk arkıyla ısıtılmış br gaz (Ar, ) veya gaz karışımı (Ar+, H + ) kullanılır. Gaz nce br akım ve yüksek hızla şlenen parçaya çarpar. Yüksek enerj yoğunluğundan dolayı kesm dğer metodlardan daha hızlı yapılır ve çoğu zaman elemanda çarpılma bükülme olmadan kesm gerçekleştrleblr. Kesm kaltes et kalınlığı 4 le 35 mm
3 arasındayken oldukça ydr. Küçük, taşınablr ve yüksek kesm kapastesne sahp maknalar pyasada bulunablr..3. Yassılaştırma Pahalı ve karmaşık kesm eğrler boyunca kesm yapmayı gerektren durumlarda terch edlr. Yassılaştırma şlem aktarılan yük değerlernn düşük olduğu tal elemanlarda yapılır. Kutu profllerde yaygın br uygulama değldr. Şekl.8 Yassılaştırma çeştler (Wardener vd., 99) Yassılaştırma sıcak veya soğuk şartlarda yapılablr. Sıcak yassılaştırmada sadece yassılaştırılacak bölge 75 le 9 arası br sıcaklığa kadar ısıtılır. Isıtma şlem elektrk, oksasetlen alev maknası veya bütan ve propan yanıcıları le gerçekleştrleblr. Soğuk yassılaştırma pratk ve ekonomk olması sayesnde daha sık uygulanan br metod olmuştur. Soğuk yassılaştırma sırasında malzeme plastk deformasyona uğrar ve çatlaklara yol açan enne ve boyuna deformasyonlar oluşur. Çatlaklar en büyük uzamanın oluştuğu dövülen köşelerde oluşur. Bu noktalarda kaynak yapılmaz. Atelye mkanlarına ve stenlen brleşmn taşıma gücüne bağlı olarak konk uçlu yassılaştırma, tam yassılaştırma, oyuklu kalıpla yassılaştırma ve kısm yassılaştırma uygulanablr. En çok uygulanan yöntem olan oyuklu kalıplı yassılaştırma da şlem boru kestn aşamalı yassılaşmasını sağlayan k oyuklu kalıplı br pres yardımıyla yapılır. Geçş bölgesnn uzunluğu genelde d ye eşt yapılır. Bu tür yassılaştırma dğer yassılaştırma yöntemlerne göre statk bakımdan daha uygundur..4 Kutu ve Boru Profllerde Kaynak Ağzı Hazırlığı Kutu ve boru profllern kaynaklı brleşmlernde, brleşen elemanların düğüm noktasına gelş açılarına ve et kalınlıklarına göre farklı kaynak ağzı hazırlığı yapılır. Kaynak ağzı, brleşmde kaynak yapılmasına mkan sağlayacak boşluğun oluşturulması çn vazgeçlmez br araçtır.
4 Kaynak ağzı tplern, ağız ağza brleşmler ve kafes krş brleşmler başlıkları altında ncelemek mümkündür..4. Ağız Ağza Brleşmler Kutu ve boru profller çn ağız ağza brleşmler genellkle küt kaynak le yapılır. Temel olarak üç durum söz konusudur. İnce cdarlı profllern brleşm; eleman uçlarında kaynak ağzı hazırlığı yapılmaz Kalın cdarlı profllern brleşm; eleman uçları kaynak ağzı çn pahlanır Pahlanacak kenarlar çten br halka le desteklenr bu sayede hem kaynağın sıvıyken akışı önlenr hem de brleşen elemanlar hzalanır Yukarıda sıralanan bu üç brleşm destek halkasından faydalanılarak daha sağlıklı teşkl edleblr. Destek halkasız ağız ağza brleşmler Çzelge. de, destek halkalı ağız ağza brleşmler Çzelge.3 de fade edlmektedr. Zaman zaman brleşen elemanlarının cdar kalınlıkları farklı olablmektedr. Bu duruma lşkn kaynak ağzı hazırlıkları da Şekl.9 da verlmştr. Çzelge. Destek halkasız ağız ağza bağlantılar (Dutta vd., 998)
5 Çzelge.3 Destek Halkalı ağız ağza bağlantılar (Dutta vd., 998) Şekl.9 Farklı cdar kalınlıklı kutu ve boru profller çn ağız ağza kaynak hazırlığı (Dutta vd., 998)
6 Şekl. Kutu ve boru profller çn destek halkası detayları (Dutta vd., 998).4. Kafes Krş Brleşmler Kaynaklı kafes krş brleşmlernde köşe kaynak ve küt kaynak-köşe kaynak kombnasyonları uygulanablr. Kaynak tp seçm daha önce de belrtldğ gb brleşen elemanların düğüm noktasına gelş açılarına ve cdar kalınlıklarına bağlıdır. Kutu ve boru profller çn köşe ve küt kaynak uygulamalarına at kaynak ağzı hazırlıkları Şekl. de verlmştr. Topuk bölgesnde uygun kaynak penetrasyonunun sağlanablmes çn örgü elemanının gelş açısının 3 den daha küçük olmaması gerekr. Genelde kullanılan kaynak ç bükey, dış bükey veya düz bçmlerde teşkl edleblen köşe kaynaktır. Bu noktada şunu belrtelm; kaynağın ana metale daha aşamalı br geçş yapması bakımından ç bükey teşkl edlmş kaynaklarda daha y br yorulma davranışı gözlenmştr..5 Kaynak Pozsyonları ve Sıraları Kaynakta oluşan kalıcı gerlmeler ve deformasyonlar doğru kaynak pozsyonu ve sırası le en aza ndrleblr. Bunu çn özellkle şu noktalara dkkat edlmeldr: Kaynak kutu profl köşes başında ve sonunda başlamamalıdır Küçük et kalınlıkları çn çok pasolu kaynaktan kaçınılmalıdır Kaynak dkşnn btş ve başlama pozsyonları k boru profl arasında kalan burun kısmında yer almamalıdır Çok pasolu kaynaklarda herhang br kaynak pasosunun btş ve başlama noktası br sonrak kaynak pasosunun btş ve başlama noktasına rastlamamalıdır.
7 Şekl. Kutu ve boru profllern kafes krş brleşmler çn kaynak ağzı hazırlıkları (Dutta vd., 998) Brleşm oluşturan elemanların pozsyonlarına ve hareket yeteneklerne bağlı dört çeşt kaynak pozsyonu vardır.. 36 dönen kaynak. Kest 36 döndürülürken elektrod sabttr.. 8 yukarı düşey kaynak. Özellkle kafes krş yapımında uygulanır. Kaynaklama öncelkle boru profller çn üst yarım darenn çevresnde, kutu profller çn üst yüzde
8 ve yan cdarlarda yapılır daha sonra kalan kısımlar kafes krş 8 döndürüldükten sonra tamamlanır. 3. Düşey kaynak. Bu pozsyon sadece kutu ve boru profllern hareket edemedğ durumlarda kullanılır. 4. Yatay kaynak. Bu pozsyon brleşen elemanların düşey olduğu ve hareket edemedğ durumlarda kullanılır. Eğer parçalar yataysa kaynaklama düşey pozsyonda yapılır. (a) (b) (c) (d) Şekl. a)36º dönen kaynak, b)8 yukarı düşey kaynak, c)düşey kaynak, d)yatay kaynak (Dutta vd., 998)
9 3. KUTU ve BORU PROFİL BİRLEŞİMLERİDE KAYAK TASARIMI Kaynak, kutu ve boru profllern brleşmlernde en yaygın kullanılan araçtır. Bu aracın tasarımında brleşmde kullanılan kaynak malzemesnn mekank özellkler ve brleşmn mukavemet, brleşm teşkl edlecek profllern mekank özellklernden ve mukavemetnden düşük olmamalıdır. Kutu ve boru profllern kaynaklı brleşmlerndek kaynak tasarımı bu esasa dayanır. 3. Köşe Kaynak Tasarımı Köşe kaynak kullanılarak teşkl edlen br kutu veya boru profl brleşmnde; EC 3 e göre köşe kaynağın tasarım dayanımı, brleşm yapılan elemanın tasarım dayanımından düşük olmamalıdır. Yne EC 3 e göre bu koşul, kaynak kalınlığı Çzelge 3. de verlen α x t çarpımına eşt alınarak ve çekme ve akma dayanımı bakımından ana metale eşdeğer elektrod kullanılarak gerçekleştrleblr. Çzelge 3. kutu ve boru profl üretm yapan br frmanın kend ürünlernn kullanılması durumunda EC 3 e göre brleşmde teşkl edlecek kaynak kalınlığını vermektedr. Tabloda yer alan α katsayısı brleşm yapılacak elemana ve kaynağa at malzeme güvenlk faktörlern de çeren boyutsuz br büyüklüktür. Bu tablo vasıtasıyla, başlangıç çn emnyetl br kaynak kalınlığı tespt edleblr. Çzelge 3. Taşıma gücü esasına göre kaynak kalınlıkları (Corus Tubes, SHS Weldng) Çelk Sınıfı Mnmum Kaynak Kalınlığı a (mm) Mnmum Kaynak Kalınlığı a (mm) Celcus 75.87 α t.94 α t Celcus 355. α t.9 α t Strongbox 35.84 α t.9 α t Hybox 355. α t.9 α t α =. γ MJ x γ MW.5 α =. x..35.5 α =.8 (3.) Br köşe kaynağın tasarım kapastes brleştrlecek yüzeyler arasındak açının 3º la º arasında olması durumunda (3.) le hesaplanır. Kaynak tasarım kapastes = p w x a x s (3.) Brleştrlecek yüzeyler arasındak açının º den büyük olması halnde tam penetrasyonlu
küt kaynak kullanılmalı, 3º den küçük olması halnde se kaynağın yeterllğ deney le gösterlmeldr. Kaynak tasarım dayanımı, p w (/mm ), çelk sınıfı ve E 499 uyarınca mal edlen elektrod cnslerne göre Çzelge 3. de verlmştr. Çzelge 3. Kaynak tasarım dayanımı (Corus Tubes, SHS Weldng) Kaynak kalınlığı, kaynak kolu uzunluğu (L) aynı olduğu halde brleştrlecek yüzeyler arasındak açıya bağlı olarak değşkenlk gösterr (Çzelge 3.3). Açının 3º la º arasında olması durumunda kaynak kalınlığı, kaynak kolu uzunluğunun br azaltma faktörü, f r, le çarpımına eşttr ( 3.3). Azaltma faktörü değerler Çzelge 3.3 de yer almaktadır. a = f r x L (3.3) Çzelge 3.3 Azaltma faktörü (Corus Tubes, SHS Weldng) Kaynak tasarım kapastesnn hesaplanmasında oldukça belrleyc olan etkn kaynak uzunluğunun doğru tespt şu k noktaya bağlıdır: ) Kesşm eğrsnn gerçek uzunluğu: Bu değer brleşm yapılacak elemanlar arasındak açıya ve elemanların tpne bağlıdır. Brleşmler genelde dar açılı teşkl edldklernden
brleşen profln çevre uzunluğundan daha büyük br uzunlukta kaynak dkş elde edlr. ) Kesşm eğrsnn gerçek uzunluğunun etknlğ: Kutu ve boru profllern kaynaklı brleşmlernde kaynaklanan yüzeyler genellkle ncedr. Bu durum kaynaklanan yüzeylerde br mktar deformasyona neden olur, oluşan bu deformasyon da brleşen çubuğun üzerndek yükü brleşmdek kaynağa, kaynak uzunluğu boyunca değşen değerlerde aktarmasına sebep olur. Başka br deyşle brleşmdek kaynağın her noktası aynı yüke maruz kalmaz, farklı noktalardak yük değerler farklıdır. Özellkle kutu profllern kaynaklı brleşmlernde bu durum belrgndr, boru profllern kaynaklı brleşmler çn hmal edleblr. Şekl 3. Kutu profl brleşmlernde tpk gerlme dağılımı (Corus Tubes, Desgn of SHS Welded Jonts) 3.. Boru Profl Brleşmler Boru profllerden teşkl edlen br brleşmde gerekl kaynak kalınlığı (3.5) den elde edlen etkn cdar kalınlığı değernn α katsayısıyla çarpılması sonucu bulunan değerdr. Formülde çubuğun aktaracağı kuvvet, brleşmn aktaracağı kuvvete eşt alınmıştır. Bu yaklaşımla yapılan hesap, brleşm kapastes metodu adını alır. brleşm = eleman = π x t x (d-t) x f y / 3 (3.4) d / t olduğundan (d-t) =.95d alınablr. Bu kabulle etkn cdar kalınlığı aşağıdak formülle bulunablr. Ayrıca t eff EC3 e göre d/5 değernden küçük olamaz. t eff = eleman.95πdf y 3 = 335 df eleman y (3.5) Kaynak kalınlıkları (3.5) e göre hesap yapılması durumunda, br üretc frmanın farklı akma
gerlmesne sahp ürünler çn Çzelge 3.4 de yer almaktadır. Çzelge 3.4 Farklı akma gerlmeler çn mnmum kaynak kalınlıkları (Corus Tubes, SHS Weldng) 3.. Kutu Profl Brleşmler Daha önce belrtldğ gb kutu profl brleşmlernde kesşm eğrsnn gerçek uzunluğunun etknlğ brleşmn taşıma kapastes üzernde oldukça belrleycdr. Etkn kesşm eğrs uzunluğu (s) farklı tptek brleşmler çn farklıdır. Boşluklu K ve tp brleşmler çn etkn kesşm eğrs uzunluğu aşağıdak formüller le hesaplanablr. θ çn s = [( h / sn ) + b ] o 6 θ çn s = [( h / sn ) + b ] o 5 θ (3.6) θ (3.7) 5 º la 6 º arasındak açı değerler çn lneer nterpolasyon yapılablr. Örtüşen (boşluksuz) K ve tp brleşmlerde örten eleman çn etkn kesşm eğrs uzunluğu aşağıdak formüllerde verlmştr (Brleşm tpler çn Şekl 4. e bakınız). O v 8 çn s = h + b + b e(ov) (3.8) 8 > O v 5 çn s = h + b e + b e(ov) (3.9) 5 > O v 5 çn s = (O v /5)h + b e + b e(ov) (3.) b e(ov) = mn ( (b f j / t yj j t )f j y t, b ) (3.) b e = mn ( (b f / t y t )f y t, b ) (3.) O v = (q x sn θ /h ) x (3.3)
3 Örtülen eleman çn etkn kesşm eğrs uzunluğu se aşağıdak formülde verlmştr. s örtülen = mn[( s örten (hj + bj) / (h + b ); (h j / sn θ + b j )- b )] (3.4) j Şekl 3. Kutu profller çn brleşm tpler T, Y ve X tp brleşmler çn braz da güvenl tarafta kalınarak (3.5) le etkn kesşm eğrs uzunluğu hesaplanır. s = [ h / sn ] θ (3.5) Brleşmn kaynak dzayn kapastes, uygun formül vasıtasıyla etkn kesşm eğrs uzunluğu bulunduktan sonra (3.) le hesaplanır. 3..3 Sayısal Örnekler Boşluklu tp brleşm Çelk sınıfı: Başlık elemanı: S 355 JH xx8 Örgü elemanı (basınç):5xx5 Örgü elemanı (çekme): x8x5
4 Şekl 3.3 Sayısal örnek çn boşluklu kutu profl brleşm (Corus Tubes, SHS Weldng) Basınç örgü elemanı çn Çzelge 3. kullanılarak; a a =.9t = 5.5 mm bulunur. Eleman üzerndek yük düşünülerek etkn kesşm eğrs uzunluğu, s; θ çn s = [( h / sn ) + b ] o 6 bulunur. Kaynak kalınlığı, a se; θ = x/sn9º + 5 = 35 a = brleşm / (p w x s) = 38 / (5x35) = 4.3 mm bulunur. Bu k değerden küçük olanı brleşme etkyen yükün aktarılablmes çn gerekl kaynak kalınlığına eşttr. Çekme örgü elemanı çn Çzelge 3. kullanılarak; a =.9t = 5.5 mm bulunur. Eleman üzerndek yük düşünülerek etkn kesşm eğrs uzunluğu, s; θ çn s = [( h / sn ) + b ] o 5 bulunur. Kaynak kalınlığı, a se; θ = x8º / sn4º + x = 489 mm a = brleşm / (p w x s) = 59 / (5x489) = 4.8 mm bulunur. Bu k değerden küçük olanı brleşme etkyen yükün aktarılablmes çn gerekl kaynak kalınlığına eşttr. Örtüşen boru profl brleşm Çelk sınıfı: S 75 JH Başlık elemanı: 73 x 8. Örgü elemanı(basınç): 93.7 x 5. Örgü elemanı(çekme): 68.3 x 5.
5 Basınç örgü elemanı çn Çzelge 3. kullanılarak; a =.94t = 4.7 mm bulunur. Brleşm kapastes metodu le; t eff = (. x brleşm ) / d = (. x 46) / 93.7 =.9 mm < d/5 = 3.87 a = α x t eff =.94 x 3.87 = 3.64 mm bulunur. Bu k değerden küçük olanı brleşme etkyen yükün aktarılablmes çn gerekl kaynak kalınlığına eşttr. Şekl 3.4 Sayısal örnek çn örtüşen boru profl brleşm (Corus Tubes, SHS Weldng) Çekme örgü elemanı çn Çzelge 3. kullanılarak; a =.94t = 4.7 mm bulunur. Brleşm kapastes metodu le; t eff = (. x brleşm ) / d = (. x 65) / 68.3 = 4.7 mm < d/5 = 3.37 a = α x t eff =.94 x 4.7 = 4.43 mm bulunur. Bu k değerden küçük olanı brleşme etkyen yükün aktarılablmes çn gerekl kaynak kalınlığına eşttr. 3. Küt Kaynak Tasarımı Kutu ve boru profl brleşmlernde küt kaynak terch edlmes durumunda tam penetrasyonlu küt kaynak kullanılmalıdır. Kaynak önces gerekl kaynak ağzı hazırlığının ve uygun elektrod seçmnn yapılması le elde edlen kaynak dayanımı ana metal dayanımına eşt alınablr. Bu durumda örgü elemanı kapastesne eşt kaynak kapastes elde edlr.
6 4. BORU PROFİL BİRLEŞİMLERİİ TASARIMI Boru profl konstrüksyonlarının tasarımında, uygulanacak brleşm tp henüz ön tasarım aşamasında göz önünde bulundurulmalıdır. Konstrüksyonu oluşturan elemanları yalnızca eleman kest tesrlerne göre boyutlandırmak, stenmeyen berktme ve guse levhalarının kullanılmasına yol açablr. Ancak bu durum, brleşmlern daha ön tasarım aşamasında detaylı br şeklde hesaplanması anlamına da gelmemeldr. Bu noktada vurgulanmak stenen, brleşmn yeterl taşıma kapastesne sahp olablmes çn, brleşme gren elemanların çaplarının oranı, cdar kalınlıkları oranı, örgü elemanlarının bndrme mesafes, gelme açıları gb br takım parametrelern kest seçm esnasında dkkate alınmasıdır. Tasarımın optmzasyonunun mukavemet, stablte, malat süres ve malyet, şletme ekonoms gb brden fazla faktöre bağlı olduğu unutulmamalıdır. Kutu ve boru profllern kaynaklı bleşmlernde yük etks altında brleşmn davranışının anlaşılablmes çn, yük akışının ve ç gerlme dağılımının ncelenmes gerekr. Yük akışı ve gerlme dağılımı, brleşmn tpne ve özellkle örgü çubuklarının gelme açılarına bağlıdır. Bu k noktanın blnmes aynı zamanda göçme bçmlernn de belrlenmesn sağlar. Bu sayede brleşmde hang noktada ve hang göçme bçmnn oluşacağı tespt edleblr. Göçmenn bçm ve yer tayn edldkten sonra, brleşmn yük taşıma kapastes belrlenr. 4. Boru Profl Brleşmlernn Yük Taşıma Kapastesn Etkleyen Parametreler Boru profl brleşmlernn yük taşıma kapastes üzernde etks olan parametreler temel olarak brleşmn (X, Y, T, K,, vb) ve yüklemenn tpne (çekme, basınç, moment) bağlıdır. Bu koşullara bağlı olarak farklı göçme bçmler oluşur (Bölüm 4. ye bakınız). Tasarım hemen hemen her zaman brbrler le uyum çnde olmayan çeştl noktaların optmzasyonundan elde edlr. Brleşme bağlı olarak şu noktalara dkkat edlmeldr. Cdar kalınlığı az olan elemanın dğerne bağlanması ve çepeçevre kaynaklanması, aks durumdan her zaman çn daha yüksek brleşm kapastes elde edlmesn sağlayacaktır. Br başka deyşle, örgü çubuklarının cdar kalınlıklarının başlık elemanınınknden az olması, yüksek olması halne kıyasla daha yüksek brleşm kapastes elde edlmesne mkan verr. Brleşmde, örgü çubuklarının örtüşerek bağlanması, aralarında boşluk bırakılarak bağlanmasına kıyasla daha yüksek taşıma kapastes elde edlmesn sağlar.