ÇELİK YAPILAR 2. Hafta Onur ONAT Munzur Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli 1
Haddelenmiş Çelik Ürünleri Nelerdir? Haddelemeyi tekrar hatırlayacak olursak; Haddeleme kısaca fabrikada çeliğe şekil verme işlemine denir. Hadde ürünleri birkaç başlık altında toplanır. 1. Profiller 2. Lamalar 3. Levhalar 2
Profiller Profil elemanlar birkaç başlık altında toplanır. 1. I profilleri 2. U profilleri 3. L korniyerler Yanda şekli görülen I profilleri genelde aşık kirişi olarak kullanılır. 3
Profiller U profilleri genelde çatı makası olarak kullanılır. 4
Profiller L profilleri genelde çapraz gergi olarak kullanılır. Bunlara köşebent veya korniyer de denir. Bir sistemde eğer perçin veya cıvata kullanılacaksa minimum korniyer L50.50.5; eğer kaynak kullanılacaksa L45.45.5 olmalıdır. 5
Özel Profiller Bazen ihtiyaca göre de özel profiller de kullanılabilir. Bunlar ise; 6
Lamalar Bildiğimiz anlamda Lama Levhadır. Farklı tip ve kalınlıktaki levhalara Lama denir. Lamalar kendi aralarında aşağıdaki gibi gruplandırılır. 1. Dar Lamalar: Kalınlığı 5 ile 60 mm arasında değişen, genişliği ise 10 ile 150 mm arasında değişen levhalara denir. 2. Geniş Lamalar: Kalınlığı 0.1 mm ile 5 mm arasında değişen ve genişliği ise 151 mm ile 1250 mm arasında değişen levhalara denir. 3. İnce Lamalar: Kalınlığı 0.1 mm ile 5 mm arasında değişen ve genişliği ise 12 ile 630 mm arasında değişen levhalara denir. 7
Levhalar Levhalar da aşağıdaki şekilde boyutlarına göre ayrılırlar. 8
Çelik Yapılarda Yükleme Durumları Çelik yapılarda elemanların tasarımından daha fazla detay tasarımı olan birleşim araçlarının hesabı çok önem arz etmektedir. Birleşim araçlarından önce yükleme durumlarına yer verilecektir. Çelik yapılarda yükleme durumları ikiye ayrılır; 1. Esas yükler altında yükleme 2. İlave yükler altında yükleme 9
Çelik Yapılarda Kullanılan Elemanların Özellikleri Çelik yapılarda elemanların üretildiği malzeme genelde iki çeşittir. St 37 yani kopma dayanımı 37 kg/mm2 ve akma dayanımı 24 kg/mm2 (2400 kg/cm2) olan çeşit ile St 52 yani kopma dayanımı 52 kg/mm2 ve akma dayanımı 36 kg/mm2 (3600 kg/cm2) olan çeşittir. Bu elemanlar kullanılarak tasarım yapılırken genelde belirli bir güvenlik katsayısı kullanılır. Bu kullanılan güvenlik katsayısı da yükleme çeşidine bağlıdır. 10
1. Esas Yükleme Nedir? Çelik yapı elemanlarında ölü ağırlık, kar yükü, vinç yükü ve makinelerin kuvvetlerinden kaynaklı genelde belirli bir süre sabit olarak kalan yüklere Esas Yükler denir. Bu tür yüklemelere H yüklemesi ya da uluslar arası alanda EY yüklemesi denir. Akma dayanımının belirli bir katsayıya bölünerek bulunmasıyla elde edilir. TS 648 e ve Alman standardı DIN e göre hesaplanır 11
2. İlave Yükleme Nedir? Çelik yapı elemanlarının üzerine etkiyen; rüzgar yükü, fren yükü, ısı değişiminden kaynaklı yükler, montaj esnasında değişen yüklerin oluşturduğu yüklerden kaynaklı yüklemelerdir. Bu tür yüklere HZ yüklemesi ya da uluslararası alanda EIY yüklemesi de denir. Bu yüklemeler de hem TS648 e göre hem de Alman standardı DIN e göre hesaplanır. 12
Yüklemelerde Kullanılan Katsayılar ve Yüklemeye Genel Bakış Esas ve İlave yükler göz önüne alınırken çeliğin akma dayanımı, her bir yükleme için bir katsayıya bölünür ve hesaba esas, emniyet gerilmesi limiti belirlenir. TS 648 e göre hesap yapılırken; TS 648 e göre hesap DIN e göre hesap 13
Yüklemelerde Kullanılan Katsayılar ve Yüklemeye Genel Bakış Esas ve İlave yükler göz önüne alınırken çeliğin akma dayanımı, her bir yükleme için bir katsayıya bölünür ve hesaba esas, emniyet gerilmesi limiti belirlenir. DIN e göre hesap ile emniyet gerilmeleri aşağıdaki tablodan bulunur. Aşağıdaki tablolar çelik yapı elemanları içindir. Çelik Cinsi σa (kg/cm2) σem (kg/cm2) DIN H (EI) HZ (EIY) St 37 2400 1400 1600 St 52 3600 2100 2400 Çelik Cinsi σa (kg/cm2) σem (kg/cm2) TS 648 H (EI) HZ (EIY) St 37 2400 1440 1650 St 52 3600 2160 2484 14
Çelik Yapılarda Elemanlar Birbirine Nasıl Birleştirilir? Çelik yapı elemanları fabrikalarda projeye göre üretilip de sahaya getirilip montaj edilmeye başlamadan önce yine projeye göre birlikte rahat çalışmalarını sağlayacak bazı elemanlarla birbirine birleştirilirler. Bu elemanlar; 1. Perçin 2. Bulon (Cıvata) 3. Kaynak sıralanabilir. 15
Perçinli Birleşimler: Perçin Nedir? Perçin; silindirik gövdeli, makaslamaya ve oyuk çevresindeki ezilmeye karşı çalışan birleşim araçlarıdır. Perçinler iki çeşittirler; 1. Yuvarlak başlı perçin, 2. Gömme başlı perçin Yuvarlak başlı perçin Gömme başlı perçin 16
Perçin Perçinler de ayrıca yuvarlak başlı veya gömme başlı olsalar da ikiye ayrılır, 1. Vurulmamış perçin 2. Vurulmuş perçin Gömme başlı vurulmamış perçin Yuvarlak başlı vurulmamış perçin Yuvarlak başlı vurulmuş perçin Gömme başlı vurulmuş perçin 17
Perçin Yerinde vurulmamış perçine ham perçin denir. Ham perçinin gövde çapı, d1, delik çapından d 1 mm daha küçüktür. Ham perçinin bir tarafında bulunan ve perçinle birlikte üretilmiş olan kısıma nizam başı denir. Ham perçin, perçin ocağında kızıl dereceye kadar ısıtıldıktan sonra, nizam başı sabit tutularak diğer uca darbe etkisiyle vurulur. Bu vurulma etkisiyle nizam başının simetriği elde edilir. Bu vurulma etkisiyle gövde şişerek oyuk kısmı tam doldurur. Böylelikle gövde çapı delik çapına eşit olmuş olur. 18
Perçin Bir perçinin darbeyle vurulduktan sonra şişerek içinde bulunduğu oyuğu doldurabilmesi için, birleştirilen levhaların ya da çelik yapı elemanlarının toplam kalınlığı ile gövde çapı arasında aşağıdaki bağıntı vardır. Kapak başının ise tam olarak birleştirilen elemanların üzerine kapanabilmesi için ise aşağıdaki bağıntının sağlanması gerekir. 19
Perçin Çapı Nasıl Seçilir? Birleştirilecek olan elemana göre perçin çapı aşağıdaki formül ile bulunur. Perçinler projelerde çaplarına göre aşağıdaki şekilde gösterilir. 20
Perçinli Bileşim 21
Perçinli Bileşimlerde Gerilme Dağılımı Nasıl Olur? Perçinlerin birleşimlerinden dolayı gövdelerinde makaslama ya da ezilme olur. Bu makaslama ya da ezilmeler birleşim elemanın ya bir kesitinde ya da çift kesitinde oluşur. Ezilme eğer bir kesitte oluyorsa buna Tek etkili denir. Ezilme eğer birleşim elemanının iki kesitinde oluyorsa buna Çift etkili denir. Aşağıdaki iki şekilden soldaki tek etkili sağdaki ise çift etkilidir. 22
Perçinli Bileşimlerde Gerilme Dağılımı Nasıl Olur? Perçin yüzeyi ile oyuk yüzeyi arasında oluşacak basınç gerilmesi dağılımı üniform değildir. Makaslamaya çalışan kesitlerin dağılımı da üniform değildir. Aşağıdaki şekil tek etkili perçinlerin gövdelerinde oluşan makaslamaya örnektir. 23
Perçin Hesapları Nasıl Yapılır? Perçin hesapları yapılmadan önce aşağıdaki kabuller yapılır. Bu kabuller hesap kolaylığı açısındandır. 1. Silindirik basınç yüzey yerine d*t düzlem alanı alınır. 2. Üniform olan gerilme dağılımları değil de ortalama gerilme dağılımları alınır. Perçinlerde iki türlü hesap yapılır. Yani gerilme tahkiki iki şekilde yapılır. 1. Makaslamaya karşı gerilme tahkiki 2. Ezilmeye karşı gerilme tahkiki 24
Perçinlerde Makaslama Tahkiki Nasıl Yapılır? Perçin hesaplarında makaslama tahkiki perçinin tek etkili mi yoksa çift etkili mi olmasına göre değişir. 1. Tek Etkili Perçinlerde; 2. Çift Etkili Perçinlerde; 25
Perçinlerde Ezilme (Basınç) Tahkiki Nasıl Yapılır? Perçinlerde ezilme yani basınca karşı tahkik iki şekilde yapılır. 1. Tek Etkili Perçinde; 2. İki Etkili Perçinde; 26
Perçinlerde Ezilme (Basınç) Tahkiki Nasıl Yapılır? Perçinlerde hesap yapılırken e makaslama alanı denir Aynı zamanda eğer söz konusu hesap basınç için yapılıyorsa, ye ise basınç yani ezilme alanı denir. Buraya kadar yapılan hesapların hepsi basınç altındaki durum içindir. Bazı durumlarda perçinlerin gövdesine çekme kuvveti de gelebilir. Bu durumda çekme kuvvetine F dersek eğer; 27
Perçinlerde Taşınabilecek Maksimum Yük Nasıl Hesaplanır? Bir perçinin emniyetle taşıyabileceği yük veya emniyet yükü, makaslamaya ve ezilmeye göre taşıyabileceği kuvvetlerin küçüğü olarak tanımlanır. Yani; Bir perçinin makaslamaya göre taşıyabileceği kuvvet TEK etkili perçinde; Bir perçinin makaslamaya göre taşıyabileceği kuvvet ÇİFT etkili perçinde; 28
Perçinlerde Ezilme (Çekme) Tahkiki Nasıl Yapılır? Bir perçinin ezilmeye karşı taşıyabileceği kuvvet, t kalınlığı tek etkili perçinlerde; t=min(t1, t2) t kalınlığı çift etkili perçinlerde; t=min(t1, t2+t3) 29
Sayısal Örnek Yukarıdaki şekilde görülen çelik yapı elemanının bağlandığı perçinlerin üzerine gelen 17.1 ton luk yükü güvenle taşıyıp taşıyamayacağını bulunuz? Yukarıdaki çelik yapı elemanın çekmeye karşı makaslama ve ezilme tahkikini yapınız? Sorudaki tüm birimler mm cinsindedir. 30
Kaynaklar Deren, H., Uzgider, E., Piroğlu, F., Çağlayan, Ö., (2012). Çelik Yapılar, Çağlayan Kitapevi Keyder, E., Vasti, T., (2010). Çelik Yapı Elemanları, Seçkin Yayıncılık ve Dağıtım. Ruhi, A. M., Günaydın, A., (2013). Çelik Yapılar, Birsen Yayınevi Özhendekçi, N., Çelik Yapılar Ders Notları, YTÜ 31