ÇELİK YAPILAR (2+1) Yrd. Doç. Dr. Ali SARIBIYIK
Dersin Amacı Çelik yapı sistemlerini, malzemelerini ve elemanlarını tanıtarak, çelik yapı hesaplarını kavratmak. Dersin İçeriği Çelik yapı sistemleri, kullanım yerlerini, Çelik yapı malzeme türleri, bulonlar, kaynakları, Çelik yapı sistemini etklileyen statik ve dinamik yük hesaplarını, Çelik yapı elemanlarının kesit tayini ve gerilme tahkiki hesaplarını, Bulon, perçin ve kaynak hesaplarını, Çelik yapıların korozyon ve yangın gibi etkilere karşı koruma yöntemleri öğretmek
Ders Akışı Hafta Konular 1 Giriş ve genel tanımlar 2 Çelik yapı sistemleri, kullanım yerleri 3 Çelik yapı malzeme türleri 4 Çelik yapıların korozyon ve yangın gibi etkilere karşı koruma yöntemleri 5 Çekme elemanı 6 Basınç elemanı 7 Basınç elemanı 8 Kirişler 9 Bulon hesapları 10 ara sınav 11 Bulon hesapları 12 Kaynak hesapları 13 Kaynak hesapları 14 Kaynak hesapları
DEĞERLENDİRME SİSTEMİ YARIYIL İÇİ ÇALIŞMALARI SIRA KATKI YÜZDESİ Ara Sınav 1 70 Kısa Sınav 2 20 Ödev 1 10 Toplam 100 Finalin Başarıya Oranı 50 Yıliçinin Başarıya Oranı 50 Toplam 100
AKIŞ Çelik Yapıların Tarihçesi Yapısal Çelik Üretimi Malzeme Özellikleri Çelik Profiller Çeliğin Üstünlükleri Çeliğin Sakıncalı Yanları Çelik Kullanım Alanları
Çelik Yapıların tarihçesi 1779-1875 Font köprüler 1846-1890 Dövme çelik 1890- Dökme çelik köprü ve yüksek yapılar
Yapısal Çelik Dövülerek, preslenerek ve haddeden geçirilerek şekil alabilen demir alaşımlara çelik denir. Çelik esas itibariyle bir demir + karbon alaşımdır. Yüksek ölçüde demir, düşük ölçüde karbon. Karbon miktarı arttıkça çeliğin dayanımı da artar. Ancak bu durumda çelik daha gevrek hale gelir. Kaynaklanabilirliği azalır. Dolayısıyla hem yüksek dayanımlı hem de yeterli sünekliğe sahip çeliğin üretiminde karbon yüzdesi hassas ve önemli bir rol oynamaktadır. Çelik alaşımına ayrıca fosfor, kükürt, azot, silisyum, manganez, bakır, krom, nikel gibi elemanlar ilave edilerek kaliteli çelikler elde edilir. Diğer elemanların çeliğin özelliklerine olan etkisi karbonun tekbaşına olan etkisinin bir fonksiyonu olarak "Karbon eşdeğeri, CE ile ifade edilir.
Çelik üretiminde kullanılan alaşımlar Krom (Cr): Çeliğin mukavemetini, paslanma ve sürtünmeye karşı dayanıklılığını artırır. Bakır (Cu): Sünekliğini ve paslanmaya karşı dayanıklılığını artırır. Manganez (Mn) ve Silisyum (Si): Taşıma gücünü ve düşük sıcaklıkta sünekliği artırır. Ergimiş çelikteki serbest oksijeni alır ve gaz habbecikleri önler. Malibden (Mo): Özellikle yüksek sıcaklıkta çelik mukavemetini ve paslanmaya karşı dayanıklılığı artır. Vanadium (V), Nikel (Ni), yüksek kaliteli çelik üretiminde kullanılır.
Malzeme olarak Çelik Çeliğin mekanik özellikleri çekme deneyi sonucunda elde edilen gerilme - şekil değiştirme grafiği yardımıyla belirlenir. Çelik yapılarda kullanılan yapısal çeliklerin statik yükler ve çekme kuvvetleri altındaki dayanımı dayanımını tanımlamak için malzemenin akma sınırı özelliğinden yararlanılır.
Çeliğin üstün özellikleri Homojen ve izotrop bir malzeme. Çeliğin çekme mukavemeti basınç mukavemetine eşit. Üretimi sürekli denetim altında. Yüksek mukavemetli bir malzeme. Öz ağırlığın taşınan yüke oranı düşük. Çelik sünek bir malzeme. Büyük şekil değiştirebilme özelliği. Çelik yapı elemanlarında değişiklik ve takviye olanağı. Çelik yapı elemanı yerine monte edildiği anda tam yükle çalışabilir. Yapım süresi azalır. Sökülüp yeniden kullanılabilme. Çelik atölyelerinde imalat şantiyede sadece montaj. Hava koşullarından bağımsız inşaat.
Çeliğin Sakıncalı Yanları -Yorulma Yorulma çelik yapılar için önemli bir sorundur. Yorulma, tekrar eden yükleme yük boşalmaları sonucu zaman içerisinde mikro çatlakların makro çatlağa dönüşmesi sonucu oluşur. Yorulma çatlaklar tekrarlı yükler etkisindeki tüm çelik yapılarda (örneğin köprüler) meydana gelebilir. Yorulma çatlaklarının oluşmasının en büyük sakıncası gevrek kırılmaya sebep olmasıdır.
Çeliğin Sakıncaları-Korozyon Korozyonun (paslanmanın) kontrol edilmesi için yöntemler: Koruyucu kaplama (örnek: epoksi kaplamalı çelikler) Galvanik kaplama (Çinko kaplama ile yapılır) Özel alaşımlı çelikler (örneğin: Paslanmaz Çelik) Katodlama ile koruma (genelde yer altı yapılarında kullanılır. Ters elektrik akımıyla çelik katoda dönüştürülür.)
KULLANIM ALANLARI Çok katlı yapılarda
Büyük açıklıkların geçilmesinde
Endüstri yapıları otoparklar, Portatif yapılarda
Köprülerde
Deprem ve Çelik Yapılar Deprem etkileri altında bir yapının enerji yutması isteniyorsa yapı malzemesinin sünek davranışı gereklidir. Çeliğin, kopmadan büyük deformasyon yapabilme özelliği yani büyük bir şekil değiştirme sığası olması ve yüksek dayanımı, malzemeyi deprem bölgelerinde inşa edilecek olan yapılar için ideal bir malzeme durumuna getirmektedir. Çelik, öz ağırlığının toplam yük içindeki payının küçük olması nedeniyle, hafif yapı çözümleri sağlamaktadır. Yüksek dayanımı nedeniyle de daha ekonomik kesitler kullanılabilmekte ve temele aktarılan toplam yük azalmaktadır. Dolayısıyla deprem yükleri de azalmaktadır. Çelik sıkı ve sürekli denetimle üretilmekte olup, yapı elemanları ve birleşimler kontrole açıktır ve herhangi bir aksaklığı gizlemek zordur. Kolay onarım ve güçlendirme olanağının bulunması, hızlı ve hava koşullarından bağımsız inşaat yapılabilmesi, deprem için önemli bir kolaylık sağlamaktadır.