Çift cidarlı kompozit kirişlerin sonlu elemanlar yöntemiyle gerilme analizi ve optimum dizaynı

Abstract

ÖZET Çift cidark kompozit (ÇCK) yapı, eleman derinliği boyunca ve üst üste kapanan, kaynatılmış studlarca tutturulmuş nispeten ince iki çelik plaka arasında sandviç edilmiş donatışız beton bloktan oluşan bir yapı formudur. Geleneksel yapı formlarına oranla daha dayanıklı ve etkin kullanım avantajına sahiptir. Bu çalışmanın esas amacı University of Wales, Cardiff ' de daha önce yapılmış olan çalışmalara ilave nümerik bir yaklaşımla çözümler üretmek, karşılaştırma yapmak ve iki simetrik tekil yükle yüklenmiş ÇCK kirişin seçilen kalınlıktaki çelik plak ve beton dolgular için bağlantı noktalarındaki stud bağlayıcıların dayanımına bağlı olarak optimum dizayn için yaklaşık bir fonksiyon elde etmektir. ÇCK kirişler için ilave nümerik çözümler yapmak ve sonuçlan daha önceki çalışmalarla kıyaslamak için, daha önce University of Wales, Cardiff 'de yapılan araştırmaya benzer bir model üzerinde çalışılmıştır. Burada farklı kalınlıktaki çelik plak ve beton dolgu derinliği olan ÇCK kirişler modellenmiş ve farklı çelik plak kalınlığına ve beton dolgu derinliğine bağlı olarak sonlu rijitlikli stud bağlayıcıların bağlantı noktalarındaki gerilme değişimi kaydedilmiştir. Değişken, simetrik iki tekil yük altındaki ÇCK kirişin, seçilen kalınlıktaki beton ve çelik için stud bağlayıcıların bağlantı noktalarındaki gerilmeye bağlı olarak optimum dizayn yaklaşık fonksiyonunu bulmak için, beton derinliği sabit tutularak farklı çelik plak kalınlığı ve çelik plak kalınlığı sabit tutularak farklı beton derinliklerinde modeller analiz edilmiştir. Daha önce University of Wales, Cardiff 'de yapılmış olan teorik çalışmalar ile nümerik ANSYS' de modellenen kiriş sonuçları arasında iyi bir yaklaşım bulunmuştur. İlk olarak, ÇCK yapıların temel dizayn kurallarına bağh, bağlantı noktalarındaki gerilmeyi dikkate alan 4 model analiz edilmiştir. Son olarak çelik plak kalınlığı ile yük ve beton derinliği ile yük arasında optimum dizayn bağıntı fonksiyonu, ilave modeller analiz edilerek bulunmuştur. Burada ÇCK kirişlerin optimum dizaynının değişken tekil yük, çelik plak kalınlığı ve beton derinliği için hesaplanabileceği görülmüştür. Ancak bu dizayn, dinamik yük etkisindeki sistemler ve kaymaya sebep olabilecek sonlu rijitlikte stud bağlayıcılarla bağh kısmi etkileşim için güvenli olmayabilir. viii

ABSTRACT Double skin composite (DSC) construction consists of a layer of a plain concrete, sandwiched between two layers of relatively thin steel plate, connected to the concrete by welded stud shear connectors. This results in a strong and efficient structure with certain potential advantages over conventional forms of construction. The main aims of the present study were to provide additional numerical solution to compare with previous research carried out at the University of Wales, Cardiff and to develop appropriate function of optimum design depending on strength of stud connector at connected part, for particular depths of steel plate and concrete section of DSC beam under different two pointed symmetrical loads. To provide additional numerical solution of DSC beam and to compare results with previous research, a similar model to previous research carried out at the University of Wales, Cardiff was chosen and modelled in numerical ANSYS (Finite Element Method). Herein DSC beams with different steel plate thickness and concrete core depths has been modelled and variation of stress at connected part of stud connectors with infinite stiffness due to different steel plate thickness and concrete core depths was recorded. To develop appropriate function of optimum design depending on strength of stud connector at connected part, for particular depths of steel plate and concrete section of DSC beam under different two pointed symmetrical loads, models were analysed for different steel plate thickness and constant concrete depth and vice verse. A good confidence was found between previous theoretical research carried out at the University of Wales, Cardiff, with results of modelled beam in numerical ANSYS program. Depending on basic design rules of DSC systems, firstly four main models were analysed acording to critical shear stress in shear connection between steel plate and concrete core. Finaly additional models were analysed to find out corelation function of optimum design between load versus steel plate thickness and load versus concrete core depth. It was found out that an optimum design model of DSC beam can be calculated using ANSYS program including variables of different pointed load, steel plate thickness and concrete depth. However, it may be unsafe for partial interaction including finite stiffness of stud shear connector which cause slip between steel plates and concrete core and for systems under cycling load. IX