Kompozit kolon-kiriş birleşimlerinin tekrarlı yük etkisindeki davranışlarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, sekiz farklı gömme kompozit kolon-çelik kiriş birleşim tipinin davranışları tekrarlı yatay yük etkisi altında deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. İncelenen kompozit kolon-kiriş birleşim tiplerinden, çelik yapılar için literatürde mevcut olan dört birleşim tipine ilave olarak dört yeni birleşim tipi geliştirilmiş ve kompozit elemanlara uygulanmıştır. Geliştirilen bu yeni birleşimlerin yüksek rijitliğe ve enerji tüketme kapasitesine sahip olmasıyla beraber yapım ve montajının kolay olması amaçlanmıştır. Ayrıca, incelenen kompozit kolon-çelik kiriş birleşim bölgelerinin, dinamik karakteristikleri olan doğal frekans, mod şekli ve sönüm oranları deneysel ve sayısal olarak belirlenmiştir. Bu amaçla hazırlanan sekiz adet ölçekli gömme kompozit kolon ve çelik kirişe sahip deney elemanları üretilmiştir. FEMA 461 yükleme protokolüne göre deney elemanları tekrarlı yatay yükleme deneylerine tabi tutulmuştur. Sayısal çalışmada tüm deney elemanların sonlu elemanlar modelleri oluşturularak doğrusal olmayan analiz yöntemiyle ABAQUS programında analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca her bir deney elemanın dinamik karakteristiklerini elde etmek amacıyla deney elemanların hasarsız ve hasarlı durumları için Deneysel Modal Analiz ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonunda, geliştirilen geçmeli kirişli kompozit kolon-çelik kiriş birleşim detayı, kaynaklı (KKB-B), bulonlu (KKB-C), tek guseli (KKB-F) ve çift guseli (KKB-G) olması durumunda, tekrarlı yatay yük etkisinde, kararlı davranış göstererek birleşim bölgesi göçmesi oluşmamıştır. Dolaysıyla geçmeli kirişli kolon-çelik kiriş birleşim detayı güçlü birleşim performansını göstermiştir. Fabrikasyon imalatı ve montaj kolaylığını da sağlayan geçmeli kirişli birleşim detayı, depreme dayanıklı ve yüksek katlı yapılarda güvenli kullanım koşulunu sağlamaktadır.

In this thesis, the behavior of eight different types of concrete encased composite column-beam connections under cyclic loading have been investigated experimentally and numerically. Eight type of connections four of which were newly developed and four of which are currently used in steel structures have been applied to composite elements. The newly developed joints are expected to have high stiffness as well as good energy absorption capacities. In addition, construction work and assembly of these new connections should be easy. Furthermore, dynamic characteristics such as natural frequencies, mod shapes and damping ratios have been calculated experimentally and numerically. For this purpose, eight scaled specimens have been constructed and tested under cyclic loading. FEMA 461 loading protocol was used in lateral cyclic loadings. As for numerical study, finite elements models of all samples were developed and analyzed with ABAQUS program using nonlinear methods. Additionally, in order to determine the dynamic characteristics of each element, Experimental Modal Analysis tests have been conducted to the undamaged and damaged conditions of the samples. Fınally, the developed new type composite column-steel beam connections, which were applied in bolted form (KKB-C), welded form (KKB-B), onside haunch form (KKB-F) and double side haunch forms (KKB-G), have shown favorable performance under lateral cyclic loading tests and there were not any joint failure in these new trough beam connections. Taking this into consideration, composite column-trough steel beam connections have shown stronger joint performances. Thus, with the ease of construction and assembly these new kinds of connection are recommended to use in high rise and earthquake resistant structures.