Yarı-rijit birleşimlerde moment-dönme davranışlarının deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Çelik yapıların analiz ve tasarımında birleşimlerin davranışının hesaba katılması yapının gerçek davranışını temsil edebilmesi açısından önemlidir. Dolayısıyla, birleşimlerin davranışının iyi bilinmesi gerekir. Birleşimlerin aktardığı en önemli kuvvet moment olduğundan, birleşim davranışı dönme deformasyonu ile temsil edilebilir. Birleşimler, birleşim tipine, birleşim elemanlarına ve bu elemanların yerleştiriliş biçimlerine göre değişik moment-dönme eğrileri oluştururlar. Bu eğriler, deneylerle elde edilen gerçek davranışın mühendislik bakış açısıyla görsel anlatımıdır. Bazı birleşimler için bu deneyler kısmen yapılmış, veri bankaları oluşturulmuştur. Bu veri bankalarından yola çıkılarak birleşimin davranışını analizde ifade edebilmek için sınıflandırılmış ve modeller oluşturulmuştur. Fakat bunlar literatürde tanımlı 7 tip birleşimle sınırlı kalmıştır.Bu tez kapsamında literatürde tanımlı olan bu birleşim tiplerinden farklı 2 tip birleşim tipi önerilmiştir. Bu birleşimlerin davranışları hakkında yeterli bilgiye sahip olabilmek ve böylece kullanımına imkân verebilmek için çeşitli deneysel çalışmalar ve sayısal modellemeler yapılmıştır. Bu birleşim tiplerinden birincisi T birleşimlerdir, fakat literatürden farklı olarak T birleşim elemanı, levhalardan kaynaklanarak değil; ½IPE profilinden elde edilmiştir. Böylece, T birleşimlerin kaynaklarında meydana gelen işçilik hataları, Kopma noktası oluşumu, yerinde kaynağın iyi performans gösterememesi gibi problemlerin ortadan kaldırılacağı düşünülmüştür. İkinci birleşim tipinde ise alt-üst başlık korniyerli birleşimlerin davranışını iyileştirmek için başlık ve gövdelerinde berkitmelerin kullanımı önerilmiştir. Literatürde de berkitmelerin kullanımının birleşimin dönme kapasitesini iyileştirdiğini belirten çalışmalar mevcuttur.Bu tez kapsamında bu iki tip birleşim tipi için laboratuvarda gerçek boyutlu deneyler yapılmış, deneylerden okunan veriler yardımıyla moment-dönme eğrileri çizilmiştir. Böylece, birleşimlerin davranışı ve moment-dönme eğrisinin temsil etttiği rijitlik, dönme kapasitesi ve moment dayanımı ile ilgili değerlendirmeler ve grafikler sunulmuştur. Ayrıca, bu iki tip birleşim için birleşim boyutlarındaki değişimin birleşim davranışına etkileri gözlemlenmiş, böylece birleşim elemanlarının optimum boyutları hakkında bilgi verilmiştir. Elde edilen veriler ışığında sayısal modelleme yapılmış yarı rijit birleşimlerin genel olarak moment dönme ilişkisi ve davranışı sayısal olarak modellenmiştir. Böylece deneylerle kalibre edilmiş model sayesinde deneyi yapılmamış birleşimler için de gerçek davranışa en yakın sonuçlar elde edilmiştir.

Taking into account the behavior of connections in design and analysis of steel frames is required because it represents the actual behavior. So, the behavior of the connections should be well known. Since the most important force which transmitted by connections in the frame is moment, the connection behavior can be represented by rotational deformation. The connections form various moment-rotation curves according to the type of connection, the elements of connection and the shape of placement. These curves are visual expression of the actual behavior that has been obtained from experiments. The experiments of some connections have been obtained partially and has been formed the databank. It has been done the classification and formed models by this databank to express the behavior of connection. But they have been limited with 7 connection types that are defined in the literature.Two new connection experiments which are different from the connections types in the literature are suggested in this thesis. Full-scale experiments carried out and models are formed by finite element method to determine the behavior of the connections and to ensure to use in construction. The first connections are T shape combinations which are created by ½ IPE profil, while the T elements in literatures is composed by welding. Thus, elimination of the problems occurring at the welds of connection such as the occurrence of the fracture points, inability to perform well in place is expected. In the second connection type, the use of stiffeners in flange and web of the connection with the top and bottom flange angle is suggested to improve the behavior of the connection. Using stiffeners in the connections was suggested because of observing to improve the capacity of rotation in literature.Full-scale tests for the two connection types carried out in the Structures Engineering Laboratory and are plotted their moment-rotation curves in this research. Thus, diagrams related to the rotational stiffness, the moment resistance and the rotation capacity that represents the moment-rotation curves was obtained and evaluated. Also, the effects of the change in the dimensions of the connection members to the connection behavior are examined and the optimum sizes of the connection elements are informed. Finite element analysis is realized by means of the database which are obtained in the tests to simulate numerically the moment-rotation behavior of semi-rigid connections. Thus, behavior of connections which is not tested before can be predicted thanks to the analytical model are fitted by tests.