Yapı sistemlerinin karşılaştırılması ve iç kuvvet ölçerin tasarımı

Abstract

YAPI SİSTEMLERİNİN HESAP YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI VE BİR İÇ KUVVET ÖLÇERİN TASARIMI ÖZET Yüksek lisans tezi olarak sunulan bu çalışma iki ana bölümden oluşmaktadır; 'Yapı Sistemlerinin Hesap Yöntemlerinin Karşılaştırılması ' ve ' Bir İç Kuvvet Ölçerin Tasarımı'. Birinci kısımda, yapı sistemlerinin hesap yöntemleri, örnek olarak seçilen üç açıklıklı bir düzlem çerçeve üzerinde çeşitli yükleme durumları için farklı hesap yöntemleri kullanılarak karşılaştırılmıştır. Önce Açı Yöntemi kullanılarak yapının önboyutlandırılması yapılmıştır. Daha sonra sırası ile, yapı yükleri için, ilave yükler için ve mesnet çökmeleri için Matris Deplasman Yöntemi, E (deprem) yükü için Matris Kuvvet Yöntemi kullanılarak kesit tesirleri bulunmuştur. En elverişsiz iç kuvvetler, düzenlenen bir süperpozisyon tablosu yardımıyla bulunmuş, kritik kesitlerde betonarme kesit hesapları yapılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında; deney numunesi olarak kullanılacak basit bir hiperstatik sistemde kesit zorlarını ölçebilmek amacıyla bir iç kuvvet ölçerin tasarımı ve uyarlanması üzerinde durulmuştur. İç kuvvet ölçer için iki tip düşünülmüştür. Bunlardan birincisi çubuklardan oluşan bir iç kuvvet ölçer, ikincisi ise silindirik gövdeden oluşan bir iç kuvvet ölçerdir. Dönel simetrisinin bulunması, üretiminin basit olması gibi nedenlerle silindirik bir gövdeden oluşan iç kuvvet ölçerin tasarımına ağırlık verilmiştir. Üretilen iç kuvvet ölçer; silindirik bir gövde ile bu gövdenin altına ve üstüne kaynaklanan çelik levhalardan oluşmaktadır. İç kuvvet ölçerin kullanılması düşünülen tipik betonarme numune çerçeveye yüklemeler yapılarak, iç kuvvet ölçere gelebilecek kesit zorları belirlenmiş ve daha sonra bu kesit zorları altında iç kuvvet ölçerin boyutlandırılması yapılmıştır. İç kuvvet ölçerin olası kullanım yeri olarak iki kesit belirlenmiştir; kolon taban kesidi ve kolon orta yüksekliği. İç kuvvet ölçerin kolon orta yüksekliğine yerleştirilmesi halinde iç kuvvet dağılımının ve genel yapı davranışının ne ölçüde etkilendiği irdelenmiştir. Son bölümde ise üretimi gerçekleştirilen ve şekil değiştirme ölçerlerle donatılmış numune iç kuvvet ölçere laboratuar ortamında yüklemeler yapılarak uyarlama için kullanılacak yük-şekil değiştirme diyagramları elde edilmiştir. Kuramsal olarak kabuk sonlu elemanlardan yararlanılıp oluşturulan matematik modelin bilgisayarda yapılan çözümlemeleriyle deneyler sonucunda elde edilen grafikler; bazı varsayımlar yapılarak karşılaştırılmıştır. Sonuçların yeter yaklaşıklık içinde olduğu gözlemlenmiştir. xı

COMPARISON OF METHODS OF STRUCTURAL ANALYSIS AND DESIGN OF A FORCE TRANSDUCER SUMMARY This work has two main parts; 'Comparison of Methods of Structural Analysis' and 'Design of a Force Transducer'. In the first part; the methods used for structural analysis are compared by means of several applications on a 3-bay plane frame. The preliminary design of the frame have been completed mainly by the Slope-Deflection Method. In this stage of preliminary design of the structural system, only the dead loads and the live loads are considered. Matrix displacement method has been utilised to analyze the structure for the load cases of dead and live loads in final stage. The structure subjected to lateral loads is analyzed by the Matrix Force Method. At the end of the calculations, the dimensions of the critical cross-sections obtained by the preliminary analysis are checked under the most unfavorable loading conditions. In the second part, the design and the calibration of a force transducer is presented. The force transducer is needed to determine the distribution of internal forces in the columns' of a simple hiperstatic system. Internal force diagrams have been examined for checking the possible intensities of internal force which act on the transducer. The loads acting on the force transducers are obtained when they are placed in the frame. Then the force transducer that composes of strut elements is designed subjected to these loads. Same procedure is followed for the force transducer that is formed by a cylindirical part and thich plates welded on top and bottom. As a final decision, the force transducer that is formed by a cylindirical body and thick plates welded on this part is chosen to be produced. To decide the probable place that the force transducer is going to be used in the frame was a question. There were two possible and meaningfull locations for placing the transducers; column base section and column mid-height. Column mid-height is decided for the location of the force transducer. Then the distribution of the internal forces and continuity of the structure is examined mathematically after the force transducers are placed in the system. The force transducer is loaded in the laboratory for the calibration purposes. After the loadings, load-strain diagrams were obtained. Then the same loads were applied on the force transducer that is modelled using finite elements. And the load- strain diagrams of computer solutions were obtained. The comparison of the load- strain diagrams obtained in the laboratory and obtained by the computer is made. As a result of the comparison, it is observed that diagrams are nearly same. xn