Stability of steel dome structures

Abstract

Bu tezde temel olarak uzay sistemlerdeki geometrik doğrusalsızlık ele alınmıştır. Genelde üç çeşit doğrusalsızlık bulunmaktadır. Bunlar; a) büyük deformasyonlardan ve de şekli bozulmuş yapıların geometrisindeki sınırlı değişimlerden doğan geometrik doğrusalsızlıklar, b) maddesel doğrusalsızlıklar ve c) geometrik ve maddesel doğrusalsızlıkların birleşimi.Madde üzerindeki doğrusalsızlık etkisini görmek için teğetsel rijitlik matrislerinin doğrusal ve doğrusal olmayan kısımları, iki boyuttaki ve uzay kafes sistemlerdeki çubuk elemanları için üretilmiştir. Çeşitli nümerik hesap yöntemleri arasında a) Normal, b) Yarı yüklemeli ve c) Orta noktada yüklemeli olmak üzere tüm parça parça yükleme metotları ile, eleman rijitlik matrisi her adımda değiştirilen Newton ? Raphson iterasyon metotları ayrı ayrı ele alınmıştır.Ayrıca uzay sistemler üzerindeki geometrik doğrusalsızlık etkisini incelemek için, tipik bir çelik kubbe yapı seçilmiştir. Bu kubbesel yapı için paket program olarak LUSAS kullanılmıştır. Öncelikle LUSAS kullanılarak bazı test örnekler çözülmüştür ve bu örneklerin çözümleri tam ve gerçek sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca 72 metrelik bir çapa sahip olan dantel şeklindeki çelik kubbenin analizinde Newton ? Raphson iterasyon yöntemi uygulanmıştır. Çelik yapı elemanları da TS 648-Türk Standartlarına uygun dizayn edilmiştir.

Basically, the geometric nonlinearity of space structures has been discussed in this Thesis. There are totally three types of nonlinearities, which are a) the geometric nonlinearity which arises from the large nodal deflections and finite changes in the geometry of deformed structure, b) the material nonlinearity, and c) the combination of both the geometric and material nonlinearities.Linear and nonlinear parts of the tangent stiffness matrices are derived for bar elements in 2-Dimension, and also for truss bar elements in space structures in order to see the effect of the nonlinearity on materials. Furthermore a number of numerical computational techniques have been described, including a) Regular, b) Halved, and c) Mid ? Point Incremental Load Procedures, as well as the Newton ? Raphson iteration schemes, with modifications of the stiffness matrices at each loading step.Moreover, in order to investigate the effects of geometric nonlinearity on space structures, a typical steel dome structure is selected, which is analyzed by utilizing the LUSAS package program. Firstly, some pilot test examples are investigated by using the LUSAS program and the solutions are compared with the exact solutions. Secondly, a complete steel lattice dome, with a diameter of 72 meter, has been fully analyzed using the nonlinear Newton ? Raphson iteration scheme and the steel structural elements have been designed in accordance with TS 648-Turkish Standard.