LEE- Yapı Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 4 / 4
-
ÖgeMixed finite element formulations for laminated beams and plates based on higher order shear deformation theories(İTÜ Graduate School, 2021)The engineering design process requires a thorough understanding of the behavior of structural applications under applied loads. In engineering applications, finite element formulations have been proven to be one of the most efficient analyses tools. This content is essential because it has always been a priority for ngineers/researchers to provide answers that are as close to the actual problems as possible. Composite structures are now widely used in a variety of engineering sectors, including construction, biomechanics, automobile, industrial, aircraft, defense, and nuclear. Several types of composite materials, which are based on the cooperation of several materials, offer some benefits such as sound, heat, and water insulation, fire safety, high strength, corrosion resistance, lightness, and low cost in the structures in which they are employed. Load carrying capacity, failure load and damage detection are critical in the structural design of composite materials. In this context, the need for detailed static analysis is inevitable. Since the financial situation or the physical environment is not always suitable for experimental work, it will be an efficient way to determine the formulation closest to the real behavior according to the problem type and to work theoretically. In this thesis, applying linear static analysis, a mixed finite element formulation is proposed to evaluate the stress and displacement components of thin to relatively thick laminated composite beams and plates. The formulations rely on the HigherOrder Shear Deformation Theories, which eliminates the necessity for the shear correction factor required by the First-Order Shear Deformation Theory. Instead of imposing a constant transverse shear deformation through the thickness of the laminate several studies have proposed trigonometric, exponential, and polynomial type shear functions that meet the nonuniform shear stress distribution in the crosssection. In this study, four different shear functions were utilized and their predictive capabilities are compared in plate analysis through numerical examples. Whereas, for the stress analysis of laminated composite beams, the famous third order shear function was adopted to all solved problems. To be more specific; while the shear functions of Reissner, Reddy, Touratier and Nguyen-Xuan et al. were applied for plate analysis, Reddy's shear function was applied for beam analysis. In the formulation part of this thesis, the Hellinger-Reissner variational principle was used and the first variation of the functional based on this principle was obtained separately for the laminated beam and plate elements. In this way, finite element equations possessing two independent field variables of displacement and stress resultant type were obtained. In the finite element discretization, two-noded, onedimensional straight elements were employed for beams and four-noded, twodimensional quadrilateral elements were employed for plates. Field variables are interpolated with linear shape functions as the proposed mixed finite element formulation requires C0 continuity. The beam kinematical variables consist of a deflection, axial displacement, and a shear rotation, while the plate displacement field consists of a deflection, two in-plane displacements and two shear rotations. The displacements and stress components are derived precisely at the nodes as an advantage of mixed finite element equations. Axial stress and in-plane shear components of both beam and plate structures are calculated directly at the nodes in terms of the stress resultants and sectional compliance matrix by employing Hooke's law. The continuous transverse shear stresses of the laminated composite beam are calculated with the help of the equilibrium equations of elasticity. On the other hand, the equivalent section principle is employed for the determination of the transverse shear stress components of the laminated plate. In order to reflect the extendibility of the proposed mixed finite element formulation for other types of analyses a viscoelastic formulation is also presented for isotropic plates based on higher order shear deformation theory. By employing the correspondence principle the material constants of the plate is replaced by their complex counterparts and static analyses are conducted in Laplace space. In order to call back the parameters of the quasi-static analyses to the time space the modified Durbin's algorithm is implemented. The quasi-static analysis of simply supported and clamped viscoelastic plate is conducted by adopting standard model. Comparison and convergence assessments for several lamination schemes were performed under various boundary conditions in order to reflect the performance of the proposed solution procedure.
-
ÖgeLP sargılı beton için önerilmiş olan dayanım ve şekil değiştirme modellerinin farklı boyutlar üzerindeki performanslarının incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-08-16)Geçmişten günümüze, dünyada oluşan depremler birçok kez betonarme binaların toptan göçmesine veya ağır hasar görmesine yol açmışlardır. Günümüzde mevcut yapıların önemli bir kısmı güncel yönetmeliklerin istediği sınır şartları karşılayamamaktadır. Bu yapılar olası bir depremde göçme ya da ağır hasar görme tehlikesiyle karşılaşacaklardır. Mevcut yetersiz yapıların yıkılıp baştan yapılması, yüksek maliyet, kullanıma kapanma gibi birçok nedenden ötürü her koşulda uygulanamamaktadır. Bu soruna çözüm olarak çeşitli güçlendirme yöntemleri önerilmiştir. Bir binanın yeniden yapılması yerine çeşitli güçlendirme yöntemleri ile yönetmelik şartlarını sağlar hale getirilmesi, olası bir depremde oluşacak maddi ve manevi kayıpların önüne geçmek için önemli bir uygulama halini almıştır. Yetersiz bir yapı güçlendirilirken, zaman, maliyet, uygulanabilirlik gibi birçok parametre göz önüne alınıp o yapı için en uygun güçlendirme yöntemi belirlenir. Bu güçlendirme yöntemlerinden bir tanesi son yıllarda popülerite kazanan lifli polimer ile dıştan sargılama yöntemidir. Lif doğrultusunda çekme dayanımının çok yüksek olmasının yanında oldukça hafif bir malzeme olması, korozyon gibi çevresel etkilere karşı dayanıklı olması, şekil verilebilir olması, uygulama sırasında yapının kullanımı engellememesi gibi özellikler LP ile sargılama yöntemini popüler yapan bazı özelliklerdir. Bu yöntem; kolon, kiriş, yığma duvar, döşeme gibi yapı elemanlarında farklı şekillerde uygulanabilir. LP ile dıştan sargılama yönteminin en etkili olduğu yapı elemanlarından bir tanesi kolonlardır. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda LP ile sargılanan kolonlarda, önemli ölçüde dayanım ve süneklik artışı olduğu gözlemlenmiştir. LP ile sargılanan kolonlarda dayanımın ve şekildeğiştirme kapasitesinin ne kadar artacağını teorik olarak hesaplamak için çeşitli modeller önerilmiştir. Bu modeller sayesinde bir yapıdaki kolonların LP ile ne kadar sargılanırsa yeterli dayanım ve şekildeğiştirme kapasitesine ulaşacağını hesaplamak mümkün olmuştur. Ancak bu modellerin önemli bir çoğunluğu 150 mm çapında ve 300 mm yüksekliğinde olan kolon numunelerinin deneyleri sonucunda elde edilmiştir. Bu çalışmada, önde gelen 6 LP ile sargılama modeli, 2 farklı boyutaki kolon deneylerinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmış ve modellerin farklı boyutlar için güvenilirliği test edilmiştir. Çalışma kapsamında yükseklik/çap oranı 2 olan, 150 mm ve 300 mm olarak iki farklı çaptaki numuneler test edilmiştir. Iki boyutta da 3'er numune LP ile sargılanmayıp referans numune olarak kabul edilirken, 3'er numune tek kat, 3'er numune ise çift kat karbon LP ile sargılanmıştır. Çalışma kapsamında toplam 18 adet eksenel basınç deneyi yapılmıştır. xxii Deney sonuçları incelendiğinde, modellerin boyuttan bağımsız olarak dayanım hesabında deneysel sonuçlara yakın sonuçlar verdiği, şekildeğiştirme hesabında ise kendi içlerinde bile oldukça farklı sonuçlar verdiği saptanmıştır. 150 mm çaplı tek kat sargılı numune ile 300 mm çaplı çift kat sargılı numune sargı oranı olarak aynıdır. Bu iki numune arasındaki tek parametre farklı boyutlardır. Bu iki numune incelendiğinde sargılamanın dayanıma ve dayanıma karşı gelen şekildeğiştirmeye sağladığı artış birbirine oldukça yakındır. Dolayısıyla LP ile sargılamada boyut etkisine neden olan bölgesel kusurların, bu ölçekteki numunelerde etkisinin azaldığı, hatta ortadan kalktığı sonucuna varılmıştır.
-
ÖgeBir veri merkezi yapısının farklı sismik yalıtım birimleri kullanılarak TBDY-2018 yönetmeliğine göre değerlendirilmesi ve sonuçlarının karşılaştırılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-26)İnternet ile globalleşen günümüz dünyasında, veri çok önemli bir yere sahiptir. Yapılan her bir işlemin kayıt altına alındığı teknoloji şirketleri, bankalar, ulusal güvenlik kurumları gibi birçok organizasyonun bu verileri yönetme ve saklama ihtiyacı bulunmaktadır. Günden güne artan veri hacminin güvenli bir şekilde depolanması ve her an ulaşılabilir olması bu kurumlar için kritik önem arz etmektedir. Ülkemizde can ve mal kayıplarına neden olan doğal afetlerin başında deprem gelmektedir. Ülke nüfusunun ve sanayinin çok büyük bir kısmı aktif fay hatlarının üzerine kurulan şehirlerde bulunmaktadır. Olası bir deprem durumunda, veri merkezi yapısının taşıyıcı sistemine ve içerisinde bulunan hassas ekipmanlara zarar gelmemesi için önlem almak zorunlu hale gelmektedir. Sismik yalıtım, yapıların ve yapısal olmayan elemanların deprem etkilerine karşı korunmasında kendini ispatlamış en etkin yöntemlerden biridir. Sismik yalıtımda temel amaç, deprem kuvvetlerini karşılayacak yapının dayanımını arttırmak yerine yapıya gelen deprem kuvvetlerini azaltmak prensibine dayanmaktadır. Zemin ile yapının taşıyıcı sistemi birbirinden ayrılarak deprem ivmelerinin yapıya erişmesinin önlenmesi, sismik yalıtımın birincil amacıdır. Yapıya etkiyen deprem ivmelerinin azalması nedeniyle sismik yalıtımlı binalarda kat ivmeleri ve göreli kat ötelemeleri standart binalara göre oldukça düşüktür. Sismik yalıtım sayesinde hem taşıyıcı sistem hem de bina içinde yer alan yapısal olmayan eleman ve ekipmanlardaki hasar oluşma ihtimalleri büyük oranda azaltılabilmektedir. Bu tez çalışmasında, bir veri merkezi yapısının iki farklı yalıtım birimi ile ankastre mesnetli olması durumları için deprem etkisi altında davranışı incelenmiştir. Uygulamada en çok kullanılan, kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi ile eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimi çalışma kapsamında değerlendirilmiştir. Kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi (LRB), kauçuk katmanlarının arasına ince çelik plakalar yerleştirilerek oluşturulan içerisinde bir veya daha fazla kurşun çekirdek bulunan sismik yalıtım sistemidir. Yeni Zelanda'da icat edilen bu yalıtım biriminin çevresel etkilere karşı dayanıklılığı fazladır. TBDY-2018 yönetmeliğinde tarif edilen kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi elastik ötesi rijitliği; kauçuk kayma modülüne, kauçuk alanına ve kauçuk yüksekliğine bağlıdır. Bu parametreler değiştirilerek istenilen yalıtım birimi davranışları elde edilebilmektedir. Eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimi (FPS), sürtünmeli sarkaç sistem olarak da adlandırılmaktadır. Taşıyıcı sistem, eğrisel yüzeylerin arasında bulunan düşük sürtünmeli bir çekirdek üzerinde hareket eder. Deprem esnasında yapı, yalıtım biriminin iç bükey yüzeyinde yükselip alçalarak enerji sönümler. Eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtımın biriminin diğer sürtünmeli yalıtım birimlerinden en önemli farkı, yapısı gereği geri merkezlenme özelliğinin bulunmasıdır. Yapıya etkiyen dinamik etki ortadan kalktığında sürtünme kuvveti yardımıyla, yapı ilk konumuna dönme eğilimindedir. Eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım biriminin elastik ötesi rijitliği, TBDY-2018 yönetmeliğinde belirtildiği gibi eksenel yükün, etkin eğrilik yarıçapına bölünmesi ile bulunmaktadır. Yapı hakim titreşim periyodu ve yalıtım birimi yerdeğiştirmesi doğrudan etkin eğrilik yarıçapına bağlıdır. Yalıtım birimi mekanik özellikleri, TBDY-2018 yönetmeliğinde tarif edilen etkin deprem yükü yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Yalıtım birimlerinin mekanik özellikleri belirlenirken DD-2 deprem yer hareketi düzeyi için deplasman ve periyot değerlerinin benzer olmasına dikkat edilmiştir. Kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi ve eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimi için ayrı ayrı elde edilen özellikler ETABS programında doğrasal olmayan link elemanlara atanmıştır. Link elemanlar kolonların yalıtım arayüzüne bastığı noktalara girilmiştir. Deprem parametreleri, yapı konumu ve zemin sınıfı gözönüne alınarak AFAD Türkiye Deprem Tehlike Haritaları İnteraktif Web Uygulaması'ndan elde edilmiştir. PEER veritabanından, DD-1 ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyi için hesaplanan yatay ivme spektrumuna uygun 11 adet deprem kaydı takımı seçilmiştir. Yapı konumunun depremsellik özelliklerini belirleyen fay tipi, faya olan uzaklık ve deprem büyüklüğü parametreleri veritabanında filtreleme yaparken gözönüne alınmıştır. Seçilen deprem kaydı takımları TBDY-2018 yönetmeliğinde belirtilen periyot aralıkları için DD-1 ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyinde ayrı ayrı SeismoMatch programında ölçeklendirilmiştir. Ankastre mesnetli, kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimli ve eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimli mesnet koşulları için DD-1 ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyinde herbiri için iki adet, toplamda altı adet hesap modeli oluşturulmuştur. Analiz sonuçları, zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi kullanılarak ETABS programından elde edilmiştir. Yapılan modal analiz sonucunda ankastre mesnetli yapının hakim periyodu 0.515 s, LRB yalıtım birimli yapının DD-1 ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyi için hakim periyotları sırasıyla 3.933 s ve 1.516 s, FPS yalıtım birimli yapının DD-1 ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyi için hakim periyotları ise sırasıyla 2.182 s ve 1.504 s bulunmuştur. Yalıtım birimi ön tasarımında bulunan periyot değerleri ile analiz sonucunda elde edilen periyot değerlerinin oldukça yakın olduğu görülmektedir. DD-2 deprem yer hareketi düzeyinde kat kesme kuvvetleri ankastre mesnetli yapıya kıyasla, LRB yalıtım birimli yapıda %90, FPS yalıtım birimli yapıda %78.5 oranında azalmıştır. Çalışmada elde edilen DD-1 ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyi için en üst katın ortalama kat yerdeğiştirmeleri incelendiğinde, ankastre mesnetli yapıya kıyasla yalıtım birimli yapıların kat yerdeğiştirmeleri beklenildiği gibi artmıştır. Yalıtım birimli modellerde üst yapının rijit kütle davranışı sergilediği gözlemlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda elde edilen göreli kat ötelemeleri incelendiğinde, DD-1 ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyi için yalıtım birimli yapıların kesintisiz kullanım performans düzeyini rahatlıkla sağladığı ancak ankastre mesnetli yapının sınırlı hasar performans düzeyi limitlerini aştığı görülmektedir. Analizler sonucunda DD-2 deprem yer hareketi düzeyinde en üst katta oluşan ivmeler, ankastre mesnetli yapı için 1.854 g, LRB yalıtım birimli yapı için 0.073 g ve FPS yalıtım birimli yapı için 0.230 g olarak elde edilmiştir. Kat ivmelerinin ankastre yapıya kıyasla, LRB yalıtım birimli yapıda %96, FPS yalıtım birimli yapıda %87.6 oranında azalmıştır. Ayrıca LRB yalıtım birimli yapının kat ivmelerinin 0.2 g limit değerini aşmadığı, ancak FPS yalıtım birimli yapının kısa doğrultuda 0.2 g limit değerini bir miktar aştığı gözlemlenmiştir. Elde edilen veriler göz önüne alındığında, deprem gibi bir doğal afet sonrasında kesintisiz kullanım gerektiren veri merkezi tipi bir yapıda sismik yalıtım birimlerinin kullanılmasının, göreli kat ötelenmelerini ve kat ivmelerinin sınırlandırılmasında etkili bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.
-
ÖgeAtık çelik tel içeren çimento bulamacı emdirilmiş lifli betonların mekanik özellikleri( 2021-11-23)Beton; heterojen yapılı, bünyesinde boşluklar ve mikro çatlaklar bulunduran yarı gevrek bir malzemedir. Geleneksel yalın betonun enerji yutma kapasitesi düşük olduğundan, betonda dış yükler altında ani kırılma gözlenir. Gevrek kırılmanın önüne geçmek ve malzemeye daha sünek bir yapı kazandırmak adına çeşitli güçlendirme teknikleri kullanılmaktadır. Bunlardan biri olan çelik lif ile güçlendirme ise son yıllarda araştırma alanı genişleyen bir tekniktir. Çimento bulamacı emdirilmiş lifli beton (SIFCON) olarak adlandırılan bu kompozit malzeme geleneksel betona göre gelişmiş performans göstermektedir. Günümüzde, doğal kaynakların hızla tükenmesi, malzeme üretimi esnasında atmosfere salınan CO2 miktarının üretimin sürekliliğiyle devamlı olarak artması ve üretimler sırasında ihtiyaç duyulan enerjinin çokluğu gibi temel konu başlıklarından yola çıkılarak inşaat sektöründe de sürdürülebilirlik fikri önem kazanmaya başlamıştır. Bu sebeple, yürütülen çalışmadaki SIFCON üretimlerinde, ömrünü tamamlamış atık lastiklerden elde edilen iki çeşit hurda çelik tel kullanılmıştır. Bu çalışmanın temel amacı, atık çelik tel takviyeli SIFCON'un basınç, yarmada çekme ve eğilme dayanımlarına ek olarak; kırılma enerjisi ve tokluk gibi mekanik özelliklerinin çelik tel içeriğiyle değişiminin incelenmesidir. Deneysel çalışmada çimento hamuru bileşenleri sabit tutularak; %1, %2, %3, %4 ve %5 oranlarında atık çelik tel içeren karışımlar üretilmiştir. Bu üretimlere ek olarak karşılaştırma yapılabilmesi adına, tel takviyesiz şahit numuneler de üretilmiştir. Her bir karışımdan 3'er örnek olmak üzere 18 adet, iki farklı tel çeşidi için ise toplamda 36 adet prizma numune üretilmiştir. Geri dönüşüm tesislerden temin edilen atık çelik tel gruplarının içindeki veya yüzeyindeki lastik ve elyaf gibi istenmeyen malzemeler temizlenmiş, sürekli olarak kullanılacak teller kalıplara uygun şekilde kesilerek hazırlanmıştır. Ardından teller kalıplara mümkün olduğunca homojen olacak şekilde el ile yerleştirilmiş ve çelik teller arasına üretilen hamur emdirilmiştir. Kür uygulaması ile dayanım kazanılması ardından prizma numuneler çentiklenmiştir. Çalışmanın sonucunda, yarmada çekme dayanımı, eğilme dayanımı, tokluk ve kırılma enerjisi gibi mekanik özelliklerin tel takviyesiyle önemli oranda iyileştiği ve artan tel içeriği ile bu değerlerin de arttığı gözlemlenmiştir. Malzemenin yük-sehim eğrisinin pik sonrası davranışı iyileşmiş, bu noktadan sonra eğriler daha az dik hale gelmiş yani malzeme sünek yapı kazanmıştır. Ek olarak, atık çelik tel kullanımı ile basınç dayanımı değerlerinde önemli farklılıklar gözlenmemiştir. Özetle, farklı lif tiplerinin SIFCON'un mekanik özelliklerinin iyileşmesinde önemli bir katkısı olduğu, bu katkının artan tel içeriği ile arttığı ve bu iyileşme miktarlarının takviye olarak kullanılan telin karakteristik özellikleri ile değiştiği de gözlemlenmiştir. Bu çalışmadaki, takviye olarak yüksek fiyatlı ticari teller yerine atık çelik teller kullanılarak sürdürülebilir bir yaklaşımla yapılan SIFCON üretimlerinin mekanik özelliklerinde önemli oranlarda iyileşme olduğunu doğrulamaktadır.