Zayıf Eksen Çelik Kolon Kiriş Birleşimlerinin Çevrimsel Yükler Etkisinde Davranışı

Abstract

Son otuz yılda meydana gelen ve büyük şehir merkezlerine yakın kaynaklı depremler, yapılarda beklenmeyen hasarlar oluşmasına, depreme dayanıklı yapı tasarımı kavramının tekrar sorgulanmasına ve tasarım adımlarının ayrıntılı olarak inceleme altına alınmasına sebep olmuştur. Bu depremlerden, genelde tüm yapılar, özelde de çelik yapılar adına çıkarılabilecek en önemli sonuçlardan biri, yük taşıyan kolon ve kirişlerin dayanım, rijitlik ve süneklik özellikleri yanında, birleşimlerinin davranışının da sistemin genel performansına büyük etkisi olduğudur. Bu davranışın dikkate alınmamış olması, öngörülmeyen yapısal hasarların oluşmasına, beklenmeyen maddi ve manevi kayıplara neden olmuştur. Uygulamada sık kullanılan kuvvetli eksen çelik kolon-kiriş çerçeve birleşimlerinin davranışlarını anlamak ve bir tasarım modeli oluşturmak amaçlı birçok çalışma yapılmış olmasına karşın, zayıf yön birleşimlerinin dayanım, rijitlik ve süneklik özelliklerini ortaya koyabilecek benzer çalışmalar oldukça sınırlı ve yetersiz kalmıştır. Bu çalışmada, çelik yapılarda uygulamada sık kullanılan zayıf eksen kolon-kiriş çerçeve birleşimlerinin davranışını açıklamaya yönelik, sayısal ve deneysel bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Yapılan ön sayısal çalışmalardan sonra, planlanan pilot deneyler ile birleşimi oluşturan ve davranışına etkisi olan ana bileşenlere ait mekanik sayısal modeller geliştirilmiş ve bu modellerin bir arada kullanılması ile çerçeve birleşimini temsil edecek bir genel bileşik davranış modeli önerilmiştir. Önerilen modelin geliştirmek için, gerçek boyutta deneysel düzenekler kurulmuş ve deney sonuçları sayısal sonuçlar ile karşılaştırılarak sayısal modelin tutarlığı araştırılmıştır. Yapılan çalışmaların ışığında literatürde eksik olan, zayıf eksen çelik kolon-kiriş çerçeve birleşimlerinin davranışının incelenmesi ve modellenmesi amaçlı, uygulamacı tasarımcıya yol gösterecek öneriler oluşturulmuş, benzer amaçlı deneysel çalışmalarda, araştırmacılara ışık tutacak öneriler hazırlanmıştır.

Near source earthquake events, that affected densely populated big cities in the last three decades, caused unexpected damages in buildings, leaded to questioning of earthquake resistant structural design methodology and the details of design steps. One of the major outcomes of these earthquakes in general for all structures and in particular for the steel structures is that the behavior of the connections makes a big contribution to the seismic performance of the whole system besides the strength, rigidity and ductility properties of the main structural elements. No or underestimation of this behavior resulted with unexpected structural damages and unforeseen financial and moral losses during the earthquakes. Following these unexpected events, extensive research for understanding the behavior of steel beam to column connections were carried out, most of which focused on the strength, stiffness and ductility of strong axis frame connections. Research on weak axis steel beam to column frame connections on the other hand, was very limited and was unable to clarify the behavior of these type of connections. In the completed study a numerical and experimental research is carried out in order to define the behavior of the frequently used weak axis steel beam to column frame connections. Following the first step numerical study, mechanical-numerical models are developed. Second step is completed as the pilot tests on the main components of the connection, which have an effect on the behavior. By using the results together a general behavior model is proposed to represent the connection behavior. Experimental set-ups in real dimensions are organized to tune the proposed numerical model. Test results are compared with the numerical results for the confirmation of stability of the numerical model. By the help of this study design suggestions to lead designers in understanding the behavior of the weak axis steel beam to column connections are listed. Out coming numerical and experimental experience presented and the database will be a guide for the following researchers working with similar research targets.