Dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerde gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanımı

Abstract

Bu çalışmada kesme kuvveti etkisinde plastikleşen bağ kirişi gövdesinde oval boşluklar açılarak bağ kirişi dayanımının ve tasarım büyütme katsayısının düşürülmesi, bu sayede çevre elemanların ve birleşimlerinin tasarımında dikkate alınacak iç kuvvetlerin küçültülmesi ve ekonomik bir tasarım yapılması öngörülmüştür. Çalışma kapsamında öncelikle izole bağ kirişleri çevrimsel yükleme altında test edilerek boşluklu bağ kirişlerinin doğrusal olmayan davranışları incelenmiş, sonrasında doğrusal olmayan davranışı belirlenen gövdesi boşluklu bağ kirişlerine sahip yapı modeli üzerinde doğrusal olmayan statik itme analizleri ile zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler gerçekleştirilerek, gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanımının yapı davranışı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Çalışmanın deney kapsamı, malzeme çekme testleri ve izole bağ kirişi çevrimsel yükleme testleri olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Bağ kirişi numunelerinin hazırlandığı IPE200 enkesitli profilin gövde ve başlık enkesit parçasından üçer adet olmak üzere toplamda altı adet kupon numune alınmış ve çekme testi uygulanarak malzeme davranışının karakteristik özellikleri belirlenmiştir. İzole bağ kirişi deneylerinde IPE200 enkesitli profilden imal edilen ve her biri 500mm uzunluğunda olan sekiz adet bağ kirişi yarı-statik tekrarlı tersinir yükleme altında test edilmiştir. İki adet boşluksuz ve 6 adet farklı boşluk yerleşimine ve geometrisine sahip bağ kirişi test sonuçları değerlendirilmiş, değerlendirme sonucunda boşluk içermeyen referans numunenin TBDY 2018'de belirtilen yeterli dönme kapasitesine (0,08rad.) ulaştığı, boşluklu numunelerden, sadece orta iki panel bölgesinde boşluk bulunan numunelerin çok zayıf performans gösterdikleri, tüm panel bölgelerinde boşluk bulunan numunelerin ise (bir tanesi hariç) 0,07rad. dönme kapasitesine ulaştıkları görülmüştür. Ayrıca pekleşme katsayılarının %10 civarında düştüğü gözlenmiştir. İzole bağ kirişleri sonlu eleman modellerinin analizlerinde referans numune, iki adet gövdesi boşluklu bağ kirişi (iki panel bölgesinde boşluk bulunan gruptan bir örnek, tüm panel bölgelerinde boşluk bulunan gruptan bir örnek) Abaqus yazılımı ile modellenerek deneysel çalışmada kullanılan yükleme protokolü altında sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Kırılma davranışını da içeren sonlu eleman modellerinin her üç örnekte de hem dönme-kesme kuvveti eğrileri açısından, hem de şekildeğiştirme formu açısından deney numunelerinin davranışlarını temsil edebildiği gözlenmiştir. Gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanımının yapı davranışı üzerine olan etkilerinin araştırılması amacıyla geliştirilen izole bağ kirişi modelleri ile yapı sistemi analitik modelleri için OpenSees yazılımından yararlanılmıştır. Bu yazılım yardımıyla bağ kirişlerinin davranışı, her iki ucunda eksenel, kesme ve eğilme davranışlarını temsil etmek üzere boyları sıfır olan üç adet yay ve her iki uç arasında bağ kirişi uzunluğu kadar rijit bir çubuk eleman tanımlanarak temsil edilebilmektedir. Bunun için her bir yayın kuvvet/eğilme momenti-şekildeğiştirme/dönme eğrileri elde edilmiştir. Her bir yayın davranış (etki-şekildeğiştirme) modeli için deneysel sonuçlar ile kuramsal esaslara dayalı olarak elde edilen rijitlik ve dayanım ifadelerinden yararlanılmıştır. İlk olarak bağ kirişi modelleme yaklaşımının doğrulanması amacıyla, bağ kirişi modellerinin analizleri sonucunda elde edilen kesme kuvveti-dönme eğrileri, deneysel çalışmadan elde edilen eğrilerle karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmada eğriler arasında yeterli düzeyde bir uyum olduğu görülmüştür. Gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanımının yapı davranışı üzerine olan etkilerinin araştırılması amacıyla, iki tanesi gövdesi boşluklu bağ kirişleri içermek üzere, üç adet dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistem esas alınmıştır. Bu çerçeve sistemler bina türü bir yapı sisteminin yatay yük taşıyıcı sistemini oluşturmaktadır. Sistemlerden biri tipik bir dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistemi olarak boyutlandırılmıştır. İkinci tip sistemde eleman enkesitleri değiştirilmeden sadece gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanılmış, diğerinde ise, gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanılmakla beraber elemanların enkesitleri yeterli güvenlik düzeyini sağlayacak şekilde güncellenmiştir. Gövdesi boşluklu bağ kirişlerinde boşluk geometrileri öngörülen tasarım esasları çerçevesinde oluşturulmuş, rijitlik ve dayanım özellikleri, Sap2000 yazılımı ile gerçeklestirilen yapısal analizlerde ve dayanım kontrollerinde dikkate alınmıştır. Tasarım hesapları sonucunda gövdesi boşluklu bağ kirişi kullanılması durumunda DMÇÇÇ ağırlığının %10 oranında azaldığı görülmüştür. OpenSees yazılımı ile gerçekleştirilen doğrusal olmayan statik itme analizlerinde; yatay kuvvetler, çerçeve sistemler göçmeye ulaşana kadar birinci mod ile uyumlu tek doğrultuda artan şekilde uygulanmıştır. Analizler sonucunda çerçeve sistemlerin tepe yerdeğiştirmesi-taban kesme kuvveti eğrileri elde edilerek dayanım fazlalığı katsayısı, D değerlendirilmiştir. Buna göre tipik dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistem için 2,96 olarak bulunan dayanım fazlalığı katsayısı, gövdesi boşluklu bağ kirişleri kullanılması durumununda 1,91 ve 1,92 olarak bulunmuştur. Dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistemlerin göreli kat ötelemeleri ve bağ kirişi dönme açılarının değerlendirilmesi amacıyla, zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizlerden yararlanılmıştır. Bu amaçla, yapı özellikleri ile uyumlu olacak şekilde onbir adet deprem ivme kaydı seçilmiş ve tasarım spektrumuna uygun olarak spektral uyuşum sağlanacak şekilde dönüştürülmüştür. Bunun için SeismoMatch yazılımından yararlanılmıştır. Dinamik analizlerden elde edilen sonuçlara göre, her üç modelde de göreli kat ötelemeleri ve bağ kirişleri dönme açılarının sınır değerleri aşmadığı, dayanım açısından incelenen çevre elemanların ise elastik düzeyde kaldığı görülmüştür.