Theses supervised by Doç. Dr. Mahyar Maalı
12 theses · Erzurum Technical University
İnce cidarlı çelik tankların güçlendirme yapılarak burkulma davranışlarının incelenmesi
Bu çalışmada ince cidarlı çelik tankların burkulma kapasitesine, yükseklik ve güçlendirme veya yalıtımın etkisi araştırılmıştır. Çalışmaya esas teşkil edecek şekilde üç grup ince cidarlı çelik tank modeli hazırlanmıştır. Birinci grup silindirik tank modellerinde numunelere herhangi bir güçlendirme ve kaplama yapılmazken, ikinci grup modellerde numuneler yükseklikleri boyunca CFRP kumaşla kaplanarak güçlendirilmiştir. Üçüncü grup modellerdeki numuneler yükseklikleri boyunca Delta Thene yalıtım membranı ile kaplanmıştır. Deneyler 400x400x0.45mm, 400x800x0,45mm, 400x1.200x0,45mm, 400x1.600x0,45mm boyutlarında çatı kısımları aynı kalınlıktaki malzemeden yapılan kapakla kapatılmış, alt kısımları açık 12 adet numune üzerinde yapılmıştır. İnce cidarlı çelik tankların bulunduğu ortam şartlarından dolayı meydana gelebilecek yoğuşma, korozyon ve sızdırma vb. sorunlar yalıtımı daha önemli hale getirmektedir. Bu nedenle ince cidarlı çelik tankların Delta- Thene membranı ile yalıtımı yapılarak yalıtımın tankların burkulma kapasitesi üzerindeki etkileri deneysel olarak incelemiştir. Hazırlanan ince cidarlı model tank numuneleri özel olarak tasarlanan deney düzeneğine yerleştirilerek numunelerin hava sızdırmazlıkları sağlanıp vakumlu deney düzeneği ile test edilen numunelerde meydana gelen deformasyonlar yük hücresi(load Cell) ve LVDT'ler (Doğrusal Değişken Diferansiyel Transformatörler) marifetiyle ölçülerek veri kaydediciyle (data logger) bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Toplanan verilerden grafikler çizdirilmiştir. Bulunan veriler ışığında Delta-Thene membranı ince cidarlı çelik tankların ilk burkulma kapasitesinde, CFRP ilk ve genel burkulma kapasitesinde artış meydana getirmiştir.
Kesit oranı optimize edilmiş boşluklu çelik kirişlerin yük kapasitesinin incelenmesi
Artan insan nüfusu beraberinde, kullanılan yapı sayısını artırmıştır. Yapı sayısındaki bu artış maliyetide etkilemiştir. Bu etki yapıların güvenli, ekonomik ve estetik bina tasarlanması için yapı elemanlarında çeşitli tasarımlar yapılmaya yönlendirmiştir. Petek kirişler bu bağlamda yapılan tasarımlardandır. Açılan delikler sayesinde aynı eş değer ölçülere sahip kirişlerle aynı yükü taşıması ve maliyetin düşürülmesini sağlamıştır. Kullanıldığı yere görede estetik bir görünüm sağlamıştır. Yapılan kaynak taramalarında döngüsel yükler altında petek kirişlerin tasarımı yeteri kadar irdelenmediği sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada döngüsel yük altında petek kirişlerin üzerlerinde açılan deliklerin geometric sınır şartlarına göre davranışlarının belirlenmesi için 5 adet numune üzerinde deneyler ve ABAQUS program aracılığıyla sayısal analizler yapılarak kıyaslanmıştır. Deneylerde FEMA-350 yükleme protokolü kullanılarak dögüsel yük uygulanmıştır. Kiriş yüksekliğinin delik çapına oranı sınır şartlara uygunluk sağlayan altın orana eşitlenerek petek kiriş tasarımına etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak altın orana göre tasarlanmış deliklerin çaplarına sahip petek kirişlerin daha küçük delik çapına sahip petek kirişlere göre daha fazla yük taşıdığı sonucuna varılmıştır.
Soğukta şekillendirilmiş çelik klips açılı kaynaklı ve akıllı vidalı birleşimlerin kesme etkisinin incelenmesi
Son yıllarda geleneksel betonarme yapı sistemlerinde meydana gelen maliyet artışları, tasarımın uygulama esnasında istenilen düzeylerde gerçekleştirilememesi, yapım sürelerinin uzun olması, mevsim şartlarından olumsuz etkilenmesi gibi durumlardan dolayı hafif çelik yapılar yaygınlaşmıştır. Hafif çelik yapı sistemleri soğukta şekillendirilmiş (CFS) kolon, kiriş, çatı ve diğer kısımların bir arada olduğu sistemlerdir. Bu sistemlerde (özellikle konut projelerinde) kolon-kiriş birleşim türlerinin sayısı ve çeşitliliği artmaktadır. Bu çalışmada CFS kolon-kiriş birleşimlerinde klips açılarının en/boy oranı ve kalınlık parametreleri dikkate alınarak 36 adet deney numunesi oluşturulmuştur. Bu numuneler kolon tarafı kaynak, kiriş tarafı akıllı vida birleşim yapılarak kolon-kiriş birleşiminde kesme etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak klips açılı plaka kalınlığı artıkça yük taşıma kapasitesinin arttığı ve klips açısının en/boy oranı (W/D) arttıkça klips açılarında yırtılma hataları meydana gelmiştir.
Hafif çelik köşebent birleşimlerde vida kullanımının kesme etkisi
Son dönemlerde alışılagelmiş betonarme yapı sistemlerinin karşılaşmış olduğu maliyet artışları, tasarlanan projenin saha montajlarında istenildiği şekilde uygulanamaması, inşa sürecinin uzunluğu, hava şartlarından negatif yönde etkilenmesi vb. durumlar hafif çelik yapıların yaygınlaşmasınına fayda sağlamıştır. Hafif çelik yapı elemanları soğukta şekillendirilmiş (CFS) kiriş, çatı, kolon ve diğer elamanların bir arada oluşturulduğu sistemlerdir. Bu yapı sistemlerinde (konut projelerinde) kiriş-kolon birleşim tiplerinin sayısı ve türü artmaktadır. Bu çalışma için CFS kiriş-kolon birleşimlerinin hafif çelik köşebent plakaların kalınlık ve en/boy oranlarına göre sınıflanmış 36 adet numune hazırlanmıştır. Hazırlanan numuneler kiriş ve kolonlar akıllı vida ile birleşim yapılarak kiriş-kolon birleşiminde kesme kuvveti etkisi incelenmiştir. Deneyler sonucunda hafif çelik köşebent birleşim plakası kalınlığı artıkça yük taşıma kapasitesinin arttığı ve köşebentnın en/boy oranı (L/D) arttıkça hafif çelik köşebentlerde burkulma hataları meydana gelmiştir.
Hafif çelik yapılarda yüksek sıcaklık geçmişi olan birleşim elemanlarının vidalı kolon-kiriş birleşimlerde tersinir yükler etkisindeki davranışının deneysel ve sayısal incelenmesi
Günümüzde teknolojinin de gelişmesiyle birlikte ağır çelik olarak nitelendirilen sıcak haddelenmiş çeliğinin ağır maliyetleri ile birlikte imalat zorluklarının da olmasından dolayı soğukta şekil verilmiş çelik günümüzde daha kullanışlı hale gelmiştir. Soğuk şekillendirilmiş çelikler aynı zaman da hafif çelik olarak da isimlendirilmektedir. Hafif çeliklerin sismik performanslarında iyi olduğu gözlemlendikten sonra daha da kullanışlı hale gelmiştir. Hafif çelikler, ağır çeliğe nazaran birleşimleri konusunda daha rahat ve kolay bir çelik türüdür. Literatürde birleşim olarak genellikle bulonlu ve vidalı birleşimler daha çok irdelenmiştir. Aynı zamanda bu birleşimlerin statik yükler altında nasıl davrandığı incelenmiştir. Döngüsel yükler altında fazla literatürde yer verilmediğinden deneyde döngüsel yük altındaki davranışı incelenmektedir. Deneyde yangından sonra oluşabilecek hasarlardan dolayı hafif çelik vidalı birleşimin döngüsel yük altındaki davranışı incelenmiştir. Daha önceden yapılmış olan kiriş-kolon vidalı birleşimlerinin literatürde de paylaşıldığı gibi ABAQUS sonlu eleman analiz programı yardımıyla modellenip deney sonuçlarının doğruluğunu kontrol edebilmek için birbirleri ile kıyaslanmıştır. Bu çalışmada yangından sonra meydana gelen hasarların ABAQUS sonlu eleman programı yardımıyla modellenip gerçek deneyle arasındaki farklar incelenmiştir. Bu kıyaslama sonucu deney sonuçları ile ABAQUS verilerinin birbirleriyle çok yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.
Korozyona uğrayan tankların burkulma kapasitesinin davranışlarının incelenmesi
Çelik elemanların çeşitli güçlendirme yöntemleri ile yapısal bütünlüklerini koruma esasları üzerinde yapılan araştırmalar son zamanlarda da devam etmektedir. Günümüzde çelik elemanlarının güçlendirilmesinde CFRP (Karbon fiber takviyeli polimer) kullanımı hızla yaygınlaşmakta olup birçok deneysel çalışmanın da konusu olmaya devam etmektedir. Bu deneysel çalışmada farklı oranlı hidroklorik asit çözeltileriyle doldurulan ve korozyona uğraması sebebiyle burkulma dayanımında azalma olan ince cidarlı silindirik çelik tanklarda, CFRP ile yapılan güçlendirmenin burkulma dayanımına etkisi araştırılmıştır. Çalışmada 6 adet ince cidarlı silindirik çelik tank numunesi deneye tabi tutulmuştur. Silindir numuneleri 400 mm boyunda ve 400 mm çapında olup, 0,45 mm kalınlık değerine sahiptirler. Bu deney numunelerinden korozyonsuz olarak burkulma deneyi gerçekleştirilen iki numuneden birisinde CFRP kullanılmamış olup, diğer numune CFRP kumaş ile kaplanmıştır. Geri kalan dört numune ise korozyona tabi tutulmuştur. Korozyonlu bu dört numuneden iki adet numune %2,5 oranında, diğer 2 adet numune ise %5 oranında hidroklorik asit çözeltisine maruz bırakılmıştır. %2,5 oranında korozyona maruz kalan numunelerden birisine ve %5 oranında korozyona maruz kalan numunelerden birisine CFRP uygulaması yapılmıştır. 6 deney numunesi üzerinde gerçekleştirilen burkulma deneyleri sonucu elde edilen deney verileri literatürde teorik olarak hesaplanan Ross, Jawad ve Ventsel ve Krauthammer teorileriyle karşılaştırılmıştır. Burkulma deneyleri sonucunda, hidroklorik aside maruz kalmasından dolayı korozyona uğrayan ve burkulma dayanımlarında düşüş olan silindir numunelerde CFRP takviyesi yapıldığında burkulma dayanımlarında ciddi bir oranda iyileşme gözlemlenmiştir.
Kutu kesitli kolon-I profil kiriş birleşimlerin döngüsel yük altında davranışının incelenmesi
Geleneksel olarak çelik bina yapımında standart I veya H profilleri kiriş ve kolon elemanlarında kullanılır. Son yıllarda mekanik dayanım, yangına dayanıklılık, bakım maliyetleri, estetik ve alanın daha iyi kullanılması için beton dolgulu kompozit kolonlar oluşturma olanağı gibi avantajlara sahip olması nedeniyle yapısal içi boş bölümleri kolon olarak kullanma eğilimi vardır. Bununla birlikte, Kaynaklı birleşimlerde sertliğini ve rijitlik iyileştirmek için, bulonlu birleşimlere düşünülebilir. Ayrıca bu birleşim sistemi kolaylıkça sökülebilir olup, bina hizmet ömrünün sonuna ulaştığında çelik elemanların geri kazanılmasını mümkün kılar. Bu tezde alın levha plaka birleşimine ve yerine odaklanmıştır. Eurocode 3'teki birleşim noktaları için mevcut bileşen bazlı tasarım yöntemi genellikle önerilen yeni birleşim türü için uygundur. Bu tezde Eurocode 3 göre alın levhalı birleşim 7 farklı konumda tasarlanmış, bu birleşim tasarımlarının yangına maruz bırakılmamış ve yangına maruz bırakılması durumuna göre toplam 14 adet numune kullanılmıştır. Kullanılan 14 numunenin her birleşim tipinden bir çift numune olmak üzere 7 farklı birleşim tipinin enerji yutma kapasitesi yük taşıma kapasitesi gibi mekanik özellikleri kıyaslanarak yangına maruz bırakılmamış ve yangına maruz bırakılmış benzer birleşim tasarımları arasında kıyaslamalar yapılmış en ideal mekanik özelliğe sahip birleşim tipi bulunmuştur.
Çelik kutu profil kesitli kolon kiriş birleşimlerinin davranışının çevrimsel yükleme
Çelik yapılar sismik performansları ve üretim süreçlerindeki avantajları nedeniyle tercih ediliyor. Özellikle ülkemiz gibi deprem riski yüksek bölgelerde, çelik yapılar daha güvenilir bir seçenek olarak öne çıkıyor. Kiriş-kolon birleşimlerinin mühendislik açısından önemi büyük. Bu birleşimlerin sağlam ve esnek olması, yapıların sismik yük altında sağlam kalmasını sağlar. Özellikle kutu kesitli elemanlarda birleşim zorluğu yaşanması, doğru tasarım ve üretim süreçlerinin önemini vurgular. Bu tür birleşimlerin kolay montajı için doğru tekniklerin ve malzemelerin kullanılması kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada kutu kesitli kolon kiriş birleşimlerinde alın levhası yardımıyla bulonlu bir birleşim türü oluşturulmuştur. Bu birleşim türüne bağlı olarak incelenmesi için 8 adet deney numunesi hazırlanmış çevrimsel yükler uygulanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi ile analiz yapmak için ABAQUS(6.10) programı ile üç boyutlu olarak modellenmiştir. Alın levhasının kiriş üzerindeki konumu baz alınarak deneyler yapılmıştır. Sonuç olarak alın levhasının kullanımı maksimum moment ve maksimum kuvveti artırmıştır. Alın levhasının kolondan olan uzaklığı kiriş boyunun 1/5 ve 2/5 mesafeleri arasında kalması tavsiye edilmektedir.
Yangın etkisi altında kutu – I profil birleşimlerin zayıf eksende döngüsel yükler altında deneysel olarak incelenmesi
Çelik yapılar, yangın ve döngüsel yüklemelere karşı dayanıklılıkları açısından önemli bir araştırma konusu olması sebebiyle bu alanlarda yapılan çalışmalar günümüzde de devam etmektedir. Yangın, çelik yapılar üzerinde ciddi hasarlara yol açabilirken, döngüsel yüklemeler yapının dayanıklılığını ve esnekliğini sınamaktadır. Bu çalışmada, farklı birleşim türlerine sahip 7 adet kolon-kiriş birleşimi numunesi yangın ve döngüsel yükleme koşulları altında incelenmiştir. Yangın etkisi için ISO-834 yangın eğrisi, döngüsel yükleme için FEMA-350 yükleme protokolü uygulanmıştır. Deneylerde, kirişlerin birleşim noktalarının kolon-kiriş bağlantısına olan uzaklığı ve birleşim türü değişkenleri dikkate alınmıştır. Yük taşıma kapasitesi, maksimum yer değiştirme, süneklik, rijitlik, maksimum dönme açısı ve enerji yutma kapasitesi gibi parametreler ölçülmüş ve karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, birleşim bölgesinin kolon-kiriş bağlantısına uzaklığının artması yük taşıma kapasitesini artırmış, zayıf eksende birleşim gerçekleştirilmiş numunelerde kolonlarda burkulma görülmüş, ancak kirişlerde burkulma gözlemlenmemiştir. Deneylerde gözlemlenen göçme modları literatürdeki güçlü eksende birleşime sahip deney numunelerinin bulunduğu çalışmayla karşılaştırılmıştır. Bu araştırma sonucunda birleşim tasarımlarının yangın ve döngüsel yükleme koşullarındaki davranışlarını anlamada bulgular sunulmuştur
Kutu-I profil birleşimlerinin zayıf eksende döngüsel yükler altında davranışının deneysel olarak incelenmesi
İnşaat sektörü, her ülkenin yaşam standartlarını ve kalitesini artırması ile ekonomilerinin gelişmesine önemli katkılar sağlamaktadır. Bu bağlamda, bir yapının inşasında görev alan herkesin, inşaat sektörünün global düzeydeki ilerleyişi ve gelişmeleri hakkında bilgi sahibi olması gereklidir. Özellikle çelik, sağladığı üstün özellikler nedeniyle gelişmiş ülkelerde yaygın bir şekilde tercih edilmekte ve diğer yapı malzemelerine kıyasla daha fazla kullanılmaktadır. Bu durum, çeliğin inşaat sektöründeki öneminin artışını göstermektedir. Bu tez çalışmasının amacı, zayıf eksende döngüsel yükler altında çelik kutu-I kesitli birleşimlerin deneysel analizini yaparak, izin verilen kesit koşullarını incelemek ve bu koşulları literatürdeki mevcut çalışmalarla karşılaştırarak yönetmeliklerdeki kurallar çerçevesinde araştırmaktır.
Çentikli ve korozyonlu ince cidarlı çelik tankların burkulma davranışlarının incelenmesi
İnce cidarlı çelik yapılar, yüksek dayanım/ağırlık oranlarıyla bilinse de mekanik ve kimyasal etkenlerden dolayı meydana gelen hasarlara karşı oldukça hassaslardır. Bu tür yapılarda gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar, yapıların sınırlı kalınlıkları nedeniyle hızlandırılmış bozulmalara yol açabilmekte ve bu da onları korozyon etkilerine karşı savunmasız hale getirmektedir. Bu çalışmada, ince cidarlı, 0.45 mm kalınlığında çelik levhalardan üretilmiş silindirik çelik tankların burkulma kapasitesi üzerindeki korozyon ve çentiklerin birleşik etkileri incelenmiştir. Numuneler, gerçekçi yapısal davranışları yansıtmak amacıyla r/t oranı 445 olacak şekilde hassas bir şekilde üretilmiştir. Bu çalışma, özellikle %2,5 ve %5 hidroklorik asit çözeltilerinin neden olduğu korozyonla ortaya çıkan kimyasal etkileşimlere odaklanılmıştır; bu korozyon oranı, oksidasyon, metal kaybı ve sonuç olarak malzemenin stabilite ve mukavemetinde değişikliklere yol açmıştır. Mekanik kusurları taklit etmek amacıyla, kabuk kalınlığı t'nin bir katı, iki katı ve üç katı derinliklerde çentikler uygulanmıştır. Ayrıca, bu çalışmada elde edilen deneysel veriler teorik formülasyonlarla ve literatürdeki bir çalışmanın sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Çalışma hem korozyonun hem de çentiklerin çelik kabukların burkulma kapasitesini önemli ölçüde azalttığını ve bu faktörlerin birleşik etkilerinin yapısal performans üzerinde kritik bir rol oynadığını ortaya koymuştur.
Soğuk şekillendirilmiş çelik çerçevelerin sismik davranışının akıllı vidalı moment birleşimlerinde incelenmesi
Bu çalışma, soğuk şekillendirilmiş çelik (CFS) taşıyıcı elemanlarının deprem yükleri altındaki davranışını, özel olarak tasarlanmış vidalı moment bağlantıları kullanarak deneysel yöntemlerle incelemektedir. Araştırma kapsamında, farklı kesit özelliklerine ve malzeme kalınlıklarına sahip CFS kolon ve kirişlerden oluşan T şeklindeki çerçeve sistemleri hazırlanmış ve bu sistemlere FEMA-350 standartlarına uygun yarı-statik döngüsel yük testleri uygulanmıştır. Deneylerde, bağlantı noktalarında kullanılan vidalı birleşim detaylarının, sistemin rijitliği, taşıma kapasitesi, dönme performansı ve enerji sönümleme yeteneği üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Tüm numunelerde, kiriş gövdeleri deliksiz olarak üretilmiş ve farklı guse kalınlıklarına sahip beş farklı konfigürasyon test edilmiştir. Deneysel bulgular, akıllı vida uygulamalarının, geleneksel vidalara kıyasla daha yüksek kesme ve çekme dayanımı sağladığını ortaya koymuştur. Yapılan çalışmalar akıllı vida uygulamalarının geleneksel vidalara göre kesme ve çekme dayanımını %20 ile %40 oranında artırdığını ortaya koymuştur. Tasarım ve uygulama parametrelerinin karşılaştırılması sonucunda, akıllı vidaların birleşim bölgelerinde moment dayanımını yaklaşık %30 oranında artırdığı tespit edilmiştir. Özellikle sismik etkiler altında kritik öneme sahip süneklilik oranını ise yaklaşık %30 oranında artırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca, bu bağlantı yönteminin, tekrarlı sismik yükler altında yapısal performansın korunmasında olumlu etkiler gösterdiği gözlemlenmiştir. Elde edilen moment-dönme ilişkileri ve deformasyon verileri, söz konusu birleşim sistemlerinin, depreme dayanıklı yapı tasarımında güvenli, ekonomik ve uygulanabilir bir çözüm sunduğunu doğrulamaktadır. Bu çalışma, soğuk şekillendirilmiş çelik yapıların sismik performansını iyileştirmeye yönelik yenilikçi bağlantı tekniklerinin geliştirilmesine önemli bir katkı sağlamaktadır.