Theses supervised by Dr. Öğr. Üyesi Kıvanç Taşkın
13 theses · Eskişehir Technical Üniversity, Bilecik Şeyh Edebali Üniversity
Çelik çaprazlı çerçeve sistemlerin deprem davranışının incelenmesi
Çelik yapılar, tasarımcılar tarafından oldukça yaygın olarak kullanılan yapı grubunun bir üyesidirler. Çelik yapılar, yangın, rüzgar, kar ve deprem gibi doğa olaylarına karşı güvenli bir şekilde ayakta kalacak şekilde tasarlanırlar. Depremler sık tekrarlanmayan, düşük olasıklı fakat etki bakımından çok büyük olmaları nedeniyle diğer doğa olaylarından farklılaşırlar. Bu çalışma, farklı guse tasarımlarına sahip merkezi çelik çaprazlı çelik çerçevelerin deprem davranışını incelemek için analitik olarak yürütülmüştür. Yedi adet gerçek deprem kaydı zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizleri yürütmek için seçilmiş ve zaman tanım alanında yapılacak analiz kriterlerini sağlamak için ölçeklenmiştir. Ek olarak, iki boyutlu çelik çerçevelerden oluşan bir bina güncel yönetmelik koşullarına uygun olarak tasarlanmış ve incelenmiştir. Beş farklı tek katlı & tek açıklıklı çerçeve OpenSees yazılımı kullanılarak modellenmiş, guse kalınlıklarının yapı tepkilerine olan etkisi değerlendirilmiştir. Bu çalışma, özellikle yüksek depremselliğe sahip bölgelerde daha verimli guse boyutlarının seçilmesi konusunda bilgi vermektedir.
Çelik yapıların zaman tanım alanında doğrusal analizi ve spektrum eşleştirme parametrelerinin etkisi
Son yıllarda teknolojinin gelişmesi ve mühendislik yöntemlerinin iyi seviyelere gelmesi, yapıların sismik yükler altındaki davranışının daha iyi belirlenmesini sağlamıştır. Bununla birlikte doğrusal olmayan davranışın hesaba katıldığı analiz yöntemleri mühendisler tarafından tercih edilmektedir. Bu çalışmada, FEMA 355-C Ek-B'de tanımlanan SAC modelli 3-9-20 katlı LA binalarının kesitleri optimize edilerek moment aktaran çelik çerçeve sistemi üzerinden çözümleme yapılmıştır. Çalışmamızda 3 farklı spektrum tipine (Elastik Spektrum, TBDY 2018'a göre Azaltılmış Spektrum ve ASCE'ye göre Azaltılmış Spektrum) göre zaman tanım alanında doğrusal hesap yöntemiyle analiz yapılarak yapı genel davranışlarına ait sonuçlar irdelenmiştir. 3 farklı kat yüksekliğine sahip yapıların 4 farklı zemin sınıfı (ZA-ZB-ZC-ZD), 3 farklı spektrum tipi, 7 farklı deprem yer ivme kayıtları altında deprem davranışları incelenmiştir. Bu incelemede farklı yanal yük kombinasyonları da göz önüne alınmıştır. Bu yapıların bir de tepki spektrumuna göre analizi yapılmıştır. Analizler Sap2000 programında yapılmıştır. Bu analizler sonucunda 3 farklı spektrum ve tepki spektrumunun taban kesme kuvvet değerlerinin grafikleri çizilmiş olup tepe yerdeğiştirme tabloları ve göreli kat ötelemesi kontrol tablosu oluşturulmuştur.
Betonarme donatılarda mekanik bağlantı elemanı manşonların yönetmeliklerde incelenmesi
Günümüzde donatı birleşimi ve sürekliliği, klasik bindirme yöntemine ve kaynakla birleşim yöntemine alternatif olarak manşon adı verilen mekanik birleşim araçları ile sağlanabilmektedir. Bu çalışmada mekanik birleşim araçları altı bölümde incelenmiştir. Birinci bölümde mekanik bağlantı elemanları ile ilgili daha önceden yapılan çalışmalardan bahsedilmiştir. İkinci bölümde betonarme donatısının mekanik özellikleri incelenmiştir. Üçüncü bölümde donatı birleşim türleri ve TS500, Eurocode-2, ACI 318-08 ve TBDY 2019 yönetmeliklerinde donatı birleşim yöntemlerine ilişkin hesap ve sınır kriterleri incelenmiştir. Piyasada sıklıkla kullanılan manşon türleri ile ISO 158351-2 ve ASTM A1034 mekanik birleşim elemanları test standartları incelenmiştir. Dördüncü bölümde, ACI318-14 yönetmeliğine göre ankrajlı donatı elemanları yerine mekanik birleşim araçlarının kullanılmasının bindirme boyuna etkileri sayısal örneklerle incelenmiştir. Beşinci bölümde mekanik birleşim araçlarının monotonik çekme testleri, çevrimsel çekme testleri ve sıyrılma testleri altındaki davranışı, testler sırasında oluşabilecek olumsuz durumlar incelenmiştir. Son bölümde sonuçlar değerlendirilmiş olup TBDY 2019 EK-8A ile ilgili öneriler sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: Mekanik birleşim, Manşon, Mekanik birleşim testleri
Farklı yükseklik ve zemin sınıfına sahip betonarme bina kolonlarına etki eden yüklerle çelik ve kompozit kolon tasarımı
Günümüzde yapı ihtiyaçlarının ve çeşitliliğinin giderek farklılaşması ile yapı elemanları tasarımlarında da farklılaşma durumu ortaya çıkmıştır. Yapı elemanlarının üzerinde oluşan yük etkilerinin karşılanmasında ülkemizde olduğu gibi dünya genelinde de betonarme sistemler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Betonarme yapıların tasarım ve üretim noktasında sağladığı kolaylıklar günümüzde onu popüler kılarken, ihtiyaçların farklılaşması bu elemanların boyutlarında ve maliyetlerindeki artışı bizlere göstermektedir. Betonarme yapı sistemi içinde çelik ve kompozit kolon kullanımı geleneksel betonarme sistemlere göre iyi bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada Eskişehir'de yer alan 3 farklı zemin sınıfına göre, planı aynı tutularak oluşturulan 5 ve 13 katlı betonarme binaların 2019 yılında yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği ile analizi yapılmış ve kolonlara etki eden yükleri hesaplanmıştır. Hesaplanan bu yük değerleri kullanılarak Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik 2016'ya uygun çelik ve kompozit kolon tasarımı yapılmıştır. Bu çalışmada, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 kullanılarak analizi yapılan binaların farklı kolon tipleri ile tasarlanması durumunda, mühendislik, mimari ve yapı maliyeti açısından ne tür değişikliklerin olacağı ve tasarım yapılırken farklı kolon tipi alternatiflerinin değerlendirilmesinin önemi irdelenmiştir. Anahtar Sözcükler: Kolon, Kompozit Kolon, Çelik Kolon, Betonarme Kolon
Çok katlı bir çelik yapının TBDY-2019 ve çelik yapılar yönetmeliği-2016 kullanılarak modellenmesi
Günümüzde ülkemizdeki deprem yönetmeliği ve yeni çelik yapı şartnamesi çelik yapıların çaprazlı ve çaprazsız sistemler için nasıl yapılacağına dair kuralları tekrar güncellenmiştir. Çelik yapıların deprem yükleri altındaki davranışında çapraz elemanlar önemli bir etkiye sahiptir. Çelik yapılar da kullanılacak çapraz tipleri yapının davranışını büyük ölçüde değiştirmekle beraber tasarım kriterlerini sağlaması gerekmektedir. Ülkemizde uygulanmakta olan deprem yönetmeliğinin ilgili bölümü uyarınca yapısal performansının belirlenmiş olması zorunludur. Buna ek olarak 2016 yılında yürürlüğe giren yeni Türk çelik yapı şartnamesi uyarınca her bir eleman taşıma gücü yöntemine göre tasarlanmaktadır. Bu yönetmelik uyarınca inşaat mühendisine 2 farklı yol sunulmaktadır. Mühendis ya arttırılmış yüklerle çalışarak (LFRD-YDKT) veya attırılmamış yüklerler çalışarak ( ASD-GKT) yapıyı analiz edebilmektedir. Bu çalışmada 5 ve 13 katlı iki çelik yapı ZC zemin tipine göre çaprazlı ve çaprazsız olarak modellenmiştir. Her bir yapının birbirleri ile karşılaştırılması yapılırken doğal titreşim periyodu, taban kesme kuvveti, kat yer değiştirmeleri, göreli kat ötelemesi, enerji yutma kapasiteleri ve analizler sonucunda oluşan plastik mafsal yerleri temel parametreler olarak incelenmiştir. Analizler ETABS yapısal çözümleme programı kullanılarak yapılmıştır. Çelik yapı modellerindeki elemanların plastik mafsal özelikleri yapı analizi programına hesaplatılarak çözülmüştür. Analiz sonuçlarına göre X çaprazlı sistem diğer sistemlere göre daha rijit davranış göstermiştir. Aynı zamanda başlangıç rijitliği de diğer modellere göre daha yüksektir. Değiştirilebilir köşe çaprazlı sistemler ( KNE-BRACİNG) en yüksek sünekliğe sahip sistemler olmuştur. Moment çerçeve sistemlerde oluşan plastik mafsallar çaprazlı modellerde çaprazlar üzerine aktarılmış ve böylelikle yapının son durumunda taşıyıcı elemanlar belirli bir hasar seviyesinde kalmıştır. Çaprazlı elemanların enerji yutma kapasiteleri bir çerçevede kullanılan çapraz sayısı artıkça artma eğilimi göstermiştir. Beklendiği üzere 4 köşe noktasına koyulan değiştirilebilir köşe çaprazlı sistem en yüksek süneklik düzeyine ulaşmış ve en büyük enerji yutma kapasitesini sağlamıştır.
Farklı kompozit kolon türlerinin eurocode 4'e göre tasarımlarının örneklerle açıklanması
Günümüzde büyük şehirlerdeki nüfusun hızla artması, tarım alanları dışında kalan kısıtlı imar bölgelerinin olması, yüksek katlı yapılara yönelimi artırmıştır. Türkiye'de ki yüksek katlı yapılar incelendiğinde betonarme yapılar ön plana çıkmakla beraber son yıllarda betonarme ve çelik malzemenin bir arada kullanıldığı yapılarda artış gözlemlenmektedir. Bu problemden anlaşıldığı üzere daha dar alanlarda daha yüksek yapılar yapma ihtiyacı ileride artarak devam edecektir. Betonarme ve çeliğin malzeme karakteristikleri açısından bakıldığında negatif etkilerinin birlikte kullanımı ile azaltılabileceği söylenebilir. Bu sebeple kompozit kolon tasarımı ve hesabı ön plana çıkmaktadır. Kompozit kolonların başlıca özellikleri hadde profilin'den imal edilmiş kolonun beton içine gömülerek burkulmasının önlemektedir. Bunun yanında yangına karşı iyi bir önlemdir. Beton dolgulu çelik tüplü kolonlarda ise betonun sargı etkisini artırarak kolonun eksenel yük taşıma kapasitesini artırmaktır. İster gömme profilli kolonlar olsun isterse beton dolgulu tüp kesitler olsun rijitliği artırmakla beraber kolonun narinliğini azaltmaktadır. Yüksek rijitlik daha az yer değiştirmeye sebep verirken daha büyük açıklıları geçmemize olanak sağlamaktadır. Bu çalışmada iki farklı kompozit kolon tipinin Eurocode 4'e göre tasarımı örneklerle açıklanmaya çalışılmıştır. İlk örnek eksenel basınç altında beton dolgulu dairesel kesitin tasarımını açıklarken ikinci örnek ise basınç ve çift eksenli eğilmeye maruz tamamen betona gömülü H kesitli kompozit kolonun tasarımını anlatmaktadır.
2018 Türk bina deprem yönetmeliğine göre karma bir yapının analizi
Türkiye son yıllarda doğal afetlerden çok etkilenmektedir. Bu doğal afetlerin en önemlisi ise depremlerdir. Bu sebeple son yıllarda ülkemizdeki yönetmelikler günümüz şartlarına göre yenilenmiştir. Bunlardan en önemlileri 2016 yılında yürürlüğe giren ÇELİK YAPILARIN TASARIM, HESAP VE YAPIM ESASLARINA DAİR YÖNETMELİK ile 2018 yılında yürürlüğe giren TÜRK BİNA DEPREM YÖNETMELİĞİ'dir. Ülkemizde üretilen yapı stoğunun çoğunu betonarme yapılar oluşturmaktadır. Son yirmi yılda buna ek olarak çelik yapı stoğu da özellikle endüstri bölgelerinde artmıştır. 2000'li yılların başından itibaren artan talep ve ihtiyaca göre yüksek katlı yapılar, biyokimyasal tesisler vb. yapılarda hem betonarme hem de çelik bir arada kullanılmaya başlanmış olup; kompozit yapıya bir geçiş yaşanmıştır. Bu çalışmada ise hem betonarme bir yapı hem de onun üstüne inşa edilen bir çelik yapıdan oluşan karma bir yapı ele alınmıştır. İncelenen yapı 2800 m2'lik toplam alanı olan ilk iki katı betonarme diğer sekiz katı çelik yapı on katlı bir KARMA YAPIDIR. 2017 yılında tasarlanıp Afyon ilinde inşa edilen bu yapının aynısının 2019 da yeni yönetmeliğe göre tekrar tasarlanmıştır. Böylelikle eski ve yeni yönetmeliklere göre betonarme yapının davranışı STA4-CAD programı kullanılarak incelenmiştir. Çelik yapı ise SAP2000 programında çözülmüş olup en alt kolonlardaki kesit tesirleri betonarme yapıya dışarıdan yük olarak verilmiştir. Tam bir karşılaştırma yapılabilmesi için de betonarme ve çelik yapı SAP2000 programı kullanılarak bir arada çözülmüştür. Bulunan sonuçlar taban kesme kuvvetleri, periyotlar, kritik kesitlerdeki kesit tesirleri bakımından karşılaştırılmıştır.
Cyclic behavior of tubular column-beam connections
In recent years, hollow steel, built-up box or concrete filled column-beam connections have drawn increasing praise due to the rapid development of assembled steel structures. However, built-up box steel columns have the detrimental tendency of developing a plastic hinge at the column panel zone due to stress concentration. Limited researches have paid attention to the analytical behaviour of these types of joints. This work propose three novel connections configuration; first connection is hollow steel column to beam (IPE section), second is concrete filled column to beam (IPE section), and third is Built-up box steel column-beam (IPE section) connection. In this work a numerical study was performed by using advanced Finıte element based software (ABAQUS). Finite element analytical modeling of the joint was performed considering complex contact interactions and material models. The modeling techniques used in this work, including the mesh and element types, the material properties, and the contact elements, were validated by comparing the numerical results of proposed connection models with the relevant experimental study. Good agreement between the test and analytical results was observed in terms of the failure modes and the hysteretic or monotonic behaviour. The failure mode of all proposed connectıons and moment-rotation curves were discussed based on numerical results. Keywords: Numerical study, Cyclic behavior, ABAQUS, Steel connection, Hollow steel section
Beton dolgulu dairesel çelik tüp kesitlerin deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Bu çalışmada, çeşitli geometrik ve malzeme özelliklerine sahip dairesel kesitli 56 adet beton dolgulu kompozit kolon ve 14 adet içi boş çelik tüp olmak üzere toplam 70 adet deney numunesi eksenel yükleme altında test edilmiştir. Deneysel çalışmada; dört farklı beton basınç dayanımı, üç farklı çap/et kalınlığı (D/t) oranı ve yedi farklı yükseklik/çap (L/D) oranı parametreleri dikkate alınmıştır. Deney sonuçlarından elde edilen beton dolgulu kompozit kolonların nihai eksenel kuvveti, düşey yerdeğiştirme ve göçme modları hesaplanmıştır. Elde edilen deney sonuçlarından beton katkı oran (CCR) indisi, dayanım indisi (SI) ve süneklik indisi (DI) belirlenmiştir. ANSI/AISC 360-16 ve Eurocode 4 kullanılarak numunelerin nihai eksenel kuvvet dayanımları belirlenmiştir. Elde edilen değerler deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Son olarak, beton dolgulu kompozit kolonların eksenel kuvvet altındaki davranışını tahmin etmek için sonlu eleman modelleri oluşturulmuştur. Sonlu eleman modellerinden elde edilen sonuçların, deney sonuçlarına göre 5% fazla çıktığı gözlemlenmiştir.
Seismic reliability-based design optimization of steel structures
The seismic design of steel moment frames is a complex process that incorporates seismic demand with a structural capacity to attain safe buildings aligned with specified constraints. An intuitive approach is a must to initiate the design, but it is inadequate to yield efficient design solutions because of interrelated design parameters. This study presents a computationally efficient algorithm for the seismic reliability-based design optimization of steel moment frames. The new base shear force equation introduced in this study combines the seismic demand statistics with the reliability objective to calculate a fictitious base shear force for linear static analysis. By concentrating on the seismic demand and promising to meet a certain level of reliability, the equation converts the reliability-based design optimization problem to a code-based deterministic design optimization one. Four real-size moment frame groups with different heights are optimized with respect to target reliability levels to demonstrate the competence of the proposed procedure. The optimization procedure starts with the ground motion selection and continues with iterations to yield the least weight structure. The seismic reliability of the optimized frames is evaluated through response history analysis, and the results prove the legitimacy of the proposed reliability-based optimization procedure. Although the proposed algorithm does not pledge to find a global optimum design solution, the efficiency and ease of use of the proposed algorithm make it a powerful tool for improving the design-related decision-making process of real-size structures.
Betonarme yapıların perdeli, çelik ve kompozit olarak modellenmesi
Türkiye' de yüksek katlı binalar incelendiğinde, betonarme yapılar ön plana çıksa da son yıllarda betonarme ve çelik malzemelerin bir arada kullanıldığı binalar da görülmektedir. Betonarme ve çeliğin malzeme özellikleri nedeniyle olumlu ve olumsuz etkileri bulunmaktadır. Bu iki malzeme birlikte kullanıldığında olumsuz etkiler azaltılabilir. Bu nedenle kompozit yapıların tasarımı ve hesabı ön plana çıkmaktadır. Ayrıca betonun basınç dayanımı ile çeliğin çekme dayanımı birlikte kullanılarak küçük kesitler elde etmek mümkündür. Bu çalışmada dört farklı kompozit kiriş tipinin Eurocode 4' e ve AISC360-16' ya göre tasarımı örneklerle açıklanmıştır. İlk örnekte kesme gecikmesi etkisindeki kesit, ikinci örnekte altıgen başlıklı kayma kaması bulunan kompozit kiriş, üçüncü örnekte mesnetlenmiş bir ikincil kompozit kiriş, dördüncü örnekte W(HEA) şekilli kiriş tasarımı ele alınmıştır.
Kör kalıp sistemleri ile oluşturulan boşluklu döşeme sistemlerinin yapısal modellenmesi
Günümüzde özellikle ticari ve endüstriyel binalarda, çok katlı otoparklarda ve kamu binaları (okullar, üniversiteler, hastaneler vb) yapılarında büyük açıklıkların geçilmesi gerekmektedir. Geleneksel betonarme sistemlerle büyük açıklıklar kirişli ve kaset döşeme sistemleriyle geçilebilmekte, fakat bu sistemlerde açıklık arttıkça kiriş derinliği artmakta, yapı ağırlaşmakta ve net kat kullanım yüksekliği de azalmaktadır. Estetik açıdan derin kirişler yapının mimarisini bozmakta ve kirişsiz (mantar) döşemelerde ise zımbalama problemi ortaya çıkmaktadır. Son yıllarda daha büyük açıklıkların, yapı ağırlığını artırmadan geçilebilmesi için döşeme sistemlerine alternatif olarak plastik kör kalıptan (geri dönüştürülebilir polipropilenden üretilmiş) oluşturulmuş boşluklu kirişsiz döşeme sistemleri uygulanmaya başlanmıştır. Uygulamada döşeme plaklarının içerisinde boşluklar oluşturulması plak kalınlığını arttırırken döşemenin daha hafif olmasını da sağlamaktadır. Bunun sonucu olarak döşeme rijitliğine de etki etmektedir. Kör kalıp sistemleri kullanılarak yapı ağırlığı azaltılır ve daha büyük açıklıklar geçilebilir. Daha az yapı malzemesi kullanılacağından dolayı maliyetler azalacaktır. Ayrıca aynı ağırlık karşılığında daha rijit plaklar, daha az sehim ve titreşim problemleri oluşmaktadır. Faydalı yük/Ölü yük oranının artması ve bu sebeple daha verimli taşıyıcı sistem elde edilmesi sağlanmaktadır. Boşluklu döşemeler, sadece mühendislik çözümü olmamakla beraber sürdürülebilir ve yeşil bina sistemini de sağlamaktadırlar. Sistemde kullanılan plastik kör kalıplar geri dönüşümlü malzemelerden yapılmaktadır. Burada 1kg'lık geri dönüşümlü plastik 100kg beton yerine geçmektedir. Böylelikle, binaların yapısal problemi çözülürken aynı zamanda karbon izleri de azaltılmaktadır. Bu da ileriye dönük sürdürülebilir bir tasarım ortaya çıkarmaktadır. Yapısal olarak yapı hafiflediğinden dolayı, yapıya etkiyecek deprem kuvvetleri azalmakta; bunun sonucu olarak daha küçük boyutlu elemanlar tasarlanabilmektedir.
Ahşap yapıların Eurocode-5'e göre tasarımı
Kayıtlı tarihin ilk yıllarından beri, ağaçlar insanlığa barınak, yakıt ve aletler için yiyecek ve malzeme sağlamıştır. Ahşap, en eski yapı malzemelerinden biridir. Bu doğal malzemenin güzelliği ve kendine özgü özelliklerini kullanarak yaşadığımız yerlerde kullanarak hem mimari hem de mühendislik açısından yapılar inşa ederiz. Ahşap, insanoğlunun aletleri kullanmayı ilk kez öğrendiği günden bu yana bina, köprü, makine, savaş motoru, inşaat mühendisliği işleri ve teknelerin yapımında kullanılmıştır. Ahşap, hem çekme hem de basınç kuvvetlerini aktarabilen bilinen en eski yapı malzemesidir ve bu da onu bir kiriş ya da kolon elemanı olarak doğal olarak uygun hale getirir. Mühendislik açısından ahşap, keresteden farklıdır. Kereste, ağaçların gövde ve dallarının yapıldığı, kesilerek çeşitli amaçlarla kullanılan maddedir. Ahşap, bina için kullanılan kereste vb türevlerinden üretilmiş yapı elemanlarıdır. Ahşap yapının tasarımı ve hesaplamalarına başlamadan önce, uygun bir tasarım modeli kuran standartları anlamak gerekir. Bunu yaparken, hesaplamaları kolaylaştıran basit ama genellikle bilinen modeller ile davranışı daha iyi yansıtan, ancak hata yapma ve göçme modlarını gözden kaçırma riski daha yüksek olan daha karmaşık modeller arasında bir ikilem olabilir. Türkiye'de Ahşap yapıların üretimine ilişkin kuralların ahşap yapı standartlarında, deprem yönetmeliğinde ve yapı şartnamelerinde ayrıntılı olarak belirtilmediği görülmektedir. Bu nedenle ülkemizde ahşap yapı üretimi zorlaşmakta, uygulama ve izleme süreçlerinde eksiklikler ve zorluklar ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada Eurocode5 kapsamında ahşap yapı tasarımı ele alınmıştır.