Kompozit kiriş bileşenlerinin gerilme analizi

Farklı türde malzemelerin bir arada kullanılması ile kompozit yapılar oluşmaktadır. Bu farklı türdeki malzemeler çelik, ahşap ve beton gibi malzemeler olabilmektedir. Kompozit yapılarda sıkça kullanılan çelik-beton birlikteliği çeşitli avantajlarından dolayı günümüzde oldukça yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu tezde kompozit yapılar hakkında genel bilgiler verilerek, kompozit kiriş bileşenleri tanıtılmış ve kompozit kiriş bileşenlerinin hesap yöntemleri ele alınarak, İTÜ İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Laboratuvarlarında hazırlanan dokuz adet deney numunelerinin itme (push-out) testleri yapılarak kompozit kiriş bileşenlerinin gerilme analizi ve boyut etkisi testleri yapılmıştır. Deneysel çalışma sonucunda elde edilen analiz sonuçlarının Abaqus sonlu eleman yöntemi programında modellemeleri yapılarak karşılaştırmalı analizleri yapılmış ve deney sonucunda kompozit bileşenlerin gerilme davranışları irdelenmiştir. Tezin birinci bölümde çelik beton kompozit yapıları ile ilgili genel bilgiler verilmiştir. Kompozit kirişi oluşturan kompozit bileşenleri olan beton, çelik profil, trapez çelik saç, beton donatısı ve kayma bağlayıcılarından söz edilmiştir. Kompozit kirişin en önemli bileşeni olarak görülen kayma bağlayıcıları türlerinin neler olduğu ifade edildikten sonra kompozit kirişlerin ara yüzünde bağlantı elemanının bulunması veya bulunmaması durumundaki hesap esasları ile ilgili bilgiler yer almıştır. Kayma bağlayıcılarından günümüzde de en çok tercih edilen ve bu tezde deneysel çalışmada kullanılmış olan stud (kesme) çivisinin genel özellikleri, standart ölçüleri ve hesap yöntemi anlatıldıktan sonra stud çivisinin taşıma kapasitesi hesabında kullanılan ulusal ve uluslararası standartlara ilişkin formülizasyonlar açıklanmıştır. Ayrıca birinci bölümde kayma bağlayıcılarının davranışlarını farklı koşullar altında incelemiş olan deneysel çalışmalara ilişkin literatür çalışmaları ve sonuçlarına ilişkin bilgiler de yer almaktadır. Bu literatür çalışmalarında itme (push-out) testi yöntemi ile deneysel çalışmalar yapılmış ve bu deneysel çalışmaların Abaqus programı kullanılarak yapılan sayısal doğrulamaları anlatılmı¸stır. İkinci bölümde ise tezde yapılan deneysel çalışmaların sayısal doğrulamasını yapabilmek için kullanılan Abaqus programında kullanılacak olan yönteme esas olacak sonlu eleman seçimi, malzemelerin modellenmesi, temas yüzeylerinin modellenmesi, sınır koşulları ve yük ataması ve kalibrasyon analizleri yapılmıştır. Malzeme seçiminde beton döşeme için "Damage Plasticity Model" ve "Microplane Model (M7)" parametereleri kullanılmıştır. Seçilen yöntemlerin doğruluğunun teyit edilebilmesi için daha önce yapılmış olan deneysel literatür çalışmalarından seçilen örneklerin sonuçları ile seçtiğimiz yöntem esaslarına bağlı parametreler kullanılarak sonlu eleman yöntemi kullanılarak bu örneklerin Abaqus programında modellemeleri yapılmıştır. Yapılmış olan modellerin analiz sonucunda çıkan değerler örnek alınmış olan literatür çalışmalarının sonuçları kuvvet-kayma grafiği oluşturularak karşılaştırılması yapılmıştır. Üçüncü bölümde deneysel çalışmada kullanılacak olan deney numunelerinin özelliklerinden ve numunelerin hazırlanarak deneyin uygulanmasından söz edilmiştir. İtme testinde çelik profillere stud çivileri her başlıkta kaynatılmış ve her başlığa beton dökülerek çelik profil iki beton döşeme arasında kalacak şekilde numuneler hazırlanmıştır. Çelik profilin her başlığına birer adet stud çivisi özel bir kaynak tabancası ile saplama kaynak yapılmıştır. Ayrıca beton basınç dayanımının 45-55 MPa aralığında olması için laboratuvarda doğal kum, kırma kum, kırma taş, su ve çimento oranları hesaplanarak malzemeler oluşturularak beton hazırlanmıştır. Her bir beton döşemede altta ve üstte olmak üzere nervürsüz hasır donatılar hazırlanmıştır. Deneyde boyut etkisinin araştırılabilmesi için her numuneden üç adet olmak üzere büyük boyda (PL1, PL2, PL3), tüm kompozit bileşenlerinin boyutları büyük boyun ölçülerinin yarısı olacak şekilde (PM1, PM2, PM3) ve küçük boyda tüm ölçüler orta boyun yarısı olacak şekilde de (PS1, PS2, PS3) numuneleri hazırlanmıştır. Numuneler hazırlandıktan sonra İTÜ İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi laboratuvarında bulunan yük uygulama makinesinde kuvvet çelik profillerin gövdesine uygulanacak şekilde itme testi gerçekleştirilmiştir. Dördüncü bölümde deney uygulaması ile elde edilen kuvvet-kayma değerleri sonuçları incelenmiştir. Deney sonucunda elde edilen de˘gerlerin sayısal doğrulaması için sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak Abaqus programında numunelerin modellemeleri yapılmıştır. Modellemede sonlu eleman yönteminde kullanılacak parametreler ikinci bölümde anlatıldığı şekilde tanımlanarak analiz sonuçları elde edilmiştir. Abaqus programı kullanılarak yapılan analiz sonuçlarında elde edilen kuvvet-kayma grafikselliği ile deney sonuçlarının grafikselliğinin birbiri ile uyumlu olduğu sonucu elde edilmi¸stir. Sonuç kısmında deneysel sonuçlar bize göstermiştir ki en küçük boyuttaki numune büyük boy numuneye göre daha fazla gerilme taşıyabilmektedir. Böylelikle kompozit kirişlerde boyut etkisinin etken olduğu sonucuna varılabilmektedir.