Uzay kafes sistemlerin artan düşey yükler altında doğrusal olmayan analizi

Çelik uzay kafes sistemler çubuk elemanların birbirlerine mafsallı bağlandığı, büyük açıklıkların geçilmesi için yaygın olarak kullanılan üç boyutlu sistemlerdir. Yapı zati ağırlığının hafif olması, estetik formların kolayca verilebilmesi, düşük maliyetli olması, imalat ve montajının kolay olması bu sistemleri tercih edilebilir hale getirmektedir. Ancak bu tip yapıların büyük açıklıklara sahip olması yapının yük yığılmalarına karşı hassas olmasını da beraberinde getirmektedir. Yağmur yükü, kar yükü gibi yüklerin tahliye edilememesi ve belli bölgelerde birikmesi sistemlerin göçmesine neden olabilmektedir. Ayrıca çubuk eleman narinlikleri ve çubuk eleman başlangıç kusuru da çubuk eksenel basınç dayanımlarının belirlenmesinde etkin olmaktadırlar. Bu çalışma kapsamında, plan boyutu 15mx15m olan bir uzay kafes çatı sistemi iki farklı durum dikkate alınarak tasarlanmış ve düşey doğrultuda artan düşey yükler altında doğrusal olmayan analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler için sistem modelleri üç boyutlu olarak OpenSEES (Open System for Earthquake Engineering Simulation) yazılımı ile geliştirilmiştir. Çatı sitemlerinden biri uzay kafes sistemlerin projelendirilmesinde kullanılan FrameCAD yazılımı ile optimum enkesitler kullanılarak boyutlandırılırken, diğeri basınç elemanlarının narinlikleri belirli düzeyde sınırlandırılarak tasarlanmıştır. Her iki modelde de bulonların ve başlangıç kusurlarının etkileri dikkate alınmaktadır. Ayrıca düşey yüklerin çatı yüzeyinin 1/4'ünde 1/2'sinde ve tamamında yayılı bir biçimde artması da karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Birinci bölümde tezin amacı ve kapsamı belirtilerek konu ile ilgili mevcut çalışmalar incelenmiş ve özetlenmiştir. İkinci bölümde uzay kafes çatı sistemler hakkında genel bilgiler yer almaktadır. Uzay kafes sistemi oluşturan elemanlardan ve bu elemanların özelliklerinden kısaca bahsedilmiştir. Örnek yapıların tasarlandığı üçüncü bölümde statik analiz ve boyutlandırma için kullanılan FrameCAD programı ile bu program tarafından esas alınan genel prensipler tanıtılmıştır. Çekme ve basınç etkisindeki elemanlarda sınır durumlar belirtilmiştir. Programın boyutlandırma esasları detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Model yapı olarak incelenecek olan dört köşe noktasından basit mafsallı, her iki yönde 15m açıklığa ve 1.5m yüksekliğe sahip uzay kafes çatı sistemi bu program kullanılarak boyutlandırılmıştır. Daha sonra aynı sistem üzerinde basınç çubuklarının narinlikleri belirli bir değerle sınırlandırılarak yeni bir sistem daha oluşturulmuştur. Tasarımda yapılan varsayımlar ve boyutlandırma sonucunda sistemlerde kullanılan eleman bilgileri bu bölümde verilmiştir. Dördüncü bölümde uzay kafes çatı sistemlerinin OpenSEES programında modellenmesi anlatılmıştır. Burada ilk olarak, kafes sistem çubuk elemanı, sadece boru enkesitli eleman dikkate alınarak ve bu elemanla birlikte küre ve bulon da temsil edilerek iki ayrı şekilde modellenmektedir. Çubuk elemanların tersinir çevrimsel yükleme altında davranışları, ATC-24 (Guidelines for Cyclic Seismic Testing of Components of Steel Structures)'te belirtilen yöntem esas alınarak oluşturulan yükleme protokolü uygulanarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar FEMA356'da öngörülen plastik mafsal tanımı ile karşılaştırılarak çubuk elemanların davranış modelleri oluşturulmuştur. Bu bölümde, örnek uzay kafes çatı sisteminin OpenSEES modeli, çubuk elemanlar için belirlenen davranış modelleri esas alınarak hazırlanmıştır. Çatı üzerinde meydana gelebilecek yük yığılmalarının (kar veya yağmuş suyu birikmesi) çatı taşıyıcı sistemi üzerine etkisini araştırmak amacıyla, çatı yüzeyinin tamamının, yarısının ve çeyreğinin yük etkisinde olması durumu geliştirilen analitik modellerde ayrı ayrı dikkate alınmıştır. Analitik modellerin doğrusal olmayan analizleri artan düşey yükler altında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca çubuk elemanlarda oluşabilecek olası başlangıç kusurunun sistem davranışına etkisini göz önüne almak üzere, farklı eğrilik sınır değerleri kullanılmıştır. Analiz sonuçlarından elde edilen yük-yerdeğiştirme grafikleri bu bölümde verilmiştir. Son bölümde çalışma kapsamında yapılan analiz sonuçları, çubuk eleman narinliklerinin, yük yığılmalarının, başlangıç kusurunun ve bulonların etkileri açısından değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmelerin sonucunda uzay kafes çatı sistemlerin tasarımında dikkate alınması önerilen hususlar belirtilmiştir.