1 ) ÇELİK YAPILAR HAKKINDA GENEL...

BAÜ MÜH. FAK. İNŞAAT MÜH. BL. ÇELİK YAPILAR-I DERS NOTLARI Yrd.Doç.Dr. Kaan TÜRKER 4.HAFTA (2017)

1

UYGULAMA

Bir çatı sistemine ait kafes kirişte, Yönetmeliklere göre gerekli tüm yüklemeler için statik analiz yapılmış ve

kesit tesirleri belirlenmiştir. Verilen kesit tesirlerinden yararlanarak, Kafes kirişin A elemanına ait normal

kuvvet için Gerekli dayanımı (Ru) belirleyiniz.

A

A A

60kN

75kN

- 35kN

A

A

A

-25kN

A

Sabit Yükler (G)

Kar Yükleri (S)

Soldan rüzgar (W)

A

Sağdan rüzgar (W)

Gerekli Kombinasyonlar Kombinasyon değerleri Gerekli

Dayanım (Ru) (kN)

1.4G 1.4*60

1.2G+1.6S 1.2*60+1.6*75

1.2G+0.5S 1.2*60+0.5*75

1.2G+1.6S+0.8W (W soldan) 1.2*60+1.6*75+0.8*(-35)

1.2G+1.6S+0.8W (W sağdan) 1.2*60+1.6*75+0.8*(-25)

1.2G+0.5S+1.6W (W soldan) 1.2*60+0.5*75+1.6*(-35)

1.2G+0.5S+1.6W (W sağdan) 1.2*60+0.5*75+1.6*(-25)

1.2G+0.2S 1.2*60+0.2*75

0.9G+1.6W (W soldan) 0.9*60+1.6*(-35)

0.9G+1.6W (W sağdan) 0.9*60+1.6*(-25) 14.0

Çelik yapıların tasarımı için gerekli kombinasyonlar (1) 1.4G (2a) 1.2G+ 1.6(Qr veya S veya R) (2b) 1.2G+ 1.6Q + 0.5(Qr veya S veya R) (3) 1.2G+ 1.6(Qr veya S veya R) + (Q veya 0.8W) (4) 1.2G+ 1.0Q+ 0.5(Qr veya S veya R) + 1.6W (5) 1.2G+ 1.0Q+ 0.2S+ 1.0E (6) 0.9G+ 1.6W (7) 0.9G+ 1.0E

Sonuç olarak A elemanının tasarımında kullanılacak olan gerekli Normal kuvvet dayanımı : Ru =

60kN

60kN 60kN

60kN

75kN

-35kN

-25kN

A

A

A

A

A

A

A

A


2

2. ÇELİK YAPILARDA BİRLEŞİM ARAÇLARI

Çelik yapılarda kullanılan hadde ürünleri için, aşağıdaki sebeplerle birleşimler yapılması gerekmektedir. Bu aşamada bulon (cıvata), kaynak ve perçin olarak isimlendirilen çelik birleşim araçları kullanılmaktadır.

Farklı taşıyıcı elemanların (kolon-kolon, kolon-kiriş, diyagonal-kolon, kiriş-kiriş, alt

başlık-üst başlık, dikme-alt başlık vb.) birbirine bağlanması

Eleman boyunun uzatılması

Eleman en kesitinin arttırılması

Çelik yapılarda üç farklı birleşim aracı bulunmaktadır.

Kolon kiriş birleşimi Kolon-temel birleşimleri Kolon-ekleri

Kolon-kiriş birleşimi Kolon-kiriş-çapraz birleşimi Enkesit büyütme (Petek kiriş)

Enkesit büyütme (Çok parçalı kolon)

Kolon-kiriş çapraz birleşimi-kolon eki


3

Bunlar Bulon (Civata), Kaynak ve Perçindir. Bulon ve kaynak yaygın kullanılan birleşim araçlarıdır. Perçin ise montaj işçiliğinin çok zor olması nedeniyle günümüzde kullanılmamakta, bu birleşim aracı ile daha çok eski yapılarda karşılaşılmaktadır.

Çelik elemanların birleşiminde çözüm isteyen üç problem mevcuttur. Bunlar: 1) Kullanılabilecek birleşim aracının özellikleri (Bulon çapı veya kaynak kalınlığı)

Birleştirilen elemanların kalınlığına bağlı olarak belirlenir.

2) Gerekli birleşim aracının miktarı (Bulon sayısı veya kaynak alanı)

Birleştirilen elemanlardaki gerekli dayanıma (Ru) ve birleşim araçlarının karakteristik

dayanımlarına (Rn) bağlı olarak belirlenir.

3) Birleşim araçlarının birleşim yerinde düzenlenmesi ve detay resminin çizilmesi

Yönetmelikte belirtilen konstrüktif kurallara göre düzenleme yapılır.

Faklı birleşim araçlarının birlikte kullanımı

Bulon ve kaynakların aynı kuvveti veya bir kuvvetin aynı bileşenini birlikte aktaracak

şekilde boyutlandırılmasına izin verilmez.

Perçin Kaynak

Bulon (Civata)


4

2.1 Bulonlu birleşimler

Bulon, gövde, bulon başı, pul (rondela) ve somun bileşenlerinden oluşan çelik birleşim aracıdır. Bulon çelik sınıfları yapıldıkları çelik kalitesine göre aşağıdaki şekilde gösterilirler.

Bulon sınıfı : 4.6

Kopma mukavemeti : 4*100=400 N/mm2 ve

Akma mukavemeti: 0.6*400=240 N/mm2 olan çeliği ifade etmektedir.

Bulonların mukavemet özellikleri; Fyb karakteristik akma dayanımı ve Fub karakteristik çekme

(kopma) dayanımı olmak üzere aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Bulon sınıfları ve mukavemet özellikleri (Mpa)

Bulonlar mukavemet değerlerine bağlı olarak ikiye ayrılmaktadır.

1) Normal Bulonlar (4.6, 4.8 , 5.6, 5.8, 6.8 sınıfları )

2) Yüksek Mukavemetli Bulonlar (8.8 ve 10.9 sınıfları)

somunPul (rondela

Bulon başı

dişli gövde

BULON


5

Bulon geometrik özellikleri iki farklı sistem ile üretilmektedir. Bunlar Metrik sistem ve Withworth (inç) sistemleridir. Yaygın olarak kullanılan Metrik sistemdir. Bu sistemde M harfi yanında bulon gövde çapı (d) mm biriminde belirtilir. (M16, M20 gibi.)

Bulon geometrik özelliklerini içeren

bir katalog örneği

Bulonların uygulama koşulları ve konstrüktif kurallar

Bulonlar için kullanılacak maksimum delik boyutları ve ara/kenar mesafeler aşağıda verilmiştir.

Bulonlar için delik boyutları (dh) (mm)

Dairesel deliklerin kenara olan minimum uzaklıklar (mm)

Bulonların diğer boyutları da (çapı, baş kalınlığı, somun kalınlığı, dişli gövde uzunluğu, pul özellikleri vb.) ilgili standartlara göre üretilmektedir. Aynı çap için farklı uzunlukta bulonlar üretilir, birleştirilen elemanların kalınlıkları toplamına uygun bir bulon uzunluğu seçilir.

Standart dairesel delik

Büyük dairesel delik

Kısa oval delik

Uzun oval delik

Standart dairesel delik

Büyük dairesel delik

Kısa oval delik

Uzun oval delik

s ≥ 3*d

s ≥ 3*d

≤ 12*t ≤ 150mm

t : Eleman kalınlığı ( ince eleman esas alınır)

Bulonlar proje ve hesap raporlarında, M20 - 8.8 , M24 – 5.6 şeklinde ifade edilirler.


6

Bulonlar, birleşimin özelliklerine bağlı olarak çeşitli şekillerde yük aktarımı sağlarlar. Bu

bağlamda birleşimler genel olarak

Ezilme ekili birleşimler,

Eksenel çekme etkili birleşimler

Sürtünme etkili (kayma kontrollü) birleşimler

olmak üzere üç gruba ayrılabilmektedir. Bazı birleşimlerde bu genel hallerin çeşitli

kombinasyonları da oluşabilmektedir. Örneğin bir birleşimde ezilme ve eksenel çekme etkileri

birlikte oluşabilmektedir.

EZİLME ETKİLİ BİRLEŞİMLER : Bulon gövdesinin kesme dayanımı ve delik çevresinin

ezilme dayanımı ile kuvvet aktaran birleşimlerdir.

Bu birleşimlerde normal bulonlar veya yüksek mukavemetli bulonlar kullanılabilir.

Bu birleşimlerde büyük dairesel delik kullanılamaz.

Oval delikler ise oval doğrultu yük doğrultusuna dik olacak şekilde kullanılabilir.

ezilme

ezilme

kesme N

N

N

N

Ezilme

Ezilme etkili bulon birleşimleri

N N

Ezilme etkili birleşimlerde oval delik konumu


7

Bu birleşimlerde dayanım bakımından iki sınır durum bulunmaktadır. a) Bulon gövdesinin kayma düzleminden kesilmesi sınır durumu: Birleştirilen

elemanların sayısı iki ise bulon iki elemanın ara kesitinden kesilir.

Birleştirilen elemanların sayısı üç ise bulon iki ayrı kayma düzleminden

Bu limit durumunda bulon enkesit alanındaki (Ab) kayma gerilemeleri etkili olur.

Buna dayanarak bir bulonun karakteristik kesme dayanımı (Rnv1) aşağıdaki ifade ile

belirlenir.

Rnv1 = Fnv * nsp * Ab

Fnv : Bulonun karakteristik kayma gerilmesi dayanımı (Yönetmelikten alınır)

nsp : Kayma düzlemi sayısı (iki eleman birleşiminde 1, üç eleman birleşiminde 2 alınır)

Ab : Diş açılmamış bulon gövdesi enkesit alanı (Ab = * d2 / 4) [d bulon çapı]

N N

Tek kesitten kırılma (kesilme) Kayma gerilmeleri

İki kesitten kesilmeye zorlanan bulonlardaki deformasyon

İki kesitten kesilen bulonlar

Kesilen bulonlar

iki kesitten kırılma (kesilme)

N/2

N/2

N

Kayma gerilmeleri


8

Birleşimin karakteristik dayanımı : Rnv = Rnv1 * bulon sayısı

Birleşimin tasarım dayanımı = * Rnv ( = 0.75 alınır)

b) Bulon deliğinin ezilmesi sınır durumu: Bulonların konumuna göre ya delik çevresinin ezilerek ovalleşmesi gözlenir ya da birleştirilen eleman yırtılır.

Bu limit durumunda, delik çevresindeki basınç gerilmeleri (elemanda) veya delik ile eleman

kenarı arasındaki bölgede kayma gerilmeleri (elemanda) etkili olur.

Buna dayanarak bir bulonun karakteristik ezilme dayanımı (Rnu1) aşağıdaki ifadeler ile

belirlenir.

Delik ovalleşmesi için (Üst limit):

Rnu1 = 2.4 * d * t * Fu

Delik ovalleşmesi Delik Yırtılması Bulonlardaki deformasyon

Bulonların karakteristik dayanımları

Dişli kısmın konumu

Kayma düzlemi içinde

Kayma düzlemi dışında

kayma düzlemi


9

Fu : Bağlanan elemanın karakteristik çekme dayanımı (Yönetmelikten alınır)

d: Bulon gövde çapı

t : Eleman kalınlığı

Delik yırtılması için :

Rnu1 = 1.2 * lc * t * Fu

lc : Delik kenarı ile eleman kenarı arasındaki net uzaklık veya iki delik kenarı arasındaki

uzaklık (İki delik arası yırtılma da kontrol edilir)

İki duruma ait dayanımdan küçük olan seçilir. Farklı konumlardaki her bir bulon için bu işlem ayrı ayrı uygulanır ve birleşimin dayanımı için tümü toplanır.

Birleşimin karakteristik dayanımı : Rnu = Rnu1

Birleşimin tasarım dayanımı = * Rnu ( = 0.75 alınır)

Birleşimde uzun oval deliklere, delik uzun doğrultusuna dik kuvvet etkimesi halinde aşağıdaki bağıntılar kullanılır. Delik ovalleşmesi için : Rnu1 = 2,0 * d * t *Fu

Delik yırtılması için: Rnu1 = 1,0 * lc * t * Fu

Çelik yapı elemanları için karakteristik dayanım değerleri

lc

lc

lc


10

UYGULAMA

Aşağıda detayları verilen bulonlu birleşim sabit yükler (G) altında 40 kN, haraketli yükler

(Q) altında 65 kN yüke maruz kalmaktadır. Bulon için gerekli kontrolleri yapınız.

Verilenler: Profiller ve düğüm levhası malzemesi: S235 Bulonlar: M20-5.6, Standart dairesel delik kullanılmıştır, bulon dişli bölgesi kayma düzlemi dışındadır.

ÇÖZÜM

Verilen birleşim ezilme etkili birleşimdir.

Bulonlarda kesilme ve delik çevresinde ezilme / yırtılma sınır durumlarına göre kontrol

yapılması gerekmektedir.

Bulonların yerleşimi ile ilgili kenar ve ara mesafeler kontrol edilmelidir.

Bir bulonun karakteristik kesme dayanımı : Rnv1=Fnv * nsp * Ab

Fnv : Bulonun karakteristik kayma gerilmesi dayanımı = 225 Mpa (Tablodan)

nsp : Kayma düzlemi sayısı = 1

Ab : Diş açılmamış bulon gövdesi enkesit alanı

Ab = * d2 / 4 = *202 / 4 = 314.16 mm2

Rnv1 = 225 *1*314.16 =70686 N = 70.68 kN

Birleşimim karakteristik kesme dayanımı:

Rnv = 3*70,68 = 212.04 kN

A

A

P

t=12

3 M20

50

50

L100.100.10

40

80 40

Düğüm Levhası

A-A Kesiti

M20

50

12 A

A Ön görünüş

80


11

Bir bulonun karakteristik ezilme dayanımı (Rnu1)

Delik ovalleşmesi için (Üst limit): Rnu1 = 2.4*d*t*Fu

Fu : Bağlanan elemanın karakteristik çekme dayanımı = 360 Mpa (Tablodan)

d: Bulon gövde çapı = 20mm

t : Eleman kalınlığı = 10mm (ince levha ezilir)

Rnu1 = 2.4*20*10*360 =172800N = 172.8 kN

Delik yırtılması için : Rnu1 = 1.2*lc*t*Fu

a bulonu için: Rnu1 =1.2*29*10*360 =125280N = 125.28N < 172.8 kN (Yırtılma gerçekleşir)

b ve c bulonu için: Rnu1 =1.2*58*10*360 =250560N =250.56 kN > 172.8 kN (Ezilme gerçekleşir)

a bulonu için delik yırtılması, b ve c bulonları için delik ezilmesi esas alınarak birleşimin

karakteristik ezilme dayanımı;

Delik çapı dh : 22mm (M20 için)

Rnu = 125.28+172.8+172.8= 470.88 kN

Birleşimim karakteristik kesme dayanımı < Birleşimin karakteristik ezilme dayanımı

Rnv = 212.04 kN < Rnu = 470.88 kN olduğundan

Birleşiminin tasarımında kesme dayanımına ait sınır durum etkili olmuştur.

Birleşimin tasarım dayanımı = * Rnv = 0.75*212.04=159.03 kN

Yük ve Dayanım Katsayıları Yöntemine (YDKY) göre tasarım dayanımı kontrol edilirse;

Gerekli dayanım : Ru = 1.2*G +1.6*Q = 1.2*40+1.6*65 = 152 kN

A

A t=12

40

80 40

Düğüm Levhası

80

Delik ovalleşmesi

A

A t=12

lc1

40

80 40

Düğüm Levhası

80

a b c

lc2 lc2

lc1= 40-22/2=29mm

lc2= 80-22=58mm

Delik

yırtılması


12

Tasarım dayanımı = 159.03 kN > Gerekli dayanım = 152 kN olduğundan bulon tasarımı

uygundur. 152/159.02 = 0.96 < 1.0 olduğundan kapasitenin büyük kısmı kullanılmıştır.

Bulon yerleşimlerinin kontrolü

Bu aşamada kullanılan profilde delik çapı ile ilgili bir sınırlama mevcut ise kontrol edilmelidir. L profillerde delik çapı ve konumu için sınırlama vardır. L 100.100.10 için profil tablosundan; Kullanılabilecek bulon M27 , delik konumu (emin = 50mm, emax = 53mm)

Kullanılan bulon M20 < M27 uygundur Delik konumu kontrolü: s1 = 50mm = emin = 50mm uygundur.

A

A t=12

s1

40

80 40

Düğüm Levhası

80

min. s1 = 40mm > 26 mm maks. s1 = 50mm < 150mm ve 12*t= 12*10=120mm

s s s1 s1

s1

s= 80 mm > 3*d = 3*20 =60mm uygundur.

1 ) ÇELİK YAPILAR HAKKINDA GENEL...

Documents

Transcript of 1 ) ÇELİK YAPILAR HAKKINDA GENEL...