BİLDİRİ DETAY

Hüseyin ŞENLİ, Fuad OKAY, Seval PINARBAŞI ÇUHADAROĞLU
I-ENKESİTLİ ÇELİK YAPI ELEMANLARI İÇİN PRATİK TASARIM FORMÜLLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ
 
Giriş: Günümüz teknolojisinde oldukça karışık yapıların analiz ve tasarımları gelişmiş bilgisayar programları kullanılarak yapılabilmektedir. Ancak, bilgisayar programlarıyla yapılan tasarımlarda, yapıdaki herhangi bir elemanın, kendisine etkiyen yükleri güvenli bir şekilde taşıyıp taşıyamadığına karar verebilmek için çoğu zaman programa yoğun ve detaylı bilgi girişi yapılması ve tüm yapının modellenmesi gerekmektedir. Bunun yanı sıra, herhangi bir çelik yapı elemanının bilgisayar programları kullanmaksızın tasarımının yapılması gerektiği durumlarda, yönetmeliklerdeki çoğu tasarım denkleminin uzun olup, akılda kalıcı olmaması, tasarım denklemlerindeki onlarca farklı enkesit özelliğinin profil tablolarından tek tek okunma gerekliliği, tasarım hesaplarının ve tablodan değer okuma işlemlerinin her enkesit değişimiyle tekrarlanması zorunluluğu, çoğu durumda enkesit belirleme sürecinin uzamasına sebep olmaktadır. Bu işlemleri kolaylaştıracak basit tasarım formüllerinin geliştirilmesi amacıyla başlatılan bu çalışmanın ilk aşamasında literatürde yapılan araştırmalar esnasında, Socrates A.I ve Ruddy J.L tarafından 2000 yılında yayınlanan “Rules of Thumb for Steel Design (Çelik Tasarım için Pratik Formüller)” isimli bir çalışmaya ulaşılmıştır. İlgili çalışmada, o dönemde Amerika’da yaygın olarak kullanılan geniş başlıklı I-enkesitli hadde profillerin temel enkesit özelliklerinin, eğilme momenti ve eksenel basınç kuvveti dayanımlarının az sayıda parametre ile yaklaşık olarak hesaplanmasını sağlayan pratik formüller geliştirildiği gözlemlenmiştir. Bu fikirden yola çıkılan bu çalışmada da, ülkemizde kullanılan I-enkesitli Avrupa hadde profilleri için benzer pratik tasarım formülleri geliştirilmiştir. Amaç: Bu çalışmada, çelik yapı elemanlarının ön tasarımında, gerekli hesaplamaları azaltan ve böylece karar vermeyi kolaylaştıran, sahada veya iş hayatında hem mühendisin hem de mimarın az sayıda veri kullanarak makul ve mantıklı çözümlere ulaşabilmesini sağlayan pratik tasarım formüllerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Kapsam: Bildiride ilk olarak ülkemizde yaygın şekilde kullanılan I-enkesitli Avrupa hadde profillerin (IPE, IPN, HEA, HEB, HEM) (i) enkesit alanlarının (A, mm2), (ii) kuvvetli eksende atalet momentlerinin (Ix, mm4) ve (iii) asal atalet yarıçaplarının (imax ve imin, mm), enkesitin sadece derinliği (d, mm), genişliği (b, mm) ve birim boy kütlesi (G, kg/m) kullanılarak hesaplanabilmesini sağlayan pratik formüller geliştirilmiştir. Ardından, belirtilen profillerin yanal burkulma tehlikesi olmayan bir kiriş olarak tasarlanması durumunda üç farklı çelik kalitesi (S235, S275 S355) için güvenle taşıyabilecekleri en büyük eğilme momenti (M, kNm) değerlerinin, sadece d ve G kullanılarak hesaplanabilmesini sağlayan, üç ayrı tasarım formülü türetilmiştir. Dayanım formülleri, uygulamayı kolaylaştırmak amacıyla, servis yükleri baz alınarak ve “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik (2016)”te belirtilen Güvenlik Katsayılarına göre Tasarım (GKT) yöntemi kullanılarak geliştirilmiştir. Sınırlılıklar: Çalışmada sunulan dayanım formülleri, GKT yöntemine göre uygun olarak çıkarıldığı için, Yük ve Dayanım Katsayılarına göre Tasarım yapılması durumunda, ilgili yük ve dayanım katsayıları dikkate alınarak kullanılmalıdır. Ayrıca, pratik formüllerin, S235, S275 veya S355 çeliklerinden üretilmiş I-enkesitli Avrupa hadde profilleri için geçerli olduğu unutulmamalıdır. Yöntem: Çalışmada ilk olarak, seçilen profillerin A ve Ix değerlerini, G ve d değerleri cinsinden ifade eden iki basit formül türetilmiştir. Ardından, aynı enkesitlerin imax değerleri d’nin doğrusal bir fonksiyonu olarak tanımlanmıştır. Benzer çalışma, imin ile b için de yapılmıştır. Pratik formüller elde edilirken, Socrates ve Ruddy (2000)’de sunulan formüllerin SI birim sisteminde tanımlanmamış olması nedeniyle, birim dönüşümleri yapılmış; bağımlı ve bağımsız değişkenler arasında doğrusal regresyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Tüm hesaplamalarda Microsoft Excel programı kullanılmıştır. Pratik formüllerden hesaplanan yaklaşık değerler, enkesitlerin gerçek değerleriyle karşılaştırılmış ve hata oranları belirlenmiştir. Daha sonra, profillerin M dayanımlarının, G ve d değerleri kullanılarak hesaplanabilmesini sağlayan formüller türetilmiştir. Moment dayanımları, yapısal çeliğin akma dayanımına bağlı olduğu için, üç farklı formül önerilmiştir. Formüllerden elde edilen dayanım değerleri, yönetmelik formüllerinden hesaplananlarla karşılaştırılarak hata oranları belirlenmiştir. Bulgular: Yapısal çeliğin birim hacim kütlesi sabit olduğundan, A ile G arasındaki ilişki doğrudan bulunabilmektedir. Ancak, akılda kalıcı olması açısından hesaplanan katsayı tamsayıya yuvarlanmıştır. Formülden hesaplanan değerler en çok % 0,73 güvenli tarafta kalmaktadır. Avrupa I-enkesitli profillerin Ix değerlerinin, Gd2’nin bir fonksiyonu olduğu ve bu fonksiyonun incelenen bütün enkesitler için tek bir formülle ifade edilebileceği görülmüştür. Formülden hesaplanan değerler, en çok % 10,6 güvensiz tarafta kalmaktadır. ix için çıkarılan formülün kullanılması durumunda hata oranlarının % 7’yi aşmadığı belirlenmiştir. Buna karşın, iy ile b arasındaki ilişki için incelenen tüm enkesitlerde kullanılabilecek tek bir formül oluşturmanın mümkün olmadığı anlaşılmıştır. Son olarak, önerilen moment formüllerinin eleman dayanımlarını en fazla % 8,4 güvensiz tarafta kalacak şekilde tahmin edebilmektedir. Sonuç: Çalışmada önerilen pratik tasarım formüllerinin hesabı için enkesitin yalnız üç özelliğinin (G, d ve b) bilinmesi yeterlidir. Formüller belli kabuller sonucu elde edildiği için, hesaplanan değerler yaklaşık değerlerdir ve hata payları mevcuttur. Formüllerin ön tasarımda makul enkesit seçimlerini sağlayacağı düşünülmektedir. Kesin tasarımda, gerekli tasarım kontrolleri gerçek enkesit değerleri kullanılarak yapılmalıdır.

Anahtar Kelimeler: Çelik yapı tasarımı, I-enkesitli hadde profiller, Pratik tasarım formülleri, Enkesit özellikleri, Moment dayanımı



 


Keywords: