| |
Giriþ: Günümüz teknolojisinde oldukça karýþýk yapýlarýn analiz ve tasarýmlarý geliþmiþ bilgisayar programlarý kullanýlarak yapýlabilmektedir. Ancak, bilgisayar programlarýyla yapýlan tasarýmlarda, yapýdaki herhangi bir elemanýn, kendisine etkiyen yükleri güvenli bir þekilde taþýyýp taþýyamadýðýna karar verebilmek için çoðu zaman programa yoðun ve detaylý bilgi giriþi yapýlmasý ve tüm yapýnýn modellenmesi gerekmektedir. Bunun yaný sýra, herhangi bir çelik yapý elemanýnýn bilgisayar programlarý kullanmaksýzýn tasarýmýnýn yapýlmasý gerektiði durumlarda, yönetmeliklerdeki çoðu tasarým denkleminin uzun olup, akýlda kalýcý olmamasý, tasarým denklemlerindeki onlarca farklý enkesit özelliðinin profil tablolarýndan tek tek okunma gerekliliði, tasarým hesaplarýnýn ve tablodan deðer okuma iþlemlerinin her enkesit deðiþimiyle tekrarlanmasý zorunluluðu, çoðu durumda enkesit belirleme sürecinin uzamasýna sebep olmaktadýr. Bu iþlemleri kolaylaþtýracak basit tasarým formüllerinin geliþtirilmesi amacýyla baþlatýlan bu çalýþmanýn ilk aþamasýnda literatürde yapýlan araþtýrmalar esnasýnda, Socrates A.I ve Ruddy J.L tarafýndan 2000 yýlýnda yayýnlanan “Rules of Thumb for Steel Design (Çelik Tasarým için Pratik Formüller)” isimli bir çalýþmaya ulaþýlmýþtýr. Ýlgili çalýþmada, o dönemde Amerika’da yaygýn olarak kullanýlan geniþ baþlýklý I-enkesitli hadde profillerin temel enkesit özelliklerinin, eðilme momenti ve eksenel basýnç kuvveti dayanýmlarýnýn az sayýda parametre ile yaklaþýk olarak hesaplanmasýný saðlayan pratik formüller geliþtirildiði gözlemlenmiþtir. Bu fikirden yola çýkýlan bu çalýþmada da, ülkemizde kullanýlan I-enkesitli Avrupa hadde profilleri için benzer pratik tasarým formülleri geliþtirilmiþtir. Amaç: Bu çalýþmada, çelik yapý elemanlarýnýn ön tasarýmýnda, gerekli hesaplamalarý azaltan ve böylece karar vermeyi kolaylaþtýran, sahada veya iþ hayatýnda hem mühendisin hem de mimarýn az sayýda veri kullanarak makul ve mantýklý çözümlere ulaþabilmesini saðlayan pratik tasarým formüllerinin geliþtirilmesi amaçlanmýþtýr. Kapsam: Bildiride ilk olarak ülkemizde yaygýn þekilde kullanýlan I-enkesitli Avrupa hadde profillerin (IPE, IPN, HEA, HEB, HEM) (i) enkesit alanlarýnýn (A, mm2), (ii) kuvvetli eksende atalet momentlerinin (Ix, mm4) ve (iii) asal atalet yarýçaplarýnýn (imax ve imin, mm), enkesitin sadece derinliði (d, mm), geniþliði (b, mm) ve birim boy kütlesi (G, kg/m) kullanýlarak hesaplanabilmesini saðlayan pratik formüller geliþtirilmiþtir. Ardýndan, belirtilen profillerin yanal burkulma tehlikesi olmayan bir kiriþ olarak tasarlanmasý durumunda üç farklý çelik kalitesi (S235, S275 S355) için güvenle taþýyabilecekleri en büyük eðilme momenti (M, kNm) deðerlerinin, sadece d ve G kullanýlarak hesaplanabilmesini saðlayan, üç ayrý tasarým formülü türetilmiþtir. Dayaným formülleri, uygulamayý kolaylaþtýrmak amacýyla, servis yükleri baz alýnarak ve “Çelik Yapýlarýn Tasarým, Hesap ve Yapým Esaslarýna Dair Yönetmelik (2016)”te belirtilen Güvenlik Katsayýlarýna göre Tasarým (GKT) yöntemi kullanýlarak geliþtirilmiþtir. Sýnýrlýlýklar: Çalýþmada sunulan dayaným formülleri, GKT yöntemine göre uygun olarak çýkarýldýðý için, Yük ve Dayaným Katsayýlarýna göre Tasarým yapýlmasý durumunda, ilgili yük ve dayaným katsayýlarý dikkate alýnarak kullanýlmalýdýr. Ayrýca, pratik formüllerin, S235, S275 veya S355 çeliklerinden üretilmiþ I-enkesitli Avrupa hadde profilleri için geçerli olduðu unutulmamalýdýr. Yöntem: Çalýþmada ilk olarak, seçilen profillerin A ve Ix deðerlerini, G ve d deðerleri cinsinden ifade eden iki basit formül türetilmiþtir. Ardýndan, ayný enkesitlerin imax deðerleri d’nin doðrusal bir fonksiyonu olarak tanýmlanmýþtýr. Benzer çalýþma, imin ile b için de yapýlmýþtýr. Pratik formüller elde edilirken, Socrates ve Ruddy (2000)’de sunulan formüllerin SI birim sisteminde tanýmlanmamýþ olmasý nedeniyle, birim dönüþümleri yapýlmýþ; baðýmlý ve baðýmsýz deðiþkenler arasýnda doðrusal regresyon analizleri gerçekleþtirilmiþtir. Tüm hesaplamalarda Microsoft Excel programý kullanýlmýþtýr. Pratik formüllerden hesaplanan yaklaþýk deðerler, enkesitlerin gerçek deðerleriyle karþýlaþtýrýlmýþ ve hata oranlarý belirlenmiþtir. Daha sonra, profillerin M dayanýmlarýnýn, G ve d deðerleri kullanýlarak hesaplanabilmesini saðlayan formüller türetilmiþtir. Moment dayanýmlarý, yapýsal çeliðin akma dayanýmýna baðlý olduðu için, üç farklý formül önerilmiþtir. Formüllerden elde edilen dayaným deðerleri, yönetmelik formüllerinden hesaplananlarla karþýlaþtýrýlarak hata oranlarý belirlenmiþtir. Bulgular: Yapýsal çeliðin birim hacim kütlesi sabit olduðundan, A ile G arasýndaki iliþki doðrudan bulunabilmektedir. Ancak, akýlda kalýcý olmasý açýsýndan hesaplanan katsayý tamsayýya yuvarlanmýþtýr. Formülden hesaplanan deðerler en çok % 0,73 güvenli tarafta kalmaktadýr. Avrupa I-enkesitli profillerin Ix deðerlerinin, Gd2’nin bir fonksiyonu olduðu ve bu fonksiyonun incelenen bütün enkesitler için tek bir formülle ifade edilebileceði görülmüþtür. Formülden hesaplanan deðerler, en çok % 10,6 güvensiz tarafta kalmaktadýr. ix için çýkarýlan formülün kullanýlmasý durumunda hata oranlarýnýn % 7’yi aþmadýðý belirlenmiþtir. Buna karþýn, iy ile b arasýndaki iliþki için incelenen tüm enkesitlerde kullanýlabilecek tek bir formül oluþturmanýn mümkün olmadýðý anlaþýlmýþtýr. Son olarak, önerilen moment formüllerinin eleman dayanýmlarýný en fazla % 8,4 güvensiz tarafta kalacak þekilde tahmin edebilmektedir. Sonuç: Çalýþmada önerilen pratik tasarým formüllerinin hesabý için enkesitin yalnýz üç özelliðinin (G, d ve b) bilinmesi yeterlidir. Formüller belli kabuller sonucu elde edildiði için, hesaplanan deðerler yaklaþýk deðerlerdir ve hata paylarý mevcuttur. Formüllerin ön tasarýmda makul enkesit seçimlerini saðlayacaðý düþünülmektedir. Kesin tasarýmda, gerekli tasarým kontrolleri gerçek enkesit deðerleri kullanýlarak yapýlmalýdýr.
Anahtar Kelimeler: Çelik yapý tasarýmý, I-enkesitli hadde profiller, Pratik tasarým formülleri, Enkesit özellikleri, Moment dayanýmý
|
