Depreme Dayanıklı Çelik Çerçevelerde Hasar Alan veya Almayan Yüksek Enerji Tüketen Moment Birleşimlerinin Geliştirilmesi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tez Danışmanı: Serkan Bekiroğlu
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Moment aktaran çelik çerçeve sistemler, yüksek süneklik kapasitelerinden dolayı sıkça kullanılmaktadır. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'ne (TBDY-2018) göre, moment aktaran kiriş-kolon birleşimlerinin en az %4 radyan göreli kat öteleme açısını sağladığı kanıtlanmış olmalıdır. TBDY-2018’de AISC 358-16’ya göre ön yeterliliği kanıtlanmış olan altı adet kiriş-kolon birleşim şekli sunulmaktadır. Ön yeterliliği kanıtlanmış olan bu birleşimler, kirişin kolona güçlü eksen bağlantısında uygulanmakta ve olası deprem sırasında kirişte hasar meydana gelecek şekilde tasarlanmaktadır. Tez kapsamında, sonlu eleman benzetim yöntemiyle üç adet kiriş-kolon birleşimi geliştirilmiş olup ikisi kirişin hasar almadığı birleşim, diğeri ise kirişin hasar aldığı zayıf eksen birleşimidir.
Birincisi, kirişe ve kolona bulonlarla bağlanabilen sürtünmeli ve elastomerli sismik birleşim aparatlı bir kiriş-kolon birleşimidir. Bu birleşimin tasarımında, aparat dâhil hiçbir parçada hasar meydana gelmemesi amaçlanmaktadır. Bu birleşimin aparatı, sürtünme elemanları, elastomerler, dış ve iç bağlantı levhaları, destek elemanları, ana bulon ve ilave bulon gibi unsurlardan meydana gelmektedir. Bu birleşimde aparatın hasar almaması amaçlansa da aparat gerekli durumlarda değiştirilebilir özelliktedir. Tez kapsamında, sürtünmeli ve elastomerli sismik birleşim aparatı sadece kiriş-kolon birleşiminde değil, dışmerkez çaprazlı çelik çerçevede bağ kirişi olarak da kullanılmaktadır. Bu sayede, çerçevenin bağ kirişi dâhil, hiçbir taşıyıcı unsurunda hasar meydana gelmemektedir.
İkincisi, kirişe ve kolona bulonlarla bağlanabilen burkulma levhalı sismik birleşim aparatlı kiriş-kolon birleşimidir. Bu birleşimde sadece aparattaki burkulma levhaları hasar almakta olup aparat hasar sonrası değiştirilebilir özelliktedir. Bu birleşimin aparatı, burkulma levhaları, kayma levhaları ve kayma bulonundan meydana gelmektedir.
Üçüncüsü, kirişin I-profil kolona rijitlik levhasız alın levhalı bulonlu olarak zayıf eksende bağlandığı bir kiriş-kolon birleşimidir. Alın levhası, kolon gövdesine paralel olarak I-profil kolon başlıklarının ucuna kaynaklanan kutu levhasına bağlanmaktadır. Ayrıca, ilave rijitliğe gerek duyulması halinde, kolon gövdesinde düşey levha kullanılabilmektedir. Bu birleşimin tasarımında, olası hasarın kirişte meydana gelmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca, kutu levhalı zayıf eksen birleşiminde I-profil kolonun farklı yönlerinde de kiriş bağlantısı olması durumları dikkate alınmıştır. Bu sayede, üç boyutlu bir çelik çerçevenin farklı düğüm noktası yapılandırmaları dikkate alınarak, kutu levhalı birleşimin iki eksenli yükleme altındaki davranışı da incelenmiştir.
Yapılan sonlu eleman analizleri sonucunda, geliştirilen kiriş-kolon birleşimlerinin yüksek enerji tüketme kapasitesine sahip olduğu ve kiriş kesitinin plastik moment kapasitesinden daha fazla moment aktarabildiği görülmüştür. Sürtünmeli ve elastomerli sismik birleşim aparatlı kiriş-kolon birleşiminin, alın levhalı bulonlu birleşimlere göre daha yüksek performans gösterdiği, burkulma levhalı sismik birleşim aparatlı kiriş-kolon birleşiminin ise, alın levhalı birleşimlerle benzer seviyede performansa sahip olduğu görülmüştür. Kutu levhalı zayıf eksen birleşiminin ise, güçlü eksen birleşimlerinin gösterdiği performansa ulaşabildiği görülmüştür. Bu çalışmada sonlu elemanlar benzetim yöntemiyle geliştirilen sismik birleşim aparatlı birleşimler, TBDY-2018’de önerilen moment aktaran birleşim örneklerinin sahip olması arzu edilen dayanım ve esnekliğe haiz olmasının yanı sıra, değiştirilebilme özelliği sayesinde yurt dışı patentli muadilleriyle rekabet edebilecek seviyededir. Ayrıca, geliştirilen zayıf eksen birleşiminin ise, TBDY-2018’de yer alabilecek seviyede performansa sahip olduğu görülmüştür.