baĞlantilarin katilik deĞerlerİnİn yapilara olan … · raf sistemleri ele alınarak bu...

KAYNAK KONGRESİ 11. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ BİLDİRİLER KİTABI

237

BAĞLANTILARIN KATILIK DEĞERLERİNİN YAPILARA OLAN

SİSTEMSEL ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Ahmet ATAK*, Aydın ŞIK

1, Sibel VELİOĞLU

2

*, 1: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Endüstri Ürünleri Tasarımı Bölümü

2: Türk Havacılık Uzay Sanayii AŞ, Yapısal Mühendislik Müdürlüğü

*:[email protected], 1:[email protected], 2:[email protected]

ÖZET

Yapısal sistemler kendi içlerinde alt sistem ve elemanlardan oluşurlar. Alt sistemler ve bu sistemlerin

ana sisteme montaj ve entegrasyonunda bağlantı elemanlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Çünkü ana

sistem, alt sistem ile montaj ve entegrasyonu tamamlandığı zaman fonksiyonel görevlerini yerine

getirebilir. Yapıların sistemsel statik dayanım ve dinamik davranışları, yük taşıyıcı malzeme ve statik

kesit özellikleri kadar bağlantıların dayanımı ve katılık özellikleri de önemli derecede etki etmektedir.

Bağlantı elemanlarının katılığının etkisi, kesit ölçülerinin sistem ölçülerine göre çok düşük olduğu;

ince yapısal sistemlerde etkisi daha yüksektir. Çelik yapı, iskele ve raf yapıları gibi ince yapısal

sistemlerde de bağlantı elemanları kullanılarak montaj ve entegrasyon sağlanmaktadır. Dolayısıyla

köşe bağlantıları ve sabitleme elemanlarının dayanımı ve stabilizasyonu tüm sisteme etki etmektedir.

Ancak sistemsel yapı hesaplamaları yapılırken, emniyetli tarafta kalarak, yapılar katı (rigit) veya

dönebilen mafsal yaklaşımıyla modellenmektedir. Bağlantılar dönebilen mafsal olarak

modellendiğinde daha büyük kesitler gerekmekte ve sistemin kinematik hale gelip çökmemesi için de

destek elemanları eklenmektedir. Bu yaklaşımla çok fazla bağlantı elemanı gerektiren yapılarda

yapının ağırlığının çok fazla artması ve dolayısı ile maliyetin artmasıyla sonuçlanmaktadır. Diğer

tarafta katı yaklaşımı ile sistem modellendiğinde bağlantı yerleri gereksiz olarak aşırı emniyetli ve

sistemin elastikiyeti oldukça az olduğundan ani aşırı yüklenmeler sonucunda birden çökme kazaları

meydana gelerek can kaybına yol açabilmektedir. Bu nedenle, başta ince yapılarda olmak üzere,

bağlantı elemanları gerçek katılık değerleri ile modellenmesi ve ön görülen yükler altında testlerle

doğrulanması gerekmektedir. Bu araştırmanın amacı ince yapı bağlantı elemanlarını gerçekçi

modelleyerek yapısal sistem tasarım yaklaşımını irdelemek ve bu konuda duyarlılık oluşturmaktır. Bu

modelleme yöntemi ile hem maliyetin azaltılması hem de yanlış modellemeden kaynaklı olası

kazaların önlenmesi hedeflenmektedir.

Anahtar Kelimeler: Bağlantı elemanları, bağlantı katılık değeri, iskele ve raf yapıları

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


238

ABSTRACT

Structural systems are composed of their subsystems and elements. Connection parts are required

through subsystems and their assembly and integration to the main system. The reason of that main

system can be functional when it’s assembly and integration is completed with subsystem. The load

carrier material and static cross-sectional properties, as well as the strength and stiffness properties

of the connections, have a significant effect on the structures systematic static strength and dynamic

behavior.

The effect of the rigidity of the fasteners is very low in thin structural systems where cross-sectional

dimensions are very low compared to system dimensions. Assembly and integration are ensured with

the connection parts at the systems such as steel structure, scaffolder and shelf structure. Therefore,

corner joints and fixing parts strength and stabilization effects whole system. However, while systemic

structure calculations are made, the structures are modeled with rigid or rotatable hinges approach

to remain on the safe side. Larger cross-sections are required when the connections are modeled as

rotatable hinges and support elements are added to prevent the system to be kinematic and collapsed.

With this approach, in structures that require a lots of fasteners, the weight of the structure increases

too much and thus the cost increases. On the other hand, when the system is modeled with an infinite

rigid approach, since the joints are unnecessarily over-secure and the elasticity of the system is very

low, sudden crashes may result in collapse accidents resulting in loss of life. For this reason,

fasteners, especially in thin structures, need to be modeled with real stiffness values and verified by

tests under prescribed loads. The aim of this research is to examine the structural system design

approach by realistic modeling of thin structure fasteners and to create sensitivity on this subject.

With this modeling method, it is aimed to both reduce the cost and prevent possible accidents caused

by wrong modeling.

Keywords: Connections, connection stiffness values, scaffolder and shelf structures


239

1. GİRİŞ

Ülkemizdeki tüm iş kazalarının yüzde 12'si, ölümle sonuçlanan iş kazalarının ise yüzde 34'ü

yapı iş yerlerinde meydana gelmektedir. İnşaat işlerindeki kazaların yüzde 38'i yüksekten

düşmeden, yüksekten düşmelerin yüzde 25'i ise cephe iskelelerinde yaşanmaktadır. Bu

durum bize iskele güvenliğinin önemini göstermektedir. Bu yüzden iskeleler gibi sistemlerin

tasarımında bağlantı elemanları yapının güvenliğini sağlamak açısından büyük önem arz

etmektedir. Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı tarafından Güvenli İskele Projesi

kapsamında yayınlanan İş Sağlığı ve Güvenliği Açısından Cephe İskeleleri isimli çalışmada

iş güvenliği açısından konu ele alınarak istatistiki açıdan yaşanan kaza sayıları detaylı olarak

verilmiş ve konunun önemi iş sağlığı açısından vurgulanmıştır [1]. Bu çalışmada teorik

olarak tasarlanan çerçeve, raf ve iskele sisteminde sistem bütünlüğünü koruyacak şekilde

bağlantı elemanlarının seçimindeki önemli kriterler üzerinde durulacaktır. Kavramsal tasarım

aşamasında yapıların bağlantılarının serbestlik derecesi, sabitleme noktalarının belirlenmesi

gibi konularda takip edilecek metottan bahsedilecektir. Bağlantı elemanlarının ne olması

gerektiği oluşturulan metot ile elde edilen bilgiler ışığında seçilebilir.

Bir sistemde meydana gelen yapısal tepkiler doğrudan sistemde meydana gelen yer

değiştirmeler, iç kuvvetler ve sisteme harici olarak uygulanan yükün tipi ve büyüklüğü ile

ilgilidir. Bir yapı yapısal bütünlüğünü sağlaması için aşağıdaki 4 adımı sağlamalıdır;

1) Yapının doğru bir şekilde karakterize edilmesi,

2) Yapının doğru bir şekilde sınıflandırılması,

3) Yapının uygun bir şekilde modellenmesi,

4) Yapının idealize edilmesi.

Yapının uygun bir biçimde karakterize edilebilmesi için kullanılacak malzeme türü ne olursa

olsun yapısal bütünlük bozulmayacak biçimde tüm sistem ve alt sistem elemanları kullanım

amacına uygun olacak biçimde seçilmelidir.

Yapının doğru bir şekilde sınıflandırılabilmesi ise sistemin katılığı, dayanımı ve sünekliği ile

ilgili bir durumdur. EUROCODE3’te yapıların nasıl sınıflandırılması gerektiği üzerinde

durulmuştur [2]. Yapının kullanım amacına uygun olacak biçimde sistemin katılığı: katı,

yarı-katı veya pimli bağlantı olacak şekilde belirlenir. İnşaat iskelesi gibi yapılarda sistemin

katı olarak sınıflandırılması ani yükleme durumlarında sistemde ani çökmelere neden

olduğundan yarı-katı olarak sistem tasarımı gerçekleşir. Ancak uydu gibi yapılarda sistem

üzerinde bulunan hassas elektronik elemanların fonksiyonel özelliklerinin yapısal

titreşimlerden etkilenmemesi için yüksek katılık gerekmektedir.

Şekil 1’de yer alan M(moment)-φ(açısal dönme) grafikleri bir sistemin çökmeden çalışır

durumda olması için tanımlanacak olan katılık, dayanım ve süneklik aralığının sınırlarını

göstermektedir.


240

Şeğkil-1: Yapısal Bir Sistemin Sınıflandırılması

Sistemin karakterizasyonu ve sınıflandırması yapıldıktan sonra bağlantı elemanları amaca

uygun olacak biçimde tanımlanarak sistemin tam modellemesi sağlanmalıdır. Bu kapsamda

ne tip bağlantı elemanı kullanılacağı, sistem için tanımlanan serbestlik dereceleri göz önünde

bulundurularak seçilmelidir. Son olarak ise sistemin idealizasyonu yapılarak sistemin

gerçeğe en yakın biçimde modellenmesi sağlanmalıdır [2].

Şekil-2: Yapısal Bir Sistemin İdealizasyonu

Bir bağlantı elemanının doğru modellenmesi yapının mekanik davranışını doğru tespit

edebilmek açısından çok önemlidir. Yapıların modellenmesinde kullanılacak bağlantı tipleri

katılık ve dayanım değerleri göz önünde bulundurularak Tablo1’deki gibi özetlenmiştir [2].

Tablo-1: Yapıların Sınıflandırmasına Göre Modellemede Kullanılacak Bağlantı Tipleri

KATILIK DAYANIM

Tam Dayanım Kısmi Dayanım Pimli

Katı Sürekli* Yarı-Sürekli** -

Yarı-Katı Yarı-Sürekli Yarı-Sürekli -

Pimli - - Kolay***

*Eksenel ve dönme serbestlikleri kısıtlı ** Eksenel ve dönme serbestlikleri kısmen kısıtlı *** Belirlenen yönlerde dönme serbestlikleri açık


241

Tablo-2: Bağlantı Tiplerine Göre Analiz Tiplerinin Sınıflandırılması

BAĞLANTI MODELİ ANALİZ TİPİ

Elastik Analiz Katı-Plastik Analiz Elastik-Plastik Analiz

Sürekli Katı Tam-Dayanım Katı/Tam Dayanım

Yarı-Sürekli Yarı-Katı Kısmi-Dayanım

Katı/Kısmi Dayanım

Yarı-Katı/Tam Dayanım

Yarı-Katı/Kısmi Dayanım

Kolay Pimli Pimli Pimli

Tablo 2’ye göre iskelet bir yapının elastik analizi için sadece katılık değerini kontrol etmek

yeterlidir. Katı-plastik analiz için bir bağlantının dayanımı ve dönme kapasitesi kontrol

edilmelidir. Diğer tüm durumlar için katılık ve dayanım parametreleri bağlantı modeline

dahil edilmelidir [3]. Kullanılan bağlantı tiplerine göre Şekil 3’te yer alan Moment-Dönme

grafikleri elde edilerek sistemde kullanılacak elemanlar seçilmelidir.

Şekil-3: Katılık Değerlerine Göre Sistem Yüklerinin Belirlenmesi

Eğer plastik bölge için tasarlanmış bir bağlantı elemanının katılığı biliniyor ise elastik

analizde bu değer kullanılarak plastik bölgedeki sistemin davranışı incelenebilir. Bu şekilde

daha gerçeğe yakın değerler elde edilmiş olur [2].


242

Şekil-4: Plastik bölgedeki yapının davranışının tespit edilmesi için elastik analiz tipinde kullanılacak

katılık değerinin tespit edilmesi

(Sj,ini: Elastik bölge katılık değeri, Sj,sec: Plastik bölge katılık değeri)

(Mj,ini: Elastik bölge için belirlenen moment değeri, Mj,sec: Plastik bölge için belirlenen katılık değeri)

Iuliana PISCAN ve arkadaşları çalışmalarında cıvataların modellenmesi için değişken katılık

değerleri altında sistemdeki kuvvet-katılık değişimini incelemişler ve doğrusal bir modelde

doğrusal olmayan sonuçlar elde etmeyi başarmışlardır. Cıvataların üzerine uygulanan

kuvvetin belirli bir stiffness değerinden sonra değişmediği sonucunu elde etmişlerdir. Bu da

plastik bölgede tasarım yapmayı sağlayacak bir modellemenin elastik analiz sonucu ile elde

edilebildiğini göstermektedir [3].

J. MAREŠ ve arkadaşları sandviç paneller üzerine gerçekleştirdikleri bir çalışmada elastik

bölgede yapılan analiz sonuçlarına göre elde edilen katılık eğrisi ile test sonuçlarını

karşılaştırdılar. Sonuç olarak elastik bölgede elde edilen tahmini katılık değerinin test

sonuçlarına göre plastik bölgede çok daha yüksek kaldığını gördüler. Bu çalışmada elastik

bölgeye göre yapılan analizlerin sonuçlarına göre tasarlanan ürünlerin emniyet faktörünün

çok yüksek olduğunu göstermektedir [4].

Jerome Montgomery çalışmasında cıvata modellemesi için RBE2, beam ve solid elemanlar

kullanarak elde ettiği yer değiştirme sonuçlarının birbirine yakın olduğunu görmüştür.

Çalışma beam elemanlar için uygun katılık değerleri kullanılmasının doğru sonuçlar

vereceğini göstermektedir [5].

M.E. Kartal ve arkadaşları çalışmalarında katı, yarı-katı ve pimli sistemler üzerine detaylı bir

çalışma yaparak yarı-katı bağlantı modellemesinin yapılardaki önemini vurgulamışlardır [6].

Marcela N. Kataoka ve arkadaşları beton yapılar üzerine yaptıkları çalışmalarında sistemin

sadece katılık değerinin kontrol edilmesinin yapının güvenliği açısından yeterli olmadığını,

yapısal bütünlük için başka parametrelerinde kontrol edilmesi gerektiğini vurgulamışlardır

[7].

Türk Standartları Enstitüsü’nün tasarlanan iskele yapı ve sistemleri için yayınlanmış

standartları bulunmaktadır. Bunlardan TS EN 12810-1 ön yapımlı bileşenlerden oluşan

cephe iskelelerinin mamul özelliklerinden bahsederken TS EN 12810-2 ise özel yapısal

tasarım metotlarından bahsetmektedir. Ayrıca TS EN 12811-1 performans gerekleri ve genel

tasarım kriterlerinden, TS EN 12811-2 malzeme bilgilerinden ve TS EN 12811-3 yükleme

deneylerinden bahsetmektedir. Tasarlanan iskelelerin kavramsal tasarım aşamasından üretim

ve test faaliyetlerine kadar tüm aşamalarında TSE tarafından belirtilen gereklilikler göz

önünde bulundurulmalıdır [8].


243

Ayrıca yüksek yapılarda tasarım aşamasında rüzgâr yüklerinin de yapıya olan etkisi hem

statik hem dinamik olarak sistem dayanımı açısından kontrol edilmelidir. Bunun ile ilgili

olarak Eurocode3 temel alınarak E. Şafak yaptığı bir çalışmada rüzgâr hızını ve basıncını

numerik olarak modellemiş ve binalara etkiyen rüzgâr yüklerini hesaplamıştır [9]. Ayrıca

yapılara etki eden karakteristik yükler (kalıcı yükler, hareketli yükler, kar, buz ve rüzgâr

yükleri) TS498-1997 ve TS ISO 9194-1997 standartlarında belirtilmiştir. 2007 Deprem

yönetmeliğinde ise deprem yüklerinden bahsedilmektedir. S. Güvensoy tarafından

yayınlanan “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları” konulu seminer notları

detaylı olarak yapıların tasarımında göz önünde bulundurulması gereken yüklerin hesaplama

yöntemlerinden bahsetmektedir [10].

2. METODOLOJİ

Bu çalışmada bağlantı elemanlarının modellenmesi ile ilgili olarak çerçeve yapılar, iskelet ve

raf sistemleri ele alınarak bu yapıların mekanik davranışı incelenmiştir. Bu kapsamda her bir

model için aşağıdaki sistem parametreleri kontrol edilmiştir;

Tablo-3: Tasarlanan mekanik sistemler için incelenen parametreler

Mekanik Sistem İncelenen Parametreler

Çerçeve Yapı Moment Vektörleri

İskele Yapı Kuvvet/Deplasman Eğrileri

Raf Yapı Kuvvet/Deplasman Eğrileri Moment/Dönme Grafikleri

Dönme/Katılık Grafikleri

2.1. Çerçeve Yapı İçin Sistem Tasarımı ve Analiz Sonuçları

Çerçeve yapı için belirlenen sistemin boyutları ve kesit ölçüleri Şekil 3’te verilmiştir. Yapı

sonlu elemanlar analiz programı kullanılarak modellenmiş ve sistem üzerinde yayılı moment

ve kuvvetlerin elde edilebilmesi için toplamda 130 adet 1 boyutlu CBEAM eleman

kullanılmıştır. Malzeme olarak AL7050 kullanılmıştır. Sistemin elastisitesi 71700 MPa,

poisson oranı 0,33 ve yoğunluğu 2,83e-06 kg/mm3 olarak alınmıştır.


244

(a)

(b)

Şekil-3: Çerçeve Yapılara Örnek Durum Modeli

a) Oluşturulan çerçeve yapının geometrik ölçüleri b) Kullanılan elemanların kesit ölçüleri

Çerçeve yapının modellenmesinde Şekil 4’te yer alan toplam 6 adet konfigürasyon

kullanılmıştır. Çerçeve ayaklarındaki serbestlik dereceleri Nod1 ve Nod2’ye, yukarıda

bulunan bağlantılardaki serbestlik dereceleri ise Nod3 ve Nod4’e tanımlanmıştır. Nod1 ve

Nod2’de serbestlik derecesi Tek Nokta Kısıtı ile tanımlanmıştır. Ayrıca Nod3’e z yönünde

tek nokta kısıtı verilmiştir. Her bir konfigürasyon için yapıya 1000N kuvvet (F) Şekil 4’te

gösterilen yönlerde kullanılmıştır. Nod3 ve Nod4 bağlantısı için elemanların 6 yönde katılık

değerlerini sağlamaya imkan vermesi ve birbirine göre göreceli hareketini görebilmek için

CBUSH elemanlar kullanılmıştır.

Şekil-4: Çerçeve Yapının Modellenmesinde Kullanılan Farklı Konfigürasyon Tipleri


245

Tablo 4’te her bir konfigürasyon tipi için belirlenen bağlantı serbestlik dereceleri

tanımlanmıştır.

Tablo-4: Çerçeve Yapıda Kullanılan Bağlantı Serbestlik Dereceleri

Şekil 5’de ise sonlu elemanlar modelinde kullanılan global eksen takımı yer almaktadır.

Şekil-5: Çerçeve Modelinde Kullanılan Serbestlik Dereceleri

Sonlu elemanlar analizinde doğrusal statik analiz metodu kullanılarak sistemin belirlenen

noktalarda uygulanan kuvvet altındaki davranışı incelenmiştir. Sonuçlar Şekil 6’da

gösterilmiştir.

Şekil-6: Çerçeve Modeli Doğrusal Statik Analiz Sonuçları


246

Tablo-5: Çerçeve Modeli Doğrusal Statik Analiz Yer Değiştirme, Kuvvet Katılık Sonuçları

2.2. İskele Yapı İçin Sistem Tasarımı ve Analiz Sonuçları

İskele yapılar inşaatlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada kullanılan iskele yapının

boyutları ve sistemde kullanılan elemanların kesiti Şekil 7’de gösterildiği gibidir. Yapı sonlu

elemanlar analiz programı kullanılarak CBEAM elemanlar ile modellenmiştir. Tüm

bağlantılar CBUSH elemanlar ile oluşturularak sadece 1, 2, 3 yönündeki katılıklarına

değerler atanmıştır. Bu değerler 1,0e+05 N/mm ile 1,0e+13 N/mm arasında değiştirilerek yer

değiştirme/katılık grafikleri elde edilmiştir. Malzeme olarak AL7050 kullanılmıştır.

Şekil-7: İskele Yapılara Örnek Durum Modeli ve İskele Modeli Tasarım Detayları

ÇERÇEVE KONFİGÜRASYONU 1

Nod1 Nod2 Nod3 Nod4

Noktasal Sabitlenmiş Bağlantı Serbestlik Dereceleri 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6 1,2,3 1,2,3

Yer Değiştirme (mm)_x 0 0 0,281 0,279

Tek Nokta Kısıt Kuvvetleri (N)_x -502,034 -497,966 0 0

Katılık_x (N/mm) 1786,598 1784,824


Nod1 Nod2 Nod3 Nod4

Noktasal Sabitlenmiş Bağlantı Serbestlik Dereceleri 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6



Katılık_x (N/mm) 4504,991 4545,330

Nod1 Nod2 Nod3 Nod4

Noktasal Sabitlenmiş Bağlantı Serbestlik Dereceleri 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6 1,2,3 1,2,3,4,5,6

Yer Değiştirme (mm)_x 0 0 -0,165 -0,166

Tek Nokta Kısıt Kuvvetleri (N)_x 294,259 705,741 0 0

Katılık_x (N/mm) 1783,388 4251,452

Nod1 Nod2 Nod3 Nod4

Noktasal Sabitlenmiş Bağlantı Serbestlik Dereceleri 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5 1,2,3,6 1,2,3,4,5,6



Katılık_x (N/mm) 4419,955 1204,791

Nod1 Nod2 Nod3 Nod4

Noktasal Sabitlenmiş Bağlantı Serbestlik Dereceleri 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5 1,2,3 1,2,3,4,5,6



Katılık_x (N/mm) 1787,240 1040,558

Nod1 Nod2 Nod3 Nod4

Noktasal Sabitlenmiş Bağlantı Serbestlik Dereceleri 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6

Yer Değiştirme (mm)_x 0 0 -0,436 -0,438

Tek Nokta Kısıt Kuvvetleri (N)_x 498,909 501,091 0 0

Katılık_x (N/mm) 1144,287 1144,043






247

İskele yapıya Şekil 8’de gösterilen yükler dikey ve yatay olarak aynı anda uygulanmıştır.

Dik kuvvetler iskele yapının üzerine binecek dikey yüklemeleri temsil ederken yatay

yüklemeler rüzgar durumunda oluşabilecek yanal kuvvetleri temsil etmektedir. Kuvvet

uygulanan noktalarda uygulanan yükün elemanlar boyunca yayılabilmesi için RBE3

elemanlar kullanılmıştır. İskele ayaklarına uygulanan tek nokta kısıtları Şekil 8’de

gösterilmiştir. Sistemde yüklere bağlı yer değiştirme çıktılarını görebilmek için doğrusal

statik analiz gerçekleştirilmiştir.

Şekil-8: İskele Yapı Ayak Bağlantı Kısıtları ve Dikey/Yatay Yönde Uygulanan Yükler

Şekil 9’da iskele yapı için gerçekleştirilen doğrusal statik analiz sonuçları yer almaktadır. X,

Y ve Z yönünde elde edilen maksimum yer değiştirmelerin katılık değerlerine göre grafikleri

çizilmiş ve sonuçlar bölümünde grafikler yorumlanmıştır.

a) X yönü yer değiştirme/katılık grafiği b) X yönü yer değiştirme/katılık grafiği detay

gösterim

c) Y yönü yer değiştirme/katılık grafiği d) Z yönü yer değiştirme/katılık grafiği

Şekil-9: İskele Yapının Doğrusal Statik Analiz İle Elde Edilen Kuvvet/Yer Değiştirme Grafikleri

(1)

(2)

(3)


248

2.3. Raf Yapı İçin Sistem Tasarımı ve Analiz Sonuçları

Raf yapılar genellikle depo alanlarında eşyaların saklanması amacı ile kullanılmaktadır. Bu

çalışmada kullanılan raf yapının boyutları ve sistemde kullanılan elemanların kesiti Şekil

10’da gösterildiği gibidir. Yapı sonlu elemanlar analiz programı kullanılarak CBEAM

elemanlar ile modellenmiştir. Tüm bağlantılar CBUSH elemanlar ile oluşturularak sadece 1,

2, 3 yönündeki katılıklarına değerler atanmıştır. Bu değerler 1,0e-01 N/mm ile 2,09e+10

N/mm arasında değiştirilerek yer değiştirme/katılık ve moment/dönme grafikleri

oluşturulmuştur. Malzeme olarak AL7050 kullanılmıştır.

a) Raf model boyutları b) Beam eleman kesiti

Şekil-10: Raf Yapılara Örnek Durum Modeli Ve Raf Modeli Tasarım Detayları

Raf yapıya Şekil 11’de gösterilen yükler (600N) dikey olarak uygulanmıştır. Dik kuvvetler

raf yapının üzerine binecek yüklemeleri temsil etmektedir. Kuvvet uygulanan noktalarda

yükün elemanlar boyunca yayılabilmesi için RBE3 elemanlar kullanılmıştır. Raf ayaklarına

ve duvara bağlantı noktalarında uygulanan tek nokta kısıtları Şekil 11’de gösterilmiştir.

Sistemde yüklere bağlı yer değiştirme çıktılarını görebilmek için doğrusal statik analiz

gerçekleştirilmiştir.

Şekil-11: Raf Yapı Ayak/Bağlantı Kısıtları ve Dikey Yönde Uygulanan Yükler

(Şekil 12 ve Şekil 13’te yer alan daire içine alınan bağlantı için çizdirilmiştir.)


249

Tablo 6’da bağlantıların değişken katılık değerlerine karşılık gelen moment ve dönme

değerlerini göstermektedir. Şekil 12 ve Şekil 13’te raf yapı için gerçekleştirilen doğrusal

statik analiz sonuçları yer almaktadır. X yönünde elde edilen maksimum yer

değiştirme/katılık ve y yönünde moment/dönme-dönme/katılık grafikleri çizilmiş ve sonuçlar

bölümünde grafikler yorumlanmıştır.

Tablo-6: Değişken Bağlantı Katılık Değerlerine Karşılık Gelen Moment/Dönme Değerleri

Şekil-12: Raf Bağlantısının Doğrusal Statik Analiz ile Elde Edilen

Yer Değiştirme/Katılık Grafiği (X Yönü)

a) Moment/dönme grafiği(y-yönü) b) Dönme/katılık grafiği(y-yönü)

Şekil-13: Raf Bağlantısının Doğrusal Statik Analiz ile Elde Edilen

Moment/Dönme-Dönme/Katılık Grafikleri

X Y Z X Y Z2,81E+03 -1,25E+04 -1,54E+04 3,05E-01 1,28E-01 3,40E-02 2,09E+10

2,81E+03 -1,25E+04 -1,54E+04 3,04E-01 1,01E-01 1,01E-01 1,00E+09

2,81E+03 -1,24E+04 -1,53E+04 3,08E-01 1,12E-01 1,12E-01 1,00E+06

2,81E+03 -5,70E+03 -8,66E+03 5,95E-01 1,01E-01 1,08E-01 1,00E+04

2,81E+03 -5,39E+03 -6,01E+03 7,58E-01 1,03E-01 1,07E-01 5,00E+03

2,81E+03 -1,04E+02 -3,30E+03 1,07E+00 1,22E-01 1,03E-01 2,00E+03

2,81E+03 5,62E+03 5,96E+01 8,29E+00 1,42E+00 2,24E-01 1,00E+02

2,81E+03 5,80E+03 2,49E+02 5,33E+01 1,38E+01 1,78E+02 1,00E+01

2,81E+03 3,22E+03 2,59E+02 6,95E+01 2,62E+01 1,79E+02 5,00E+00

2,81E+03 3,22E+03 2,68E+02 8,57E+01 6,79E+01 1,79E+02 1,00E+00

2,81E+03 3,23E+03 2,70E+02 8,96E+01 8,77E+01 1,79E+02 1,00E-01

Max Dönme (0)Katılık (N/mm)

Moment (Nmm)


250

3. SONUÇLAR

Sonuç olarak çerçeve, iskele ve raf için yapısal sistemlerin mekanik davranışları belirlenen

yükler altında incelenmiş ve aşağıdaki sonuçlar ortaya çıkmıştır;

1) Çerçeve yapısında kullanılan bağlantıların belirlenen yükler altındaki mekanik

davranışı;

Şekil 7’den de anlaşılacağı üzere bağlantı elemanları en büyük yer değiştirmeyi

konfigürasyon-6’da yapabilmektedir. Genel olarak diğer konfigürasyon tiplerine

bakıldığında sistemin katılığı diğer tasarımlara göre en düşük değeri almaktadır

(Konfigürasyon-5 Nod5) hariç). Ayrıca ayaklara binen yük dengeli olarak dağılmaktadır.

Ancak bu durumda sistem elemanlarının taşıdığı momentler maksimum düzeye

ulaşmaktadır. Bu tasarımda sistemin taşıdığı yük bağlantı elemanlarından ziyade sistem

elemanlarına binmektedir. Bu durumda sistemin yüksek momentleri taşıyabilmesi için

kesitlerin büyümesi riski doğmaktadır. Optimum tasarım için sistem mukavemeti ayrıca

kontrol edilmelidir.

Konfigürasyon-2 ise bağlantı elemanlarının en rijit olduğu ve deformasyonun en düşük

olduğu modeldir. Yapılarda bağlantıların bu şekilde yapılması hem maliyeti arttırmakta hem

de aşırı yük altında ani çökmelere neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı bu tip

tasarımlardan ziyade sistemin deformasyonuna izin verecek yarı-katı bağlantıların

tasarımlarda kullanılmasıdır.

2) İskele yapısında kullanılan bağlantıların belirlenen yükler altındaki mekanik

davranışı;

Şekil 9’da yer alan yer değiştirme/katılık grafikleri incelendiğinde sistemin belirli bir

stiffness değerinin altında kinetik hale gelerek çöktüğünü görmekteyiz. Belli bir katılık

değerinden itibaren ise bağlantılardaki katılık değerinin değişmediği görülmektedir. Buradan

hareket ile bağlantı katılıklarının sistemi fazla katı yapacak kadar yüksek olmayacak şekilde

seçilmesi gerekirken diğer bir yandan da sistemi kinetik hale getirecek ve çöküntüye

uğratacak kadar da düşük olmayacak şekilde seçilmesi gerekmektedir. Sistemde maksimum

yer değiştirmeler X yönünde gözlenmiştir. Şekil 9-b’ye bakılacak olursa 1,0e+09 N/mm

üzerindeki katılık değerlerini sisteme katmanın sistem katılığına hiçbir etkisi olmamaktadır.

Dolayısı ile maliyet açısından optimum bir tasarım elde edebilmek için bu noktaya dikkat

edilmeli, yapı ve bağlantıların mukavemeti ayrıca kontrol edilmelidir. Yarı-katı yaklaşım ile

sistemi modellemek için ise katılık değeri 1,0e+08 civarında bir değer olarak da sistem

dayanım sonuçlarına göre seçilebilir. Elde edilen grafikler sistem bağlantıları için uygun

katılık değerleri seçildiğinde doğrusal analiz yöntemi kullanılarak doğrusal olmayan sonuçlar

elde etmenin mümkün olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak yarı-katı yöntem kullanılarak

yapılan analizlerin yapının elastik-plastik bölgedeki davranışını gerçeğe en yakın olarak

modellediği düşünülmektedir.

3) Raf yapısında kullanılan bağlantıların belirlenen yükler altındaki mekanik

davranışı;

Şekil 12 ve Şekil 13 sistemin seçilen kısıtlar altındaki davranışının oldukça katı olduğunu

göstermesine rağmen elde edilen grafikler sistemin beklenen davranışını ortaya

çıkarmaktadır. Şekil 12 1,0e+06 N/mmm katılık değerinden sonra sistem davranışının

değişmediğini, bu seviyeden sonra sistemi daha katı yapacak bir bağlantı elemanının sadece

maliyeti artıracağını göstermektedir. Yapının yarı-katı bölgede tasarlanması için bağlantı


251

katılıklarının gerçek değerlerinin 1,0e+4 N/mm civarında seçilmesi uygun olacaktır. Sistem

1,0e+2 N/mm değerinden sonra ise kinetik hale gelmeye başlamaktadır. Bu durum Şekil 13-

b grafiğinde 1,0e+2 N/mm altındaki değerler için dönme değerlerindeki aşırı artış ile kendini

göstermektedir. Şekil 13-a ise 1,0e+4 Nmm değerinin üzerindeki bağlantı katılık değerleri

için bağlantının aşırı moment değerlerine maruz kalmasına neden olmaktadır. Bu ise

istenmeyen bir durumdur.

Bu çalışmada, iskele ve raf yapıları için bağlantı elemanlarının katılık değerinin sistemin

davranışını nasıl etkilediği incelenmiş ve kesit alanı uzunluğuna göre düşük olan bu tarz

yapıların modellenmesinde takip edilmesi gereken yöntem oluşturulmuştur.

4. KAYNAKÇA

1) ÇSGB, 2014, İş Sağlığı ve Güvenliği Açısından Cephe İskeleleri, İSG Genel Müdürlüğü.

2) Weynand, K., 2014, Design of Structural Steel Joints (Eurode3 Background and

Applications), European Commission, Belgium.

3) Piscan, I., 2010, Finite Element Analysis of Bolted Joint, Proceedings in Manufacturing

Systems, Vol. 5, No. 3 ISSN 2067-9238.

4) MAREŠ, J., Modelling of Joints of Sandwiches Panels, Department of Steel Structures,

Czech Technical University in Prague, Thákurova 7, 166 29 Praha, Czech Republic.

5) Montgomery, J., Methods for Modeling Bolts in the Bolted Joint, Siemens Westinghouse

Power Corporation, Orlando, FL.

6) Kartal, M.E., 2010, Effects of Semi-Rigid Connection on Structural Responses,

Electronic Journal of Structural Engineering.

7) Kataoka, M. N., 2014, Parametric Study of Composite Beam-Column Connections

Using 3D Finite Element Modelling, Journal of Constructional Steel Research 102, 136–

149.

8) TS EN 12810-1 Ön yapımlı bileşenlerden oluşan cephe iskeleleri - Bölüm 1: Mamul

özellikleri

TS EN 12810-2 Ön yapımlı bileşenlerden oluşan cephe iskeleleri - Bölüm 2: Özel

yapısal tasarım metotları

TS EN 12811-1 Geçici iş donanımları - Bölüm 1: İş iskeleleri - Performans gerekleri ve

genel tasarım

TS EN 12811-2 Geçici iş donanımları - Bölüm 2: Malzeme bilgileri

TS EN 12811-3 Geçici iş donanımları - Bölüm 3: Yükleme deneyleri

9) Şafak, E., 2012, Yüksek yapılardaki Rüzgar Yüklerinin Hesabı, İnşaat Mühendisleri

Odası 4. Ulusal Çelik Yapılar Sempozyumu, TMH-471-2012/1

10) Güvensoy, S., 2016, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları, İnşaat

Mühendisleri Odası.


252

ÖZGEÇMİŞLER

Sibel VELİOĞLU, 1979 yılında İzmit’te doğdu. Lisans (2002) ve Yüksek Lisans (2010)

eğitimini Yıldız Teknik Üniversitesi Fizik Bölümü’nde tamamladı. 3 yıl boyunca Bilkent

Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi, EMT Elektronik Mühendislik ve Koçak

Farma İlaç ve Kimya A.Ş.’de çalıştıktan sonra son olarak Türk Traktör Ar-Ge Genel Müdür

Yardımcılığı Tasarım Analiz ve Simülasyon Bölümü’nde Gürültü ve Titreşim Uzmanı (8 yıl)

olarak çalışmıştır. Mayıs 2019 itibari ile Türk Havacılık Uzay Sanayii firması Uzay

Sistemleri Müdür Yardımcılığı/Yapısal Mühendislik Bölümü’nde Yapısal Analiz Uzmanı

olarak görevine devam etmektedir.

Ahmet ATAK, 1962 yılında Afyon Sandıklı’da doğdu. Ortaöğretimini Türkiye’de

tamamladıktan sonra 1980 yılında Almanya’ya gitti. 1992 yılında Bochum Ruhr Üniversitesi

Makine Mühendisliği bölümünde lisans ve yüksek lisans derecelerini aldı. 22 yıl Almanya’da

çeşitli firmalarda yüksek mühendis olarak çalıştı. 2012 yılının başında Türkiye’ye dönüş

yapıp TÜBİTAK’ta yürütme komitesi sekteri olarak çalışmaya başladı. Şubat 2018 tarihi

itibariyle başlamış olduğu Türk Havacılık Uzay Sanayii firması Uzay Sistemleri Müdür

Yardımcılığı bünyesinde Yapısal Mühendislik Müdürlüğü görevine halen devam etmektedir.

Aynı zamanda, Gazi Üniversitesi Endüstri Ürünleri Tasarımı Bölümü’nde doktora eğitimini

sürdürmektedir.

Aydın ŞIK, 1966 yılında Erzincan’da doğdu. 1990 yılında Gazi Üniversitesi Mesleki Eğitim

Fakültesi Teknoloji Eğitimi Bölümü’nden mezun oldu. Yüksek Lisans ve Doktora

çalışmalarını Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, End. Teknoloji Eğt. Anabilim

Dalı’nda tamamladı. 2010 yılında Doçent ve 2017 yılında Prof. Dr. ünvanlarını aldı. Halen

Gazi Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi Endüstri Ürünleri Tasarımı Bölümü’nde görevine

devam etmektedir.

baĞlantilarin katilik deĞerlerİnİn yapilara olan … · raf sistemleri ele alınarak bu...

Documents