Hafif çelik çerçeve sistemlerin tepe birleşim bölgesinin sonlu eleman analizleri ile optimizasyonu

Abstract

Hafif çelik çerçeve sistemler uygulamada giderek artan bir kullanım alanı bulmaktadır. Ancak, teknik literatürde ve özellikle yerli ve yabancı standartlarda konuyla ilgili mevcut bağıntı, hüküm ve öneriler henüz geleneksel çelik yapılar için geçerli olanlar kadar kesinleşmiş değildir. Dolayısıyla bu çalışmayla, bir hafif çelik çerçeve tepe birleşim bölgesinin farklı tasarımları üzerinde yapılacak sonlu elemanlar analizleriyle optimum birleşim bölgesi tasarımının belirlenmesi amaçlanmıştır. Dört asıl bölümden oluşan çalışmanın birinci bölümde, demir-çelik malzeme, hafif çelik elemanlar, bu elemanların uygulamadaki kullanım alanları ile analiz ve tasarım yöntemleri kısaca tanıtılmakta, konuyla ilgili daha önce gerçekleştirilen bazı çalışmalar sunulmaktadır. İkinci bölümde, bir hafif çelik çerçeveye ait tepe birleşim bölgesinin sonlu elemanlar yöntemiyle doğrusal olmayan analizleri Abaqus v6.12 yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üçüncü bölümde, bu analizlerden elde edilen sonuçlar sunularak irdelenmekte, dördüncü bölümde ise çalışmanın tümünden çıkarılan sonuç ve öneriler sunulmaktadır. Bu son bölümü kaynaklar listesi ve öz geçmiş izlemektedir. Sonuç olarak bu çalışmayla, tepe birleşim bölgesi davranışının birleşim levhası elemanlarında oluşan yerel burkulmalar ve delik geometrilerinin bozulmasına bağlı olduğu, yerel burkulmaların eş zamanlı olarak başladığı modeller yerine profiller arası mesafenin en az, gövde levhasının rijitleştiricili ve üst başlığın dudaklı olduğu tasarımın amaçlanan optimum tasarım olarak kabul edilebileceği ortaya konulmuştur. Lightweight portal frames are increasingly being used in practice. However, related formula, provision and suggestions are not as precise as for those of conventional steel structures in technical literature, particularly in national and international standards. Therefore with this study, optimum connection plate design of a lightweight portal frame was aimed at by performing finite element analyses of various connection plate designs. Within the first chapter of this study being composed of four main chapters, iron-steel material, lightweight members, usage of those members as well as analysis and design methods are briefly described, some previous research related to this study are presented. In the second chapter, description of nonlinear finite element analyses of apex connection of a lightweight portal frame were performed by using Abaqus v6.12 software is given. In the third chapter, the results obtained from those analyses are discussed and the last chapter, where the results and suggestions derived from this study were presented, was followed by references and personal background. As of the results of this study, it is concluded that apex connection behaviour is highly influenced by local buckling of connection plates and excessive deformation of bolt holes. Additionally, the model with the least distance between profiles, stiffened apex plate and lipped compression plate was suggested to be the optimum design, instead of models which local buckling of apex and compression plates occurs simultaneously.