Soğuk şekillendirilmiş açık kesitli çelik kirişlerin incelenmesi
The investigation of cold-formed open-section steel beams
Yazar: YAVUZ SELİM TAMA
Danışman: DOÇ. DR. HASAN KAPLAN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Burkulma (fen) = Buckling ; Eğilme = Bending ; Kirişler = Beams ; Soğuk şekillendirme = Cold forming ; Çelik kirişler = Steel beams ; Çelik yapılar = Steel structures

Özet:
V ÖZET Bu tez çalışmasında, ince cidarlı çelik levha elemanlardan soğuk şekillendirme yöntemi ile üretilen değişik en kesitli kirişlerin eğilme etkisi altındaki davranışları araştırılmıştır Çalışma sayısal ve deneysel olmak üzere iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, mevcut standartlarda verilen kriterler dikkate alınarak kullanılacak olan model çelik kiriş elemanların kesit boyutları belirlenmiştir. Daha sonra, bu elemanlar sonlu eleman yöntemi (SAP2000 bilgisayar programı ile) kullanılarak kabuk (SHELL) eleman olarak modellenmiş ve analizleri yapılmıştır. Çalışmada 4 farklı kesit şekline sahip kiriş eleman kullanılmıştır. Analizlerde bu 4 farklı kiriş eleman 6 kN ile 90kN arasında değişen 15 ayrı yük değeri kullanılarak ayrı ayrı analiz edilmiştir. Analizler sonucu her model kiriş için "Yük-Deplasman" eğrileri elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, sayısal analizleri yapılmış olan kiriş modelleri soğuk bükme yöntemi kullanılarak üretilmiş ve PAÜ. Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı laboratuarında test edilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda, test edilen model kirişlerin yük-deplasman eğrileri, uç rijitleştirici elemanların kesitin yük taşıma kapasitesi ve davranışı üzerindeki etkisi, yükleme altında kiriş elemanların davranışı, açıklıkta ve mesnet bölgelerinde kesitlerin deformasyon biçimleri incelenmiş, kesit dayanımını olumsuz yönde etkileyecek olan yerel burkulma hasarlarının önlenmesi için alınması gerekli önlemler üzerinde durulmuştur. Elde edilen bulgulara dayanılarak en ekonomik, en hafif ve taşıma kapasitesi en yüksek olan kesit tipi tespit edilmiştir. imalatta kullanılan soğuk şekillendirme yönteminin malzemenin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, model kiriş elemanlarının düzlem ve köşe bölgelerinden alman numunelerin çekme testleri yapılmıştır. Bu testler sonucunda,VI soğuk şekillendirme işleminin malzemenin akma sının değerinde ortalama %50 ve çekme dayanımında ise %15 oranında bir artış meydana getirdiği görülmüştür. Soğuk şekillendirme işleminden dolayı malzeme sertliğindeki değişimleri belirlemek için, çalışmada kullanılan dört farklı kesit tipi üzerinde Vickers sertlik ölçümleri yapılmıştır. Yapılan bu sertlik ölçümleri neticesinde, malzeme sertliğinin kesitin düzlem kısımlarından itibaren soğuk şekillendirme işleminin maksimum olduğu köşe bölgelerine doğru arttığı görülmüştür. Plastik deformasyonların maksimum olduğu köşe noktalarında %100' e varan bir sertlik artışı gözlenmiştir. Soğuk şekillendirme yöntemi ile üretilmiş olan, her kesit şekli için 1 adet olmak üzere toplam 4 adet kiriş "Yeniden Kristalleşme Tavlaması" işlemine tabi tutulmuştur. Bu işlem, kirişlerin imalatı aşamasında uygulanan soğuk şekillendirme işlemi nedeni ile özellikle köşe kıvrım bölgelerinde maksimum düzeyde olan plastik şekil değiştirmelerin malzeme mekanik özellikleri üzerinde meydana getirmiş olduğu değişimleri ortadan kaldırmak için gerçekleştirilmiştir. Sonrasında, ısıl işleme tabi tutulan kirişler eğilme etkisi altında test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve böylece soğuk şekillendirme işleminin kirişlerin yük taşıma kapasitelerine olan katkısı araştırılmıştır. Yavuz Selim TAMA

Abstract:
VH SUMMARY In this thes study, the behaviors of beams having various cross sections produced by cold-forming method from light-gage steel plate elements are studied under bending effect. The study consists of two parts which are numerical and experimental. In the first part of the study, the section dimentions of model beam elements to be used are evaluated by considering the criterions in the present standards. Then, these elements are modelled as shell elements with finite element method (by using computer software) and analysis are made. Beam elements with four different cross-sections are used in the study. The four different beam model elements are analysed by applying 15 different loads ranging between 6 kN and 90 kN. As a result of the analysis "Load- Deplacement" curves are obtained for every beam model. At the secend part of the study, the beam models of which the analysis are made are produced by using cold-bending method and are tested in PAU. Engineering Faculty Civil Engineering Department Structural Laboratory. In the experimental studies the load-deplacement curves of the tested model beams, the effects of edge stiffiier elements on the load capacity of the section and deformation types at the span and support regions are investigated and the precautions to be taken to prevent the local buckling behaviors that may worsly effect the section strenght are also cosidered. The section type which is most economic, lightest and with the highest capacity is determined based on the obtained results. The effect of cold-forming method used in the production on the mechanical properties of the material is investigated. For this purpose, samples were taken from the plane and corner regions of model beam elements and pulling tests were made. As a result of these tests, it was seen that the cold-forming process cause an average % 50 increase in the yield strength and % 15 increase in the tensile strength.vm To view the changes in the material toughness caused by cold-forming process, Vickers toughness measurements were made on the four different section types used in the study. As a result of these toughness measurements, considerable increase was seen in the material toughness. From the plane regions of the section to the corner regions where the cold-forming process is maxsimum and that this increase reaches a value of % 100 at the midpoints of corner where the plastic deformation are maximum. Four specimen produced by the method of cold-forming which represents the each of section was applied "Recrystallization Annealing". This method is applied to prevent the effect of large plastic strains especially at corner regions which arise during cold- forming process on mechanical properties of beam sections. Beam sections produced by this method was tested under bending. By that way, the effect of cold-forming process on load carrying capacity was observed and obtained result was compared. Yavuz Selim TAMA