Eğilme etkisi altındaki gergi halatlı kompozit kirişte stud çivisi davranışı
Behavior of stud nail on composite beam with tension rope under bending force
Yazar: MERVE AKGÜL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLYAS DEVRAN ÇELİK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Çelik yapılar = Steel structures

Özet:
Kompozit yapı sistemleri çelik yapılarda yaygın olarak kullanılmakla birlikte birçok avantaja sahiptir. Sistemin kompozit olarak çalışabilmesi ve bu durumun getirdiği faydaların hesaba katılabilmesi için sistem bileşeni olan betonarme ve çeliğin maruz kaldığı yükler altında bir bütün olarak faaliyete geçmesi sağlanmalıdır. Çelik ve beton arasındaki bu birliktelik kullanılan ek yapısal elemanları ile sağlanabilmektedir. Çalışmanın konusu olan kompozit kirişlerde bu birliktelik, kayma çivileri (stud çivileri) ve benzer bağlantı elemanları ile sağlanmaktadır. Çelik kirişe kaynaklı olarak bağlantısı sağlanan kayma çivileri, etkiyen yükler altında beton ve çeliğin birlikte çalışmasını sağlamaktadır. Bu birliktelik neticesinde, eğilme etkisi altındaki kompozit kirişin basınç bölgesindeki etki alanı artarak; açıklık ve açıklıktaki yük dağılımı için gerekli enkesit alanı küçülmekte ve kiriş kesitinde ekonomi sağlanabilmektedir. Bu durum; kiriş üzerine kaynaklı birleşimi yapılan kayma çivilerinin kayma güvenliğini, yapısal güvenlik ve sistem dayanımı açısından öne çıkarmaktadır. Bu konuda yapılan çalışmalarda; kompozit kirişlerde kullanılan bağlantı elemanlarının açıklık ortasından mesnete varıncaya kadar sergiledikleri davranışların birbirinden farklı olduğu; açıklık ortasındaki kayma çivilerinin etkinliğini kaybettiği, mesnet noktalarına yakın bölümlerde etkin kayma etkilerini karşıladığı tespit edilmiştir. Momentin en büyük olduğu mesnet bölgelerinde bu kapasite kaybı kabullenilmiş olup sınırlı sayıdaki kayma çivisi ile taşınmış olmaktadır.
Bu çalışmada, eğilme etkisi altındaki kompozit kiriş üzerinde kullanılan kayma çivileri; aralık, çap ve boyca optimize edilecektir. Aralık, çap ve boy değerlerince optimize edilen kayma çivilerinin kullanıldığı kompozit kirişte, ideal kesit için kiriş boyunca kapasite dağılımları deneysel ve sayısal olarak tespit edilecektir. Sisteme dahil edilen; mesnette beton döşemeye, açıklıkta çelik kirişe montajlı ön germeli gergi halatı ile kesit güçlendirilecektir. Ayrıca, kalıpsız yerinde dökme olarak imal edilen ön germeli bu sistemlerde imalat sırasında oluşan istenmeyen sehim durumlarının da önüne geçilmesi mümkün olacaktır. Kullanılan ön germeli gergi halatı ile kayma çivisinin kompozit kirişte açıklıkta sisteme dahil edilemediğinden dolayı kaynaklanan kapasite kaybı kiriş kapasitesine tekrar dahil edilmeye çalışılacaktır. Böylelikle mesnet bölgelerindeki kayma çivilerinin sistemdeki yükleri azaltılacak ve anizotrop yapı malzemesi olan beton ve çeliğin arasındaki aderansı arttıracaktır. Çalışmada kullanılan bu güçlendirme tekniği sayesinde, kompozit kirişlerde, kapasite artışı sağlanacaktır.

Abstract:
Composite structural systems in steel structures is widely used and has many advantages. In order the system to operate as a composite component and to take account of the benefits of this situation, the concrete slab and the steel component should function together under the loads that is affecting the system. This combination of steel and concrete can be achieved with the additional structural elements used. This combination that is the subject of this study can be obtained by the use of Shear stud components and alike connection elements. The shear studs that are affixiated to the steel beam by welding are making the concrete slab and steel beam to function together under the loads that are present. As a result of this association, the effect area of the composite beam under the bending effect increases in the pressure zone; the cross-sectional area required for beam aperture and beam aperture load distribution is reduced and the economy of the beam section can be maintained. This situation emphasizes the shear safety of the shear studs welded onto the beam in terms of structural safety and system strength. In the studies conducted on this subject; the behavior of the connecting elements used in the composite beams from the center of the opening to the structural bearing is different from each other it has been found that the shear studs in the middle of the aperture lose their effectiveness and they compensate effective shear effects in the sections close to the fulcrum points. In the bearing areas where the moment is greatest, this capacity loss is accepted and carried with a limited number of shear studs.
In this study, range, diameter and size of shear studs used on composite beam that is under bending effect will be will be optimized. Capacity distributions along the beam for the ideal section will be determined experimentally and numerically in the composite beam where optimized range, diameter and height values of shear studs are used. System will be strengthened by installing a pretensioned tension rope to concrete slab on fulcrum and to the steel beam at aperture zone. In addition, it is possible to prevent undesired deflection situations during manufacturing in these systems that are manufactured by concreting on site. The capacity loss due to the shear studs cannot be incorporated into the system at the aperture in the composite beam will be tried to re-added to the beam capacity with the use of pre-tensioned tension rope. This will reduce the load on the system of shear studs in the support zone and increase the bonding between concrete and steel, which is an anisotropic building material. Thanks to this strengthening technique used in this study, the capacity increase will be ensured in composite beams.