Daire enkesitli X çapraz bağlantı elemanında oluşan gerilme birikimlerinin sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
Investigation of stress concentrations in circular cross section X diagonal joints by finite element method
Yazar: ERDAL GÜL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP FIRAT ALEMDAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Gerilme yığılmaları = Stress concentration ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Çelik çerçeveler = Steel frames

Özet:
Çeliğin, yapı malzemesi olarak kullanılmasının en önemli sebepleri yüksek dayanıma ve belirli bir yükleme altında elastik ötesi şekil değiştirme ya da yer değiştirme kapasitesi olarak tanımlanabilecek olan sünek davranışa sahip olmasıdır. Deprem anında yapıda oluşacak yatay yükleri sönümlemek için ihtiyaç duyulan çelik çerçeveler; moment aktaran çelik çerçeve, merkezi çelik çaprazlı çelik çerçeve, dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve ile burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçeveler; süneklik düzeyi yüksek çerçeve sistemler, süneklik düzeyi sınırlı çerçeve sistemler ve süneklik düzeyi karma
çerçeve sistemler olarak tasarlanabilirler. Bu çalışma kapsamında; süneklik düzeyi yüksek merkezi X çaprazlı çelik çerçevenin daire enkesitli çapraz bağlantı elemanı çaprazlarının bağlantı noktasında; deprem kuvveti sebebi ile oluşabilecek maksimum basınç kuvveti altında meydana gelen gerilme birikimleri, sonlu elemanlar metodu ile incelenmeye çalışılmıştır. Daire enkesitli X çapraz bağlantı elemanında oluşan gerilme birikimleri, çaprazlar arasındaki açının değişimine bağlı olarak boru profilde levha için açılması gereken yırtık alanının değişimine ve bu bölgede oluşturulan kaynak kalınlığının değişimine bağlı olarak incelenmiştir. Ansys programı yardımıyla üretilen modellerin tasarımında X çapraz bağlantı elemanında malzeme olarak S275 sınıfı yapı çeliği seçilmiş; boru profili 127 mm * 10 mm ve levha kalınlığı 10 mm olarak belirlenmiştir. Ansys programında; çaprazlar arasında açı 60°, 75° ve 90° ve kaynak kalınlıkları 3.5 mm,
5 mm ve 7 mm olarak tasarlanarak yeterli sonlu elemanlarına ayrılmıştır. Tasarlanan bu 9 farklı modelde aynı sınır şartları ile aynı basınç ve çekme kuvvetleri uygulanarak tespit edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Çelik Çerçeve, X Çapraz, Gerilme Birikimi, Sonlu Elemanlar, Ansys

Abstract:
The most important reasons for the use of steel as a building material are its high strength and ductile behavior, which can be defined as inelastic deformation or displacement capacity under a certain load. Steel frames need to absorb the horizontal loads that will occur in the structure during an earthquake; moment transmitting steel frame, central steel
braced steel frame, eccentric braced steel frame and anti-buckling braced steel frames; They can be designed as frame systems with high ductility level, frame systems with limited ductility level and mixed ductility level frame systems. This scope of work; stress concentrations based on the maximum pressure force that may occur due to the earthquake force have been examined by the finite element method at the connection point of the circular cross-section braces of the central X braced steel frame with hidh ductility level. Stress concentrations in the circular cross-section X brace were investigated depending on the change in the tear area required for the connection plate in the circular profile and depending on the change in the angle between the braces and the change in the weld thickness created in this region. In the design of the models produced using the Ansys program, S275 class structural steel was chosen as the material for the X diagonal connection element; circular profile is determined as 127 mm * 10 mm and plate thickness is 10 mm. In Ansys program; the angle between the braces is 60°, 75° and 90° and the weld thicknesses are designed as 3.5 mm, 5 mm and 7 mm, and separated into sufficient number of finite elements. The results obtained by applying the same pressure and tensile
forces with the same boundary conditions in these 9 different models were compared.

Keywords: Steel Frame, X Diagonal, Stress Concentration, Finite Element, Ansys