Artı kesitli çekirdeğe sahip burkulması önlenmiş basınç çubuklarının eksenel yük altında deneysel ve numerik araştırılması
Experimental and numerical investigation of buckling restrained braces with cross shaped core under axial load
Yazar: OĞUZ DÜĞENCİ
Danışman: PROF. DR. FATİH ALTUN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Süneklik = Ductility

Özet:
Eksenel basınç altındaki yapısal elemanlarda en önemli problemden biri burkulmadır. Burkulma, etkiyen yükten bağımsız gerçekleşen kararsız denge durumudur. Çelik yapılarda, burkulma davranışıyla karşılaşma olasılığı en yüksek elemanlar deprem perdesi olarak kullanılan çaprazlardır. Bu elemanlar, burkulma gibi ani gerçekleşen hasar durumunda, enerji sönümleyebilme özelliğini kaybederek yapı genelinin deprem performansını olumsuz etkileyebilmektedir. Bu sebeple, eksenel yük etkisindeki basınç çubuğunda burkulma dayanımına sahip kesit seçimi önem kazanmaktadır.
Bu çalışmada, eksenel basınç etkisinde zayıf olan geleneksel çelik basınç çubukları (çelik çaprazlar), "burkulması önlenmiş basınç çubuğu (BÖBÇ)" şeklinde tasarlanmıştır. Bu tasarımda basit üretime sahip artı kesitli çekirdeğin, iki farklı tipte sargı (zarf eleman) ile detaylandırılmasına yönelik bir yaklaşım ortaya konulmaktadır. Çalışmaya konu burkulması önlenmiş basınç çubukları, zarf elemanı tipine göre boru kesitli (CHS serisi) ve kutu kesitli (SHS serisi) olmak üzere iki seriden oluşmaktadır. Her bir seride üç farklı kesit teşkil edilmiştir. Bu kesitler, çekirdek ile sargı arasında boşluklu doğal sürtünmeli yüzey, boşluklu sürtünmesi azaltılmış yüzey ve boşluksuz beton dolgulu sürtünmesi azaltılmış yüzey özelliklerine sahiptir. Referans çubuğuyla birlikte toplam yedi adet farklı kesitin yapısal performansı, yer değiştirme kontrollü yükleme yapılarak deneysel ve numerik olarak ortaya konulmuştur. Beton dolgulu kesitlerin diğer kesitlere göre daha iyi yapısal performans sergiledikleri görülmüştür.

Abstract:
One of the main problems in structural elements under axial load is buckling. Buckling is an instability problem that occurs independently from the load acting. The structural elements that are the most sensitive to buckling phenomenon in steel structures are those diagonal elements (braces) which are utilized as shear walls. These elements may adversely affect the seismic performance of the overall structure losing their energy absorbing ability in such a suddenly occurring instability case as buckling. For this reason, determining the cross section having an adequate buckling strength is important for those elements under high axial loading.
In this study, the conventional weak braces subjected to influence of axial loading are designed as "buckling restrained braces (BRB)". In this design, an approach to detail the cross shaped brace element with two different types of encasing members is proposed. The BRBs consist of two different kinds of series: circular hollow (series of CHS) and square hollow (series of SHS) sections depending on encasing member type. In each series three different cross-sections are formed. These sections have surface properties of natural friction surface with gap, reduced friction surface with gap and concrete filled reduced friction without gap between core and encasing member. The structural performances of seven different cross-sections including reference element in total are carried out with a displacement controlled loading regime both experimentally and numerically. It is noted that the cross section that has concrete filled and reduced friction without gap has displayed better seismic performance than the other cross-sections.