Üst ve alt başlık korniyerli kiriş-kolon birleşimlerinin davranışı ve çelik çerçeve davranışı üzerindeki etkisi
Behaviour of top and seat angle beam-column connections and their effect on steel frame behaviour
Yazar: YUSUF BALABAN
Danışman: DOÇ. DR. ZEYNEP FIRAT ALEMDAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Çelik yapılarda, üst ve alt başlık korniyerli kiriş-kolon birleşimi, kirişin hem düşey reaksiyonunu hem de bir miktar uç momentini aktarırken aynı zamanda belirli bir dönme derecesine izin veren yarı rijit bir birleşimdir. Bu çalışmada öncelikle üst ve alt başlık korniyerli birleşim davranışını araştırmak için ABAQUS yazılımında literatürden elde edilen deneysel verilere dayanarak 3 boyutlu sonlu eleman modelleri geliştirildi. 3 boyutlu sonlu eleman analizi sonuçları, birleşimlerin deneysel moment-dönme eğrileri ve deformasyon şekilleriyle karşılaştırılarak doğrulandı. Üst korniyer kalınlığının, bulon çapının, kiriş derinliğinin ve kenar mesafesinin moment-dönme eğrisi üzerindeki etkisi araştırıldı. Ayrıca üst ve alt başlık korniyerli birleşimin moment-dönme davranışı matematiksel modellere ve Eurocode 3 bileşen metoduna göre tahmin edildi. Matematiksel modellere göre oluşturulan eğriler deneysel eğrilerle uyumlu değildi. Eurocode 3 bileşen metodu, üst korniyerin pekleşme davranışını yeterli şekilde değerlendirmediğinden birleşimlerin moment kapasiteleri olduklarından daha az elde edildi. Sonrasında üst ve alt başlık korniyerli birleşimin çelik çerçeve üzerindeki etkisini gözlemlemek amacıyla ABAQUS yazılımında birleşim parametreleri farklı 5 adet çelik çerçevenin 3 boyutlu sonlu eleman modelleri oluşturuldu. Sonlu eleman modellerinin doğrusal olmayan statik analizi gerçekleştirilerek çelik çerçeveler için kapasite eğrileri elde edildi. Sonrasında daha pratik analiz imkânı sağlayan SAP2000 v21 yapısal analiz programında doğrusal olmayan malzeme davranışı ve doğrusal olmayan geometrik davranış dikkate alınarak, doğrusal olmayan birleşim davranışını hesaba katan bir modelleme yaklaşımı önerildi. Çelik çerçevelerin ABAQUS ve SAP2000'de doğrusal olmayan statik analizleri sonucunda elde edilen taban kesme kuvveti-tepe yer değiştirmesi eğrileri birbirleriyle uyum göstermektedir. Ayrıca birleşimlerde üst başlık korniyeri kalınlığının, bulon çapının, kiriş derinliğinin artması ve kenar mesafesinin azalması çelik çerçevenin yanal rijitliğini ve kesme kuvveti kapasitesini artırmaktadır.

Abstract:
In steel structures, top and seat angle beam-column connection is a semi-rigid connection that transfers both the vertical reaction and some end moment of the beam while also allowing a certain degree of rotation. In this study, firstly, 3D finite element models were developed in ABAQUS software based on experimental data obtained from literature to investigate the behavior of the top and seat angle connection. The results of the 3D finite element analysis were verified by comparing them with the experimental moment-rotation curves and deformation shapes of the connections. The effects of the top angle thickness, bolt diameter, beam depth and gage distance on the moment-rotation curve were investigated. In addition, the moment-rotation behavior of the top and seat angle connection was predicted according to mathematical models and Eurocode 3 component method. The curves obtained based on mathematical models did not agree with the experimental curves. The Eurocode 3 component method did not adequately evaluate the strain hardening behavior of the top angle, thus underestimating the moment capacities of the connections. Then, in order to observe the effect of the top and seat angle connection on the steel frame, 3D finite element models of 5 steel frames with different connection parameters were created in ABAQUS software. Nonlinear static analysis of the finite element models was performed and capacity curves for the steel frames were obtained. Subsequently, a modeling approach that takes into account nonlinear material behavior and nonlinear geometric behavior together with nonlinear connection behavior was proposed in SAP2000 v21 structural analysis program, which provides more practical analysis possibilities. The base shear-roof displacement curves obtained as a result of nonlinear static analysis of steel frames in ABAQUS and SAP2000 were in good agreement with each other. In addition, increasing the top angle thickness, bolt diameter, beam depth and decreasing the gage distance in the connections increases the lateral rigidity and base shear capacity of the steel frame.