Sinüs gövdeli I profillerden oluşturulmuş dış kolon-kiriş birleşim bölgelerinin davranışının incelenmesi
The behaviour of exterior beam to column connections of corrugated web I sections
Yazar: MEHMET HAŞİM KISA
Danışman: DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kolon kiriş birleşimi =

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, sinüs gövdeli profillerden oluşturulmuş 2 adet 1/1 ölçekli kolon-kiriş birleşim bölgesi incelenmiştir. Çalışılan numuneler, devam etmekte olan bir doktora çalışmasında incelenen numunelerin iki tanesine karşı gelmektedir. Numunelerden birinde kolon-kiriş panel bölgesinde sinüs gövde profili kullanılırken diğerinde düz plaka kullanılmıştır. Üretilen deney numuneleri laboratuvarda tersinir tekrarlı yükler etkisinde incelenmiştir. Veri kaynağı olarak panel bölgesine yerleştirilen tek doğrultulu ve üç doğrultulu şekildeğiştirme ölçerler ile yerdeğiştirme ölçerlerden faydalanılmıştır. Şekildeğiştirme ölçerlerden elde edilen veriler geliştirilen bir yazılım yardımıyla asal şekildeğiştirme ve gerilme büyüklüklerine çevrilmiştir. Deneylerden elde edilen şekildeğiştirme, yatay rijitlik, dönme büyüklükleri karşılaştırılarak panel bölgesinin davranışı incelenmiştir.Her iki numunede panel bölgesindeki asal şekildeğiştirmeler akmaya ulaştığında düz gövdeli numunenin yaklaşık iki kat daha fazla yük kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. Birleşim bölgesi moment kapasitesi açısından incelendiğinde, sinüs gövdeli profilden oluşturulan numunenin kapasitesinin düşük olduğu belirlenmiştir. Numuneler akma aşamasında değerlendirildiğinde düz gövdeli numune daha rijit bir davranış göstermiştir.
 
Panel bölgesinde moment etkisinde oluşan düşey doğrultudaki şekildeğiştirmelere bakıldığında, düz gövdeli ve sinüs gövdeli numunelerde akmaya ilk olarak panelin  merkezinde bulunan rozet şekildeğiştirme ölçer ulaşmıştır. Düşey doğrultuda ölçülen şekildeğiştirmeler üzerinde berkitme levhalarının gövdeye kaynaklı olup olmamasının etkisi gözlemlenmiştir. Düz levhadan oluşturulmuş panel bölgesinde yatay doğrultuda en büyük şekildeğiştirmeler, panelin üst bölgesine yerleştirilmiş yatay doğrultuda ölçüm alan tek eksenli şekildeğiştirme ölçerde ve panel bölgesinin merkezinde bulunan rozet şekildeğiştirme ölçerin X bileşeninde oluşmuştur. Diğer numunede ise en büyük şekildeğiştirme rozet şekildeğiştirme ölçerin X bileşeninde oluşmuştur.Numunelerin yığışımlı çevrimsel enerji sönümleme kapasiteleri incelendiğinde, panel bölgesi düz levhadan oluşan deney elemanının enerji sönümleme kapasitesinin sinüs gövdeli profilden oluşan deney elemanına göre daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir.Bu çalışma, panel bölgesinin göreli olarak daha kalın levhadan yapılmasının düğüm noktası mekanizması riskinin ortadan kaldırılmasında kullanılabilecek önlemlerden biri olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Steel structures are becoming more and more popular due to their many advantages such as the better satisfaction with the flexible architecture, durability, strength, environmental aspects etc. as well as precise and uniform shapes in manifacturing.  In parallel to this trend, the use of steel sections with corrugated web is also increasing since some advantages. These types of members are mostly used in Austria and Germany, but the surrounding countries are also started to use them.The response of a moment-resisting frame depends on the characteristics of its main components, namely the beams, the columns and the connections. There exists several types of connection configurations used in the construction such as extended end plate, flush end plate, welded flanges-bolted web or welded flanges-welded webs connections, among others. At the beginning of 1970?s, the importance of the panel zone in the response of the frames was identified and, experimental and analytical studies were carried out to characterize this component behaviour. The panel was described to be an element mainly subjected to shear stresses and therefore its failure mode was governed by shear yielding. Tests demonstrated that the shear failure mode was stable and ductile under cyclic loading. These attractive features were taken into account in design regulations by the end of the 1980?s which allowed the panel zone to be considered as a dissipative component.

However, the 1994 Northridge earthquake resulted in severe damage in the connections of steel moment-resisting frames which had not been observed before. Extensive research was triggered which detected that excessive distortions in the panel zone played an important role in the development of weld failures in the connections.
Since then research has been carried out to define new panel zone design criteria that can lead to both effective and reliable performance of panel zones during frame response. In the general behavior, the web usually bears most of the compressive stress and transmits shear in the beam while the flanges support the major external loads. Hence by using the greater part of the steel material for the flanges and using thinner web, could achieve materials saving without weakening the load-carrying capability of the beam. When the compressive stress in the web has exceeded the critical point prior to the occurrence of yielding, the flat web loses its stability and deforms transversely. This could be improved by using the corrugated web as an alternative to the plane web. The usage of corrugated web produces higher stability and strength without additional stiffening and use of larger thickness.

In this M.Sc. thesis, two full-scale beam-column connections are studied experimentally. The specimens are two of the specimens tested in an ongoing Ph.D. study. The beam and column cross sections have sinusoidal corrugated webs in 3 mm thick. The first specimen has the panel zone made from the sinusoidally corrugated web. In the second specimen, flat plate having a thickness of 8 mm is used in the panel zone. The specimens are subjected to the lateral displacement cycles in Structural and Earthquake Engineering Laboratory of ITU by using the MTS actuator. Three axial and uni-axial straingauges are used in and around the beam to column connections for the strain measurements. Various displacement transducers are used to measure the displacements and rotations at the various locations of the specimens. The data gathered from strain gauges are converted to the principal stress and strains by using the developed computer code. 

The behavior of the panel zone is investigated by using the experimentally obtained strain database, load vs. displacement graphics etc. The lateral load carrying capacity of the specimen having the flat plate panel zone is approximately two times greater than the capacity of the specimen, which has corrugated web panel when the principal strains reached to yielding in the center of panel zone. When the moment capacity of the connections is concerned, the specimen with the corrugated panel zone has low capacity. If the specimens are compared at the yield condition, the specimen with the flat plate panel zone has more stiff behavior. When the vertical strains in the panel zones generated from the flexural moment are concerned, the rosette straingauge located at the center of the panel is reached to yielding first for both of the specimens. 

It concluded that welding of the stiffners to web of the cross section is effective on the intensity of the panel strains measured in vertical direction. In the panel zone formed with the flat plate, the maximum strains are obtained in the uniaxial straingauge located at the top and X component of the rosette straingauge located at the centre of the panel. For the other specimen, the maximum strains are obtained from X component of the rosette straingauge located at the centre of the panel. Evaluating the cumulative energy dissipation capacities of the specimens, the energy dissipation capacity of the specimen having flat plate panel zone has bigger than the specimen having corrugated panel zone.This study shows that to reduce the risk of joint mechanism, the usage of relatively thick flat plate is one of the promising provisions to be taken in the panel zone.