Çelik vierendeel kirişlerde göçme incelemesi ve göçmeye etki eden parametreler
Collapse investigation in steel vierendeel beams and parameters affecting collapse
Yazar: YASİN AKINCI
Danışman: PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Plastik mafsal = Plastic hinge ; Plastik teori = Plastic theory ; Plastik çözümleme = Plastic analysis ; Plastisite = Plasticity

Özet:
Bu çalışmada çelik Vierendeel kirişlerde göçme incelemesi doğrusal olmayan itme (pushover) hesabı yapılarak, değişik parametrelerin etkisi araştırılmıştır. Çalışma altı ana bölümden oluşmaktadır:Birinci bölümde, ele alınan konuya genel olarak değinilmiş ve çalışmanın amacı ve kapsamı açıklanmıştır. Son olarak da bugüne kadar yapılmış olan deneysel ve kuramsal çalışmalara kısaca yer verilmiştir.İkinci bölümde, Vierendeel kirişlerin tanımı yapılmış ve bu kirişlerin tarihi gelişimi kısaca açıklanmış, kullanılmaya başlanıldığı günden bugüne kadar uygulanmış örneklerden fotoğraflar sunulmuştur. Ayrıca, bu kirişlerin geliştirilmesini sağlayan ve aynı zamanda ismini veren Arthur Vierendeel'in hayatı özetlenmiştir. Tasarımda Vierendeel kirişlerin üstünlük ve sakıncalarından söz edilmiştir. Son olarak, bu tür kirişlerin hesap yollarına ve düğüm noktalarının birleşimlerine değinilmiştir. Hesapta basitleştirici varsayımlar üzerinde durulmuş ve bu varsayımlar doğrultusunda bir Vierendeel kirişin elastik çözümü açıklanmış, birleşimlerde ise düğüm noktalarında ne tür birleşim yollarının kullanılabileceği birleşim detay örnekleriyle birlikte verilmiştir.Üçüncü bölüm, Vierendeel kirişlerin plastik hesabına ayrılmış, plastik hesapla ilgili temel kavramlara değinilmiştir. Plastik mafsal hipotezi ve plastik moment özellikleri özetlenmiş ve plastik mafsal kavramına göre hesap yöntemleri olan yük artımı yöntemi ve limit yükün doğrudan hesabı (statik ve sinematik yöntem) açıklanmıştır. Daha sonra, mekanizma yöntemi ayrıntılı olarak ele alınmış ve Vierendeel kirişlerde bu yöntem kullanılarak olası mekanizma durumları tartışılmıştır. Son olarak literatürde yer alan bir kiriş, kontrol amaçlı olarak analitik yolla ve SAP 2000 programıyla çözülerek sonuçlar karşılaştırılmıştır.Bu çalışmada SAP 2000 kullanılarak yapılan boyutlandırmalar AISC-ASD89 ve AISC-LRFD99 yönetmeliklerine göre olduğundan, dördüncü bölüm bu iki yönetmelikte verilen tasarım bağıntılarına ayrılmıştır.Beşinci bölümde, açıklığı L=12 m ve L=15 m olan sırasıyla 4 (çift) ve 5 (tek) gözlü Vierendeel kirişlerin 10 metre aralıklarla yerleştiği bir yapı düşünülmüş ve SAP 2000 yardımıyla parametrik bir çalışma yürütülmüştür. Yapılan çalışma, konstrüksiyon yüksekliği (b)/göz açıklığı (a) oranını, gözleri çevreleyen elemanların rijitliklerindeki farklılıkları, sistemde tek ya da çift sayıda göz olmasını ve ilk ve son gözlere diyagonal eleman konulması gibi çeşitli durumları içermektedir. Her bir sistemin ASD89 ve LRFD99 yönetmeliklerine göre tasarımı yapılmıştır. Toplamda 42 değişik sistem hesabı yapılmış olup bunlardan ikisi ayrıntılı olarak açıklanmış, tüm sistem çözümleri ve sonuçları Ek-A'da verilmiştir. Ele alınan tüm sistemlere ilişkin toplam düşey yük-düşey yerdeğiştirme eğrileri karşılaştırmalı diyagramlarla sunulmuştur.Altıncı bölümde, çalışma ana hatlarıyla özetlenmiş, ulaşılan sonuçlara yer verilmiş ve çelik Vierendeel kirişlerin tasarımına yönelik çeşitli önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
This study describes a parametric investigation into the collapse analysis and design of steel Vierendeel beams using nonlinear pushover analysis. The study consists of six main chapters:In the first section, general issues are presented and the purpose and scope of this study are explained. In this respect, a literature review has been conducted and the recent experimental and theoretical works are briefly addressed.In the second section, the Vierendeeel beam is introduced and historical evolution of these beams is briefly given. Images from well known existing buildings are enclosed. Furthermore, life of Arthur Vierendeel, who has improved and developed the Vierendeel beams and named them after himself, is summarized. Advantages and possible disadvantages (structural and architectural) of the Vierendeel beams are discussed. Detailing issues of member connections and calculation methods of these beams are mentioned. Simplifying assumptions and the elastic design of a Vierendeel beam are explained on a simple example. Regarding the connections, potential techniques which could be used such as welded or bolted connections are given with detailed examples.The third section covers the plastic limit analysis of the Vierendeel beams and devoted to related studies of basic design. Some concepts are summarized such as plastic moment and plastic hinge hypothesis. Moreover, load increment method and direct calculation of the maximum load based on the plastic hinge theory are given. After that, the mechanism method is discussed in detail and the application of this method and possible mechanisms expected on the Vierendeel beams are illustrated. Finally, a beam example, which is available in literature, is analytically solved and the results are verified using SAP2000.The fourth section is about the design equations presented in AISC-ASD89 and AISC-LRFD99 specifications that have been used in SAP2000 design charts.In the fifth section, structures having four (even) and five (odd) bays of Vierendeel beams which are spaced at 10-meter intervals and spanning L=12 m and L=15 m are investigated. And then, an intense parametric study has been conducted using SAP2000. In that particular study, some facts are analyzed, such as construction height (b)/bay opening (a) ratio, differences at rigidities of the elements, the number of the bays in the system (odd or even number), and placed diagonal elements (for retrofitting purposes for example) at the first and last bays. And then, each system is designed following the design criteria given in ASD89 and LRFD99. In total, 42 different systems are analyzed and two of them are described in detail. The whole system solutions and results are well documented in Appendix-A. Total vertical load-vertical displacement pushover curves are presented. Several systems are compared to each other to possibly reach some design recommendations.In the last section, the study is substantially summarized, and the results from this parametric study are given. Various suggestions are made about the design of steel Vierendeel beams.