Berkitme levhalarının dairesel boşluklu çelik kirişlerin yük taşıma kapasitelerine etkilerinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
Analysis  of the effect of the stiffeners  on the load bearing capacities of cellular beams with the finite element method
Yazar: GÖKHAN DOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. FERHAT ERDAL
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dairesel boşluklu çelik petek kirişler başlangıçlarından beri etkin bir çelik yapı modeli olarak artan bir ilgiye sahip olmuşlardır. Bu kirişlerin en önemli özelliği, aynı profil kesitine sahip normal formdaki çelik kirişlere oranla yükseklik, atalet momenti ve kesit katsayısını artırmaktadır. Dairesel boşluklu petek kirişler geniş açıklıkları kolay geçebilmek için çatı ve döşeme kirişleri olarak da kullanılır. Eğimli çatı tasarımında da ağırlık ve maliyet düşürülmesiyle ideal sonuçlar vermektedirler. Önerilen çalışmada dairesel boşluklu petek kirişlerin optimum boyutlandırılması, yük altında taşıma kapasitelerinin belirlenmesi ve sonlu elemanlar yöntemiyle karşılaştırmalı analizleri yapılmıştır. Berkitme levhalarının bu kirişlerin yük taşıma kapasitelerine etkisi de tez kapsamında incelenmiştir. Tez araştırmasının ilk aşaması dairesel boşluklu petek kirişlerin harmoni arama ve parçacık sürü teknikleri kullanılarak optimum boyutlandırılmasına odaklanmıştır. Bu yöntemler IPN kesitleri arasından uygun profili seçerek yönetmelikte tanımlanan tasarım sınırlamalarını sağlarlar ve sistemin ağırlığı minimuma indirgerler. Çalışmanın ikinci aşaması olan deneysel süreçte ise; ilk kısımda optimizasyonu yapılan 8 adet IPN kesit dairesel boşluklu petek kirişin hidrolik güç üniteli basınç silindiri altında dayanımları test edilmiştir. Boşluk çevrelerine yerleştirilen yatay, düşey ve dairesel güçlendirici berkitme levhalarının yerel burkulma ve moment-kesme aktarımı değerlendirmelerine bağlı olarak gövde açıklıklı çelik kirişlerin nihai yük taşıma kapasitelerine etkisi de detaylı olarak incelenmiştir. Son olarak deneyleri yapılan dairesel boşluklu petek kirişlerin yük taşıma kapasitesi ve doğrusal olmayan davranışları deneysel çalışmalardan elde edilen veriler kullanarak sonlu elamanlar yöntemiyle kıyaslanarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında güçlendirilmiş kirişlerin pratik uygulamalarda kullanılabilirliği ve optimizasyon yöntemlerinin yapısal tasarımda yaygın kullanılması amaçlanmıştır.

Abstract:
Cellular beams have gained increasing interest as an effective steel construction model since their inception. The most important feature of these beams is that they increase the height, moment of inertia and cross-section coefficient compared to normal form steel beams with the same profile section. Cellular beams are also used as roof and floor beams to easily cross wide openings. They also give ideal results in sloping roof design by reducing weight and cost. In the proposed study, optimum dimensioning of cellular beams, determination of their carrying capacity under load and their comparative analysis with finite element method were made. The effect of the reinforcing plates on the load-bearing capacity of these beams was also examined within the scope of the thesis. The first phase of the thesis research focused on optimum sizing of cellular beams using harmony search and particle swarm techniques. These methods provide the design limitations defined in the regulation by choosing the appropriate profile among the IPN sections and minimize the weight of the system. In the experimental process, which is the second stage of the study; In the first part, the strength of 8 IPN cross-section cellular beams under pressure cylinder with hydraulic power unit was tested. Depending on the local buckling and moment-shear transfer evaluations of the horizontal, vertical and circular stiffeners plates placed around the cavities, the effect of the body span steel beams on the final load-carrying capacity was also examined in detail. Finally, the load-carrying capacity and nonlinear behavior of the experimental cellular beams were compared with the finite element method using the data obtained from the experimental studies. In light of the results obtained, it is aimed to use steel beams in practical applications and to use optimization methods widely in structural design.