DBYBHY-2007'deki moment aktaran çelik birleşimlerin sonlu eleman analizleri
Finite element analysis of moment resisting steel connections based on DBYBHY-2007
Yazar: ORKUN YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SERKAN BEKİROĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yüksek süneklik kapasitelerinden dolayı, moment aktaran sünek çelik çerçeve sistemler deprem bölgelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, 1994 Northridge depreminden sonra yapılan incelemeler göstermiştir ki, bu sistemlerin birçok birleşim bölgesinin kaynaklarında ve kaynaklara yakın çelik malzemede bazı gevrek kırılmalar meydana gelmiştir. FEMA (Federal Emergency Management Agency) tarafından kurulan "the SAC Steel Project" adındaki ekip, birleşim detaylarındaki gevrek kırılmaların sebeplerini önlemek ve yeni tavsiyeler üretmek için yoğun bir test programı başlatmıştır. Bu testler sonucunda önerilen birleşim türleri FEMA-350 adlı raporda sunulmuştur. Bu birleşimlerin üçü bulonlu, üçü kaynaklı olmak üzere altı tanesi "DBYBHY - Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkındaki Yönetmelik-2007"'de de aynen yer almaktadır. DBYBHY-2007'de bulonlu birleşimler; alın levhalı bulonlu, takviyeli alın levhalı bulonlu ve alın levhasız bulonlu birleşim olarak, kaynaklı birleşimler ise, kaynaklı, ek başlık levhalı kaynaklı ve zayıflatılmış kiriş enkesiti kaynaklı birleşim olarak adlandırılmaktadır.
Bu tez kapsamında DBYBHY-2007'de belirtilen moment aktaran çelik kolon – kiriş birleşimlerin monotonik ve çevrimsel yükleme altında sonlu eleman analizi ile performanslarının değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Sözü edilen bu birleşimlerin analizini yapmadan önce, sonlu eleman modellerini doğrulamak amacıyla, literatürden deneysel ve sonlu eleman analizi yapılmış iki adet alın levhalı bulonlu birleşimin sonlu eleman analizleri yapılmış ve bu çalışmanın sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada bulunan sonuçlar ile literatürdeki deneysel ve nümerik sonuçların birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüştür.
Sonlu eleman modellemelerinin doğrulaması yapıldıktan sonra, DBYBHY-2007'de belirtilen birleşimlerin önce modelleme süreci anlatılmış, sonra analizlerden elde edilen sonuçlar açıklanmıştır. Analizlerde doğrusal olmayan malzeme ve geometri değişimleri dikkate alınmıştır. Birleşimlerdeki bulon, kolon, kiriş gibi parçalar arasındaki temas durumları doğrusal veya doğrusal olmayan olarak dikkate alınmıştır. Sözü edilen birleşimlerden bulonlu ve kaynaklı birleşimler önce kendi aralarında karşılaştırılmış, sonra bu karşılaştırmalardan öne çıkan birleşimler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Analizler sonucunda, bulonlu birleşimlerden alın levhasız birleşim örneğinin istenmeyen bir kırılma biçimi gösterdiği görülmüştür. Bulonlu birleşimlerden takviyeli alın levhalı birleşimin, kaynaklı birleşimlerden ek başlık levhalı kaynaklı birleşimin plastik mafsal oluşma noktası, moment taşıma kapasitesi ve rijitlik bakımından diğer birleşimlere göre daha güvenilir olduğu görülmüştür.

Abstract:
Moment resisting ductile steel frame systems are widely used in seismic zones, due to their high ductulity capacity. However, investigations conducted after the 1994 Northridge Earthquake showed that some brittle fracture occurs on weldings of connections and structural steel close to weldings. The SAC Steel Project funded by the FEMA (Federal Emergency Management Agency) has started intensive test program to dispose the causes of brittle fractures, provide solutions and improve connections performance. Recommended connection types have been presented in report entitled FEMA-350. Six connections proposed FEMA-350 including three bolted and three welded ones are even specified in Specification for Buildings to be Built in Seismic Zones (DBYBHY-2007). Bolted connections are entitled as bolted unstiffened end plate connection, bolted stiffened end plate connection and bolted flange plate connection, while welded connections are entitled as welded unreinforced flange – welded web connection, welded flange plate connection and reduced beam section connection.
This thesis aims to assess the performance of moment resisting steel column – beam connections based on DBYBHY-2007 under monotonic and cyclic loading with finite element analysis. Before analyze mentioned connections, to evaluate the adequacy of numerical analysis to be conducted in this study, experimental and numerical results of two examples from the literature are considered and compared with the results of this study. It is obtained that the results of this study and the experimental and numerical results in the literature are in good agreement with each other.
After verification of finite element modeling, modeling process of connections based of DBYBHY-2007 and results of analyses are explained. Material and geometry nonlinearities are considered. Contacts between connection parts such as bolt, column and beam are considered as linear and nonlinear. After analyses, first, the mentioned bolted and welded connections are compared between themselves, then one bolted and one welded connections which have better performance than other connections are compared with each other. The results reveal that bolted flange plate connection model shows an invalid failure mode. It is showed that, bolted stiffened end plate connection from bolted ones and welded flange plate connection from welded ones are more reliable than other connections in terms of plastic hinge location, moment capacity and stiffness.