Alüminyum ve çelik elemanların öngerilmeli yüksek mukavemetli bulonlar ile birleşimi
Pre-loaded high strength bolted connections of aluminium members with steel members
Yazar: S. GÖKHAN KARAMAN
Danışman: PROF. DR. REHA ARTAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Civata = Bolt ; Deneysel analiz = Experimental analysis ; Deneysel inceleme = Experimental research ; Sayısal analiz = Numerical analysis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Yapı elemanları = Building elements ; Yapısal analiz = Structural analysis

Özet:
Bu çalışmada alüminyum ve çelik iki farklı malzemenin öngerilmeli yüksek mukavemetli bulonla sürtünme ile yük aktaran birleşimi incelenmiştir. Galvanizli çelik malzeme ile alüminyum malzemenin birleştirilmesinde, öngerilmeli yüksek mukavemetli bulonların kullanılması zorunludur. Kaynak kullanımı malzemelerin farklı özellikte olması sebebiyle mümkün değildir.Birleşimi incelemek için iki farklı grup deney gerçekleştirilmiştir. Bunlar, kısa süreli ve uzun süreli deneylerdir. Kısa süreli kayma deneyleri ile öngerilmeli yüksek mukavemetli bulonlu birleşimlerde, hem alüminyum ve hem de galvanizli çelik temas yüzeylerine herhangi bir işlem yapılmadan sadece yüzeyler yağdan arındırılmak suretiyle ve alkali silikat boya ile hazırlanıp sürtünme katsayısı belirlenmiştir. Deneylere başlamadan önce, bulonlara öngerilme kuvveti verildikten sonra 30 dakika boyunca, öngerilme kuvvetindeki azalma araştırılmıştır. Deneyde yükleme sırasında, bulonlardaki öngerilme kuvvetinde anlık düşüş olup olmadığı gözlemlenmiştir. Sürtünme arttırıcı alkali silikat çinko boya kullanılması durumunda bir bulonun sürtünme ile taşıyabileceği kuvvet yaklaşık olarak 3.5 kat daha fazladır.Yapılan ondört adet kısa süreli deneyden elde edilen verilerden yararlanılarak, uzun süreli deney sistemi hazırlanmış ve toplam onbeş adet uzun süreli birleşim numunesi bir yıl boyunca üç farklı çerçevede, 90 kN, 78 kN ve 60 kN'luk sürekli yük altında gözlenmiştir. Alkali silikat çinko boyanın sürtünme katsayısını arttırdığı, alüminyum ve çelikten oluşan farklı iki malzemenin birleşimi için gösterilmiştir.Sonlu elemanlar yöntemi ile birleşim modellenmiş ve parametrik olarak, iç ve dış levhada kalınlık değişimi, sıcaklık değişimi ve kuvvet eksenine dik yöndeki şekil değiştirmelerin etkisi incelenmiştir. Temas yüzeyinde oluşan kayma gerilmelerinin hesabı ile bunun uzun süreli yük etkisi altındaki davranışa etkisi incelenmiştir.

Abstract:
The presented work is the result of the studies conducted on two different materials- aluminium and steel and their friction grip pre-loaded high strength bolted connections. It is necessary to use high strength pre-loaded bolts when connecting hot dip galvanized steel material with aluminium material. The use of weld is not possible because of the different properties of materials.In order to examine the connection, two different types of experiments have been done. These tests are the short-term and the long-term tests. In pre-loaded high strength bolted connections, the friction coefficient had been determined for the aluminium and steel specimens with oil-free contact surfaces and also for the alkali silicate zinc painted contact surfaces. After having subjected the bolts to pre-loading, the loss of pre-load had been studied for 30 min prior to the beginning of the test. During the test under load, the specimen was monitored to determine whether a sudden loss in pre-load occurred. In case of using the friction-increasing alkali silicate zinc paint, the limit force of one bolt increased 3.5 times.Using the results of fourteen short-term tests that were carried out, a long-term testing system was prepared and a total of fifteen long-term connection specimens in three different frames with 90 kN, 78 kN and 60 kN of continuous loading, were monitored. The conclusion can be drawn that the alkali silicate zinc paint increases the friction coefficient of connections made of two different materials- aluminium and steel.Using the finite element method, the influence of parameters, such as inner and outer plate thickness, temperature and strains perpendicular to force axis on friction were studied. The calculations of shear stress on the contact surface were used to describe its influence on the long-term behaviour.