Yarı-rijit kiriş-kolon birleşimli uzay çelik çerçevelerin rijitlik matrisi metodu ile analiz ve dizaynı
Design and analysis of steel space frame with semi-rigid beam-to-column connections using stiffness matrix method
Yazar: MERVE SAĞIROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ABDULKADİR CÜNEYT AYDIN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Rijitlik matrisi = Stiffness matrix ; Yarı-rijit = Semi-rigid

Özet:
Birleşimin gerçek davranışı olan yarı-rijit davranış, basit bir analiz ile kolaylıkla çözülemeyen ve doğrusal olmayan bir yapıya sahiptir. Birleşim davranışını rijit veya mafsallı kabul etmek analiz işlemini basitleştirmesine karşın, idealleştirilmiş bu davranış ile yapının gerçek davranışı arasında farklılıklar olmaktadır. Yapılarda yarı-rijitlik gibi doğrusal olmayan yapıya sahip hesaplarda, bu durumların doğru şekilde hesaplara katılabilmesi için güvenilir yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tezde, MATLAB programı kullanılarak rijit ve yarı-rijit birleşimli uzay çelik çerçevelerin analiz ve tasarımını yapan bir program geliştirilmiştir. Bu program, çerçevelerin çözümünde bize genel ve kesin bir çözüm sağlayan rijitlik matrisi metoduyla uzay çelik taşıyıcı sistemlerin iç kuvvet ve deformasyonlarını hesaplamaktadır. Ayrıca, hesaplanan yükler altında çelik yapıların tasarımıyla ilgili Türk standartlarındaki bileşik gerilme, burkulma ve deplasman sınırlayıcıları altında gerekli tahkikler yaparak uygun kesit seçimi yapmaktadır. Birleşim tipi olarak üst-alt başlık korniyerli ve çift gövde korniyerli birleşim tipi seçilmiştir. Bu birleşimlerin doğrusal olmayan M-?r eğrilerinin matematiksel modellenmesinde Frye-Morris Polinom Model kullanılmıştır. Bu çalışmada geliştirilen algoritma ve bilgisayar programı ile rijit ve elemanları farklı boyutlanan yarı-rijit birleşimli çelik çerçevelerin analiz ve tasarımları yapılmış, sonuçlar rijit birleşimli çerçevelerin sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Yarı-rijit birleşim dizayn her zaman daha ekonomik sonuçlar sunmaz fakat yarı-rijit birleşim çelik çerçevelerin kiriş-kolon birleşimlerinin gerçek davranışıdır. Bundan dolayı, analizde birleşimin gerçek davranışını ihmal etmek, çelik çerçevelerin sonuçlarının tahmininde gerçek dışı tahminlere yol açabilir. Ayrıca, birleşimin yarı-rijitlik durumunu iyi temsil etmesi, birleşim elemanlarının boyutlarının seçimine göre değişebilmektedir.

Abstract:
The behavior of semi-rigid connections has been a structure nonlinear and unresolved easily. The connections are idealized as either fully rigid or ideally pinned in conventional analysis of steel frame structures. The use of the rigid or pinned connection model in frame analysis serves the purpose of simplifying the analysis and design processes, but there are differences between the idealized behavior and the actual behavior. The actual behaviour that falls between these two idealised models has been classified as semi-rigid steel connections. Design and analysis of steel space frames with semi-rigid connections is studied by using a computer program, developed in MATLAB. It is used stiffness matrix method providing general and exact solution in analysis of frames. In the present study, it is designed according to the buckling, combined stress and displacement constraints as specified in Turkish Building Code for Steel Structures under the present loading after it is determined the joints deformations and the member end forces of the space frame by the stiffness matrix method. Semi-rigid connection type is limited to top and bottom angle with double web angle connection. Frye?Morris Polynomial Model is used to describe the nonlinear behaviour of semi-rigid connections. The results of design and analysis of unbraced semi-rigid frames are compared to the results of unbraced rigid frames under the same design requirements. The semi-rigid connection design always doesn?t result in more economical solutions. But semi-rigid connections are the actual behaviour of beam-to-column connections in steel frames. Therefore, neglecting the real behaviour of the connection in the analysis may lead to unrealistic predictions of the response and reliability of steel frames. However, semi-rigidity of connection may vary according to selection of dimensions of connecting members.