Sigma kesitli hafif çelik profillerin eksenel ve eksantrik yükleme altındaki davranışlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of cold formed sigma profiles behaviour under axial and eccentric loading
Yazar: FERHAN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. SELİM PUL
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sigma profillerle ilgili deneysel çalışmaların daha çok monotonik yüklemeler altında gerçekleştirilmiş olması nedeniyle bu çalışmada tersinir-tekrarlı yükler altındaki hafif çelik sigma profillerin eksenel yükleme, bir ve iki eksenli eğilme altındaki dayanım, enerji tüketme ve süneklik gibi karakteristik davranışları incelenmiştir. Enkesitin yük taşıma kapasitesini belirleyen yerel, çarpılmalı ve genel burkulma modları ve bu burkulma modlarının görüldüğü kritik boy ve yük katsayılarına göre sigma profil kesit ve boyları belirlenmiştir. Boyları 500 mm, 1000 mm ve 1500 mm olarak belirlenen numuneler üzerinde 45 adedi monotonik, 45 adedi de tersinir-tekrarlı olmak üzere toplam 90 adet yükleme deneyi gerçekleştirilmiştir. Malzeme pekleşme parametreleri deneysel olarak belirlendikten sonra ABAQUS yazılımında gerçekleştirilen sonlu eleman analizleri ile monotonik ve tersinir-tekrarlı yükler altındaki sayısal ve deneysel davranışlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca, iki farklı parametrik çalışma ile monotonik yükleme altında gerçekleştirilen 2555 adet analiz sonucunda sigma profillerin dayanım uzayları belirlenmiş, profil dayanımları AISI-S100-12 yönetmeliği ile karşılaştırılmıştır. Buna göre, AISI yönetmeliğinin mevcut haliyle daha korumacı olduğu ve profil dudaklarının çekme gerilmesi altında olduğu elemanların dayanımlarının hesaplanması bakımından geliştirilme potansiyelinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Tersinir-tekrarlı deneysel ve sayısal çalışmalarda genellikle, P numunelerinin enerji tüketme kapasitelerinin N numunelerinden daha yüksek olduğu görülmüştür. Tersinir-tekrarlı yükler altında enerji sönümleyebildiklerinden, daha farklı tipe ve kesit narinlik oranına sahip sigma profiller üzerinde tersinir-tekrarlı yükler altında, dayanım ve rijitlik kaybının karakterize edilerek kapsayıcı zarf eğrilerinin oluşturulması, bu profillerin hafif çelik yapılarda daha yaygın kullanımlarının önünü açacaktır.

Abstract:
In this study, characteristic behaviours of cold formed sigma profiles such as ductility, energy dissipation, load carrying capacity under axial load, major, minor and biaxial moment cyclic loadings were investigated due to the fact that experimental studies in literature are mainly performed on monotonic loadings. Sigma profile's cross-section and lengths are determined according to critical buckling modes of local, distortional or global that determines load carrying capacity of cross-section and critical half wave lengths and buckling load factors corresponding to buckling modes. A total of 90 experiments composed of 45 monotonic loading and 45 cyclic loading on cold formed sigma profiles with determined lengths of 500 mm, 1000 mm and 1500 mm. On determining hardening parameters experimentally, experimental and numerical behaviours under monotonic and cyclic loading compared using analysis results performed by ABAQUS software. Moreover, with two parametric study, sigma profile's stability space determined by a number of 2555 finite element analysis performed under monotonic loading and load capacities compared with AISI-S100-12 standard. Accordingly, it is concluded that AISI standard in current status is quite conservative and it has higher potential for improvement for profiles whose lips are in tension stress. It is observed that generally in numerical and experimental studies under cyclic loading, energy dissipation capacity of samples with their lips in tension are higher than those samples with lips in compression. Due to the fact that they can dissipate energy, sigma profiles with different cross-sections and slenderness under cyclic loadings can be charaterized for stiffness and strength degradation and their usage in buildings could be increased by creating envelope curves.