Depolama raf sistemi elemanlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi ve kiriş-kolon birleşimleri için mekanik bir model önerilmesi
Experimental and numerical investigation on the storage rack system members and proposal of a mechanical model for beam-to-column connections
Yazar: CASİM YAZICI
Danışman: DOÇ. DR. FATİH MEHMET ÖZKAL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Deneysel inceleme = Experimental research ; Depo raf sistemleri = Warehouse racking systems ; Kiriş-kolon birleşimi = Beam-column collection ; Sayısal analiz = Numerical analysis ; Soğuk haddeleme = Cold rolling ; Çelik = Steel

Özet:
Amaç: Depolama raf sistemi elemanlarının yapısal davranışını incelemek üzere deneysel ve sayısal çözümleme tabanlı bir çalışma yürütülmüştür. Kiriş-kolon birleşimlerinin yapısal davranışı üzerindeki etkilerini tespit etmek üzere, kiriş yüksekliği, konnektör boyu ve kirişin konnektör üzerindeki konumu değiştirilmiştir. Kolon kesitleri için ağız açıklığına yerleştirilen bulonların etkinliği araştırılmıştır. Ayrıca kiriş-kolon deneylerinde hasar alan kolon numunelerinin eksenel basınç altında gösterdiği yeni davranış incelenmiştir. Kiriş-kolon birleşimleri için ise deneysel olarak doğrulanmış bir mekanik model oluşturulması amaçlanmıştır.
Yöntem: Kolon eksenel basınç deneyleri için ilgili standartlardaki yönergeler doğrultusunda, kolon kesit genişliğinin asgari üç katı olacak şekilde kolon uzunlukları belirlenmiştir. Kiriş-kolon birleşim deneyleri için ise tek kollu konsol deney yöntemi kullanılmıştır. Deneysel incelemede dikkate alınanların yanı sıra muhtelif tasarım değişkenleri ayrıca sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak sayısal çözümleme üzerinden incelenmiştir. Kiriş-kolon birleşimlerinin davranışını tahmin etmek için oluşturulan mekanik model ise geçmiş çalışmalardaki yaklaşımlar üzerinden geliştirilmiştir.
Bulgular: Kiriş-kolon birleşimlerinde farklı kiriş yükseklikleri kullanıldığında, kirişin konnektör üzerindeki konumu düşey doğrultuda değiştirildiğinde ve kolon ağız açıklığına bulon yerleştirildiğinde birleşimin moment taşıma kapasitesi ve dönme rijitliği gibi yapısal davranış göstergelerinde önemli değişimler ortaya çıkmıştır. Kirişin konnektör üzerindeki konumu yatay doğrultuda değiştirildiğinde ve konnektör boyu uzatıldığında kayda değer kazanımlar elde edilememiştir. Kolon ağız açıklığına bulon yerleştirildiğinde ise sıra dışı davranışlar ile karşılaşılmıştır. Kiriş-kolon deneylerinden alınan hasarlı kolonların eksenel basınç deneyine tabi tutulması sonrasında ise yüksek oranda kapasite kayıpları tespit edilmiştir.
Sonuç: Çalışma kapsamında muhtelif tasarım değişkenlerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi ile ulaşılan sonuçlar raf sistemi elemanlarının davranışını anlama yönünde önemli kazanımlar sağlamıştır. Buna ilaveten, kiriş-kolon birleşimlerinin başlangıç dönme rijitliğini tahmin etmek üzere geliştirilen mekanik model önemli seviyede başarılı sonuçlar sunmaktadır.
Anahtar Kelime: depolama raf sistemleri, soğuk haddelenmiş çelik, kiriş-kolon birleşimleri, deneysel inceleme, sayısal çözümleme

Abstract:
Purpose: To investigate the structural behavior of storage rack system members, an experimental and numerical analysis-based study was carried out. Beam height, connector length, and beam position on the connector were modified to identify their effect on the structural behavior of beam-to-column connections. The efficiency of the bolts installed among the opening of column was investigated. Furthermore, the new behavior of damaged column specimens of beam-column tests under axial force was studied. It is aimed to provide an experimentally validated mechanical model for beam-to-column connections.
Method: In accordance with the requirements in the relevant standards for column axial compression testing, column lengths were determined to be at least three times the column cross-section width. The single-arm cantilever test method was employed for the beam-to-column connection testing. In addition to the variables included in the experimental research, different design variables were investigated numerically using the finite element method. The mechanical model constituted to predict the behavior of beam-to-column connections was developed on earlier research methodologies.
Results: Significant changes in structural behavior indicators such as the connection's moment carrying capacity and rotational stiffness have occurred when different beam heights are used in beam-to-column connections, the position of the beam on the connector is changed in the vertical direction, and bolts are placed among the column opening. When the position of the beam on the connector was moved horizontally and the connector length was increased, no significant benefits were obtained. Divergent outcomes were seen when the bolts were placed among the column opening. Significant capacity losses were observed after the damaged columns from the beam-to-column tests were subjected to the axial compression testing.
Conclusion: The results of the experimental and numerical investigation of various design factors provided significant advances in understanding the behavior of the rack system members. Furthermore, the mechanical model developed to predict the initial rotational stiffness of beam-to-column connections presents considerable successful results.
Keywords: storage rack systems, cold-formed steel, beam-to-column connections, experimental investigation, numerical analysis