Beton dolgulu çelik tüplü dairesel kesitli kolonların eksenel yük taşıma kapasitesinin tahmini
Prediction of axial load carrying capacity of concrete-filled steel tube circular section columns
Yazar: FATİH ÇIBUK
Danışman: DOÇ. DR. SEMA ALACALI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Beton doldurulmuş çelik tüplü kolonların kullanımı son yıllarda köprülerde ve yüksek katlı yapılarda giderek artmaktadır. Eksenel basınç kuvveti etkisindeki beton dolgulu çelik tüplü kolonlarda, beton dolgunun çelik tüpün burkulmasını geciktirmesi veya önlemesi, çelik tüpün de betonun yanal deformasyonunu sınırlandırması nedeniyle geleneksel betonarme kolonlara göre daha yüksek dayanım ve süneklik elde edilebilmektedir. Ayrıca beton doldurulmuş çelik tüplü kolonlarda kolon boyunun enkesit çap uzunluğuna oranını ifade eden narinlik oranı (𝐿⁄𝐷), eksenel yük taşıma kapasitesini etkileyen önemli bir parametredir. Narinlik oranının artması kolonun burkulma etkisiyle eksenel yük taşıma kapasitesinin azalmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle çalışmada narinlik etkisi de gözönüne alınarak beton doldurulmuş çelik tüplü kolonların eksenel yük taşıma kapasitelerinin daha duyarlı tahmin edilmesine ilişkin bağıntıların türetilmesi hedeflenmiştir. Böylece literatürden toplanmış 1060 adeti narin olmayan (𝐿⁄𝐷 < 4) ve 805 adeti narin (𝐿⁄𝐷 ≥ 4) olmak üzere toplam 1865 adet beton doldurulmuş çelik tüplü dairesel kesitli kolon numunesine ilişkin deneysel veri tabanı oluşturulmuştur. Kolonların eksenel yük taşıma kapasitelerini tahmin etmek amacıyla tüm deney numuneleri göz önüne alınarak türetilen global bağıntının yanısıra, narinlik etkisinin eksenel yük taşıma kapasitesi üzerindeki etkisini irdelemek amacıyla 𝐿⁄𝐷 < 4 olan narin olmayan (kısa kolon) ve 𝐿⁄𝐷 ≥ 4 olan narin kolonlar için ayrı bağıntılar türetilmiştir. Bağıntıların türetilmesinde son yıllarda sıklıkla başvurulan makine öğrenimi algoritmalarından Gen İfadesi Programlama (GEP) kullanılmıştır. Gen İfadesi Programlama ile bağıntı türetme evresinde, çelik tüpün çapı (𝐷), çelik tüpün kalınlığı (𝑡), deney numunesinin boyu (𝐿), çelik tüpün akma dayanımı (𝑓𝑦) ve silindirik beton basınç dayanımı (𝑓𝑐′) girdi parametreleri olarak kullanılmıştır. Türetilen bağıntıların sonuçları literatürdeki farklı yönetmelikler ve araştırmacıların önerdikleri bağıntıların sonuçları ile 
istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda en güvenilir bağıntıların Gen İfadesi Programlama (GEP) kullanılarak elde edildiği gözlemlenmiştir. Ayrıca türetilen bağıntılardaki her bir parametrenin kolonun eksenel kuvvet taşıma gücü üzerindeki katkısını belirlemek amacıyla parametrik çalışma ve duyarlılık analizi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The use of concrete-filled steel tube columns has been increasing in recent years in bridges and high-rise structures. In concrete filled steel tube columns under axial compressive forces, higher strength and ductility can be obtained compared to conventional reinforced concrete columns due to the fact that the concrete filling delays or prevents buckling of the steel tube and the steel tube limits the lateral deformation of the concrete. In addition, slenderness ratio (𝐿⁄𝐷), which is the ratio of the column length to the cross-sectional diameter length, is an important parameter affecting the axial load carrying capacity of concrete filled steel tube columns. An increase in the slenderness ratio can lead to a reduction in the axial load carrying capacity of the column due to buckling. Therefore, the aim of this study is to derive relations for accurate prediction of axial load carrying capacity of concrete filled steel tube columns considering the slenderness effect. Thus, an experimental database of 1865 concrete filled steel tube column specimens, 1060 non-slender (𝐿⁄𝐷 < 4) and 805 slender (𝐿⁄𝐷 ≥ 4) specimens collected from the literature, was established. In addition to the global relation derived for all specimens to predict the axial load capacity of the columns, separate relations were derived for non-slender columns with 𝐿⁄𝐷 < 4 and slender columns with 𝐿⁄𝐷 ≥ 4 to investigate the effect of slenderness on axial load carrying capacity. Gene Expression Programming (GEP), one of the most frequently used machine learning algorithms in recent years, was used to derive the relations. In the relation derivation with Gene Expression Programming, the diameter of the steel tube (𝐷), the thickness of the steel tube (𝑡), the length of the test specimen (𝐿), the yield strength of the steel tube (𝑓𝑦) and the compressive strength of the cylindrical concrete (𝑓𝑐′) were used as input parameters. The results of the derived relations were statistically compared with the results of the relations proposed by different regulations and researchers in the literature. As a result of the comparison, it was observed that the most reliable relations were obtained using Gene Expression Programming (GEP). In addition, parametric study and 
sensitivity analysis were performed to determine the contribution of each parameter in the derived relations on the axial force bearing capacity of the column.