Konik silo çatılarında kullanılan hafif çelik kirişlerin eğilme davranışının araştırılması
Investigation of the bending behaviour of cold formed steel beams used in conical silo roofs
Yazar: RAMAZAN ORUÇ
Danışman: PROF. DR. MEHMET EMİN KARA
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada konik silo çatısının bir parçası olarak tasarlanan soğukta şekil verilmiş çelik kiriş elemanların eğilme davranışı deneysel ve nümerik olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda deneysel çalışmada kiriş elemanlara dört noktalı eğilme testi uygulanmıştır. Deneyler basit ve sabit mesnetli olarak iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Çalışmada değişken olarak kirişlerin yönlendirilmesi ve bağlantı kirişleri arası mesafe dikkate alınmıştır. Bu değişkenlerin kirişlerin moment taşıma kapasitesine, burkulma davranışına, yanal öteleme ve dönme miktarına olan etkisi incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, bağlantı kirişleri arası mesafenin azalmasının, basit mesnetli elemanlarda moment taşıma kapasitesini artırdığını, ancak sabit mesnetli elemanlarda bu etkinin gözlemlenmediğini ortaya koymuştur. Ayrıca mesafe azaldıkça kirişlerin yanal öteleme ve dönme açılarının azaldığı ve bu durumun kirişlerin göçme davranışlarını değiştirdiği belirlenmiştir. Ters yönlendirme ise en etkili kiriş yönlendirmesi olarak tespit edilmiştir. Nümerik çalışma ise, deneysel sonuçların doğrulanması ve deneylerde incelenmeyen değişkenlerin etkisini araştırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Yakınsama analizleri kapsamında ağ modeli tipleri, ağ boyutları ve farklı ölçeklerde geometrik kusurların etkisi incelenmiştir. Analizler, modelde global kusurların yanı sıra lokal kusurların da tanımlanması gerekliliğini ortaya koymuştur. Sonlu elemanlar modelinin doğrulanmasında deney elemanlarının moment taşıma kapasitesi, göçme modları ve moment-deplasman eğrileri karşılaştırılmış ve sonuçların tutarlı olduğu belirlenmiştir. Parametrik çalışmada ise deneysel çalışmada incelenmeyen değişkenlerin araştırılması amaçlanmıştır. Değişken olarak kirişlerin kesit yüksekliğinin kesit kalınlığına oranı (h/t) ve bağlantı kirişleri kesit kalınlıkları dikkate alınmıştır. Elde edilen bulgular, h/t oranının artmasıyla moment taşıma kapasitelerinin azaldığını ve farklı kalınlıklardaki bağlantı kirişlerinin kullanımının moment taşıma kapasitesine etkisinin sınırlı olduğunu göstermiştir. Ayrıca deneysel ve nümerik çalışma sonuçları AISI S100 şartnamesi ile karşılaştırılmıştır. AISI S100 şartnamesi yaklaşımlarının deneysel ve nümerik sonuçlar ile uyum içerisinde olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
This study aimed to investigate the bending behaviour of cold-formed steel beam members as a part of the conical silo roof experimentally and numerically. Accordingly, a four-point bending test was applied in the experimental study. The experiments were carried out in two cases: simple and pinned support. The study considered the orientation of the radial beams and the distance between the circular beams. The effects of the variables on the moment carrying capacity, buckling behaviour, lateral translation and rotation of the beams were investigated. The experimental results show that decreasing the distance between circular beams increases the moment-carrying capacity of simply supported radial beams. However, this effect is not observed for pinned supported members. In addition, it was determined that the lateral translation and rotation angles of the beams decreased as the distance decreased, which changed the failure behaviour of the radial beams. Face-to-back orientation was found to be the most effective beam orientation. The numerical study was conducted to validate experimental results and investigate untested variables. The effect of mesh types, mesh sizes and geometric imperfections at different amplification factors were examined in the convergence analyses. The analyses revealed the need to identify local and global imperfections in the model. In the verification analysis, the experimental members' moment carrying capacity, failure modes and moment-displacement curves were compared and the results were consistent. The parametric study considered the ratio of the height to the thickness (h/t) of the radial beams and the thickness of the circular beams. The results indicated that as the h/t ratio increased, the moment-carrying capacities decreased. Using circular beams with varying thicknesses had a limited effect on the moment carrying capacity. In addition, the results of the experimental and numerical studies were compared with the AISI S100 specification. It was determined that the AISI S100 specification approaches were in good agreement with the experimental and numerical results.