Çelik çerçevelerin boyutlandırılmasında kiriş ? kolon bağlantı türlerinin etkisi
The effect of beam-column connection types to design of steel frames
Yazar: RÜYA KILIÇ
Danışman: PROF. DR. M. POLAT SAKA ; PROF. DR. METİN ARSLAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yapı Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Rijit bağlantı = Rigid connection ; Rijitlik matrisi = Stiffness matrix ; Çelik kirişler = Steel beams ; Çelik kolonlar = Steel columns ; Çelik yapılar = Steel structures

Özet:
Çelik çerçeveler son yıllarda inşa edilen modern konstrüksiyonlar arasında depreme dayanıklılığı ve mimari tasarımlarda esneklik sağlaması açısından yaygın olarak kullanılan yapı sistemleri olarak dikkat çekmektedir. Pratikte çelik çerçevelerin analiz ve tasarımında iki tür kiriş-kolon bağlantısı göz önüne alınmaktadır. Bu bağlantıların tam rijit veya tam mafsallı olduğu kabul edilmektedir. Tam rijit birleşimlerde çerçevenin şekil değiştirmesi esnasında kiriş-kolon arasında göreceli dönmenin olmadığı bu sebeple kirişten kolona moment aktarıldığı varsayılır. Mafsallı birleşimlerde, tam rijit bağlantı kabulünün aksine elemanlar arasında dönme engelinin olmadığı ve bunun sonucu olarak da kirişten kolona moment aktarımının mümkün olmadığı kabul edilir. Yapılan deneysel çalışmalarda bağlantıların bu iki sınır durum arasında davrandığı ortaya çıkmıştır. Yani yarı-rijit birleşimler çerçevenin şekil değiştirmesi esnasında dönme yaparken, az da olsa kirişten kolona moment aktarım kapasitesine sahiptirler. Bu tez çalışmasında rijit ve yarı-rijit bağlı birleşimlerin yapı sistemleri üzerindeki etkisini incelemek amaçlanmıştır. Birinci ve ikinci bölümde; düğüm noktaları rijit bağlı çerçeveler ile yarı-rijit bağlı çerçevelerin analiz ve boyutlandırma esasları açıklanmış ve pratikte uygulanan belli başlı yarı-rijit kolon-kiriş birleşim türleri tanıtılmıştır. Üçüncü bölümde LRFD-AISC ye göre kiriş uç levhalı kiriş-kolon bağlantısının boyutlandırılma esasları açıklanarak sayısal örnek verilmiştir. Dördüncü bölümde matris-deplasman yönteminin kiriş-kolon bağlantılarını yarı rijit alarak analiz yapabilmesi için gerekli düzenlemeler açıklanmıştır. Beşinci bölümde sonlu elemanlar yöntemi ile ANSYS paket programının açıklanması, altıncı bölümde ise üç katlı-iki açıklıklı, dört katlı-dört açıklıklı ve altı katlı-iki açıklıklı çerçeveler göz önüne alınarak bunlar rijit bağlı ve yarı rijit bağlı olarak analiz edilmiş ve bir düğüm noktasına gelen iç kuvvetler bulunmuştur. Bu kuvvetler altında kiriş-kolon birleşimi LRFD-AISC şartnamesine göre tasarlanmıştır. Tasarımlar rijit ve yarı-rijit olarak analiz edilip bir bulona gelen maksimum normal kuvvet, maksimum kesme kuvveti, bulon çapı ve sayısı, levha kalınlıkları ve uzunluklarının karşılaştırılması yapılmıştır. Karşılaştırmalarda yarı rijit davranış kabulünün çok daha ekonomik sonuçlar verdiği görülmüştür.Anahtar Kelimeler :çelik çerçeveler, yarı-rijit çelik kiriş-kolon bağlantılar, sonlu elemanlar yöntemi, matris-deplasman yöntemi, uç levhalı kiriş-kolon birleşimi.

Abstract:
Steel frames attract attention as construction systems used widely in terms of providing flexibility in architectural designs and earthquake-proofing among modern constructions built in recent years. In practice, two types of beam-column connections are taken into account in analyzing and designing steel frames. These connections are full rigid or full pinned. It is assumed that in full rigid connection there is no relative rotation between beam and column in the course of deformation of the frame; therefore moment is transferred from beam to column. It is accepted that in pinned connections, on the contrary of full rigid, there is no obstacles against rotation among units and therefore it is not possible to transfer moment from the beam to column. Experimental studies reveal that connections behave between these two extreme situations. As semi-rigid connections rotate in the course of deformation of the frame, they have the capacity to transfer moment from beam to column at the least. In this thesis, it is aimed to analyze the effect of rigid and semi-rigid joints on construction systems. In the first and second chapters, the analyzing and sizing principles of rigid connection frames and semi-rigid connection frames have been explained and main types of semi-rigid beam-column connections used in practice have been introduced. In the third chapter, the sizing principles of beam-column joint with end-plate according to LRFD-AISC specifications have been explained and numerical samples have been given. In the forth chapter, it is explained which regulations are necessary for the matrix-displacement method to be able to analyze beam-column joints as semi-rigid. In the fifth chapter, the ANSYS package has been explained with the finite element method. In the sixth chapter, three storey-two bay, four storey-four bay and six storey-two bay frames have been analyzed as rigid and semi-rigid and internal forces accumulated in a nodal point have been found. The beam-column joint has been designed under these forces according to the LRFD-AISC specification. The designs have been analyzed as rigid and semi-rigid and maximum normal force in a bolt, maximum shear force, bolt diameter and number, plate thickness and length have been compared. In the comparisons, it is understood that semi-rigid behavioral patterns yield more economical results.Key Words : steel frames, semi-rigid beam to column steel connections, finite element method, matrix-displacement method, beam to column connection with end plate