Tensegrity sistemlerde ilk çekme ve ilk basınç kuvvetlerinin seçiminin tasarıma etkisi
Effect of initial tension and compression selection on the design of tensegrity sytems
Yazar: NECATİ ÇAĞLAR SAMAT
Danışman: PROF. DR. CENK ALHAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Tensegrity olarak adlandırılan ve basınç ya da çekmeye çalışan elemanların düzenlenmesi ile oluşturulan yapısal sistemler, bir yük taşıma sistemi olarak hafif çözümlerinin yanında kabloların, dikmelerin ve membranların birlikte kullanımı ile teşkil edilebilirler. Bu sistemlerin yapısal davranışında, analize başlanan ilk germe ve ilk basınç yükleri altında oluşan denge formu en önemli etkendir. Denge formu, her bir farklı ilk çekme ve ilk basınç durumuna karşılık farklı bir çözüme sahip olacağı için sonsuz sayıda denge formu vardır. Tensegrity sistem barındıran yapısal sistemler geometrik bakımdan doğrusal olmayan davranış gösterdikleri için, eğer yüklerin ilk çekme ve ilk basınç değerleri uygun olarak belirlenmezse, geometrik doğrusal olmayan analiz yakınsamayabilir ya da sistemdeki eksenel yüklerin çok düzensiz olmalarından kaynaklı çok büyük değerlere ulaşabilirler. Bu durumda yapının maliyeti de büyük oranda artabilir. Bu tür yapıların maliyetinde özellikle kablo çapları, kablo sonlandırıcıları ve bağlantı elemanları belirleyici etkiye sahiptirler. Bu tez çalışmasının amacı Tensegrity sistemlerin modelleme ve hesap detaylarının ortaya konulması, uygun başlangıç koşullarına (ilk çekme ve ilk basınç değerleri) sahip yapısal sistem ile analize başlanmasının yapısal tasarıma etkisi bakımından öneminin irdelenmesidir. Bu çalışmada membranlı (gergin kumaşlı) Tensegrity sistemlerin modelleme ve hesap esasları hakkında bilgiler verilmiş, Formian programlama dili kullanılarak farklı başlangıç koşulları dikkate alınarak hesaplanan denge formuna sahip olan modeller oluşturulmuş, sonuçlar mesnet reaksiyonları, gerilme düzensizliği ve kablo çapı açısından karşılaştırılarak irdelenmiştir. Formian programlama dilinde geliştirilen yöntemin kullanılması ile belirlenen başlangıç koşulları ile örnek modeller hazırlanarak analizler yapılmış, uygun başlangıç koşullarına sahip yapısal sistem ile analize başlanmasının yapısal tasarım bakımından önemi irdelenmiştir.

Abstract:
The structural systems, which are called Tensegrity and created by the arrangement of the tensioning and compression elements, can be formed by the use of the cables, struts and membranes, as well as lightweight solutuon as a load bearing system. The most important factor in the structural behavior of these systems is the equilibrium form formed under the initial tensile and initial pressure loads, which were started to be analyzed. There are an infinite number of equilibrium forms, since the equilibrium form will have a different solution for each different initial tensile and initial pressure loads. Since structural systems with Tensegrity systems have non-linear behavior in terms of geometry, if the initial tension and initial pressure values of the loads are not determined appropriately, the geometric nonlinear analysis may not converge or the axial loads in the system can reach very large values due to the irregularity of the axial loads. In this case, the cost of the structure may increase significantly. Especially cable diameters, cable end fittings and fasteners have a decisive effect on the cost of such structures. The aim of this thesis is to reveal the modeling and calculation details of Tensegrity systems, and to examine the importance of starting the analysis with the structural system with suitable initial conditions (initial tension and initial pressure values) in terms of its effect on the structural design. In this study, information about the modeling and calculation principles of Tensegrity systems with membrane (tension fabric) was given using Formian language, models with equilibrium form calculated by taking into account different initial conditions were created using Formian programming language, and the results were compared in terms of support reactions, stress irregularity and cable diameter. By using the method developed in the Formian programming language, the analysis was made by preparing sample models with the initial conditions determined, and the importance of starting the analysis with the structural system with the appropriate initial conditions in terms of structural design was examined.