Eksenel basınç kuvveti etkisindeki yalın ve beton dolgulu çelik kutu ve boru profillerin tasarımı
Design of bare and concretefilled steel hollow structural members subject to axial compression
Yazar: ARİF HÜSEYİN AYABAKAN
Danışman: PROF. DR. SEVAL PINARBAŞI ÇUHADAROĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Beton = Concrete ; Kolon = Colon ; Kompozitler = Composites ; Çelik borular = Steel pipes ; Çelik yapılar = Steel structures

Özet:
Çelik-beton kompozit yapı elemanları, betona kısmen veya tamamen gömülü çelik profiller ile içleri betonla doldurulmuş (dolgu) çelik kutu/boru profiller olarak iki genel gruba ayrılabilir. Bu tezde eksenel basınç kuvveti etkisindeki dolgu kompozit elemanlar ele alınmıştır. Günümüzde daha çok yüksek binaların, yüksek dayanım ve büyük açıklık geçme kabiliyeti istenen alt katlarında ana taşıyıcı kolonlar olarak kullanılan beton dolgulu kompozit elemanların; çelik profil tarafından neredeyse mükemmel bir şekilde sargılanması nedeniyle dayanımı, rijitliği ve sünekliği, sargılanmamış betona kıyasla, oldukça yüksek olan beton malzeme ile, beton dolgu sayesinde yerel ve genel burkulma, korozyon ve yangına karşı direnci, yalın çelik profile kıyasla, oldukça fazla olan yapısal çelik malzemenin üstün özelliklerini tek bir elemanda barındırıyor olmasının fark edilmesiyle birlikte, gelecekte pek çok farklı mühendislik uygulamasında kendilerine yer bulacaklarına inanılmaktadır. Ülkemizde kompozit elemanların tasarım esasları, güncel çelik tasarım yönetmeliğimiz olan Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik'te (ÇYTHYEY) tanımlanmıştır. Bu tezin amaçlarından biri, eksenel basınç kuvveti etkisindeki beton dolgulu çelik kutu ve boru profillerin tasarım esaslarının zamanla gelişimini araştırarak, ÇYTHYEY'de tanımlanan tasarım esaslarına nasıl ulaşıldığını ortaya koymaktır. Tezin bir diğer amacı da, bu tür elemanların dayanımlarını belirleyen temel tasarım parametrelerini tespit ederek, bu parametrelerin etkilerini detaylı bir şekilde incelemektir. Bu amaçla ülkemizde yaygın şekilde kullanılan çelik kutu ve boru profillerin basınç dayanımları, farklı burkulma boyları ve çelik/beton kaliteleri için hesaplanarak karşılaştırılmıştır. Beton dolgunun etkisini araştırmak amacıyla, profillerin yalın dayanımları da hesaplanmıştır. Ayrıca, hesaplanan dayanım değerleri tablolanarak, tasarımlarında dolgusuz ya da beton dolgulu kutu/boru profil kullanan mühendis ve mimarların kolaylıkla kullanabilecekleri pratik tasarım tabloları oluşturulmuştur.

Abstract:
Steel-concrete composite structural members can be divided into two general groups; (i) steel members partially or completely embedded in concrete and (ii) hollow structural shapes (HSSs) filled with concrete. This thesis deals with concrete-filled composite members (CFCMs) subject to axial compression, which are mostly encountered as main load-carrying columns in lower stories of high-rise buildings, where both ability to span large openings and high strength are required. It is believed that CFCMs will be used in many different engineering applications in the future, with the realization of the fact that CFCMs combine the superior characteristics of two main structural materials; namely, confined concrete, which has, compared to unconfined concrete, enhanced strength, stiffness and ductility due to the almost perfect confinement provided by HSS, and filled structural steel, which has, compared to bare steel, enhanced local and global buckling, corrosion and fire resistances due to the existence of concrete infill, into a single member. In our country, the design guidelines for composite structural members are defined in Specification for Design and Construction of Steel Structures (SDCSS). One of the main objectives of this thesis is to reveal how the design rules given in SDCSS for CFCMs subject to axial compression have been developed over time. Another aim of the thesis is to identify, and then examine the effects of, the main parameters controlling the compressive strength of CFCMs thoroughly. With this aim, the compressive strengths of HSS members widely used in our country are computed and compared for different buckling lengths and steel/concrete grades. Strength values in the absence of concrete infill are also computed to study infill effects. Strength values computed in the thesis are also presented in the form of design tables, which are believed to guide the designers using filled or unfilled HSS members in their designs.