Çapraz elemanların sayısal modellenmesinde gerekli davranış parametrelerinin belirlenmesi için açık kaynaklı yazılım geliştirilmesi
Development of open source software for determining required behavior parameters in numerical modeling of braced frames
Yazar: DAMLA BAHAR
Danışman: PROF. DR. BÜLENT AKBAŞ ; DOÇ. DR. ONUR ŞEKER
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem ve Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering

Özet:
Çapraz elemanlar, binalar, köprüler, kuleler ve diğer birçok yapısal sistemde kullanılarak yük taşıma ve dayanıklılık sağlamada önemli bir rol oynarlar. Bu tür elemanlar, 1960'lardan beri yaygın olarak kullanılmakta olup 1980'lerden itibaren de deprem yönetmeliklerinde yer almaktadır. Çelik yapıların, betonarme yapılara nazaran birim ağırlığı başına yüksek dayanım sağlaması, daha hafif yapıların inşa edilmesine olanak tanır. Ayrıca, sahada çoğunlukla kolayca monte edilip inşaat süresinden tasarruf sağlaması ve dinamik yükler altında enerji yutma kapasitelerinin fazla olması gibi avantajları vardır. Buna karşın, çelik yapıların korozyon riski, montaj ve kaynak işlemleri gibi ekstra maliyet çıkarabilme ihtimali, sıcaklık değişimine karşı hassasiyetlerinden dolayı gerçekleşecek olası genleşmede ek gerilmeler oluşabilmesi gibi dezavantajları da mevcuttur.
Çelik çaprazlar, deprem yükleri altında yüksek yanal rijitliğe sahip olmalarına karşılık, basınç etkisi altında çaprazların burkulması nedeniyle süneklik sadece çekmeye çalışan çapraz elemanlar tarafından sağlanabilmektedir. Bu tür taşıyıcı sistemlerin doğrusal olmayan davranışlarının incelenmesinde, özellikle çapraz elemanın basınç yük etkisi altındaki burkulma ve çekme yükü etkisi altındaki akma davranışının gerçekçi biçimde sayısal modellenmesi gerekmektedir. Yapılan bu çalışma, çelik çapraz elemanların dinamik yükler altındaki davranışlarının daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunarak, mühendislik uygulamalarında daha güvenilir ve verimli tasarımlar yapılmasına olanak tanır. Aynı zamanda, bu çalışma ile elde edilen bulgular, çelik yapıların tasarımında yeni kriterlerin belirlenmesine yardımcı olabilir. Çelik çaprazların süneklik kapasitelerinin doğru bir şekilde değerlendirilmesi, yapısal güvenlik ve performans açısından kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, bu tür elemanların modellenmesinde kullanılan parametrelerin doğru belirlenmesi ve sonuçların deneysel verilerle doğrulanması büyük önem taşımaktadır.
Bu çalışmada, içi boş dairesel kesitli çapraz elemanların sayısal modellenmesinde gerekli davranış parametrelerinin basınç ve çekme etkisi altındaki süneklikleri ile olan ilişkileri incelenmektir. Bu ilişki, kesit özellikleri (D/t), narinlik oranı (KL/r) ve E/Fy oranı ile geliştirilmiş ve süneklik tahmin denklemleri oluşturulmuştur. Ardından Python yazılım dili kullanılarak gerekli parametreler kullanıcıdan istenmekte ve süneklik tahmin sonuçları kullanıcıya verilmektedir. Sonrasında sonuçlar test sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Braced members are used in buildings, bridges, towers and many other structural systems, playing an important role in providing load bearing and durability. Such elements have been widely used since the 1960s and have been included in earthquake regulations since the 1980s. Steel structures provide higher strength per unit weight compared to reinforced concrete structures, allowing lighter structures to be built. In addition, they have the advantages of being easily assembled in the field, saving construction time, and having energy absorption capacity under dynamic loads. On the other hand, steel structures also have disadvantages such as the risk of corrosion, the possibility of extra costs as and welding processes, and the possibility of additional stresses due to possible expansion due to their sensitivity to temperature changes.
Although steel braces have high lateral rigidity under earthquake loads, ductility can only be provided by the braced members trying to pull due to the buckling of the braces under the influence of compression. In examining the nonlinear behavior of such carrier systems, it is necessary to realistically numerically model, in particular, the yield behavior of the braced member under the influence of buckling and tensile load under the influence of compression load. This study contributes to a better understanding of the behavior of steel braced members under dynamic loads, allowing more reliable and efficient designs in engineering applications. At the same time, the findings obtained from this study may help determine new criteria in the design of steel structures. Accurate assessment of the ductility capacity of steel braces is critical to structural safety and performance. Therefore, it is of great importance to correctly determine the parameters used in modeling such elements and to verify the results with experimental data.
In this thesis, the relationship between the behavioral parameters required in the numerical modeling of circular hollow braced members and their ductility under compression and tension is examined. This relationship was developed with section properties (D/t), slenderness ratio (KL/r) and E/Fy ratio, and ductility prediction equations is created. Then, using the Python software, the necessary parameters are requested from the user and the ductility estimation results are given to the user. Afterwards, the results were compared with the test results.