Düzlem içi eğilme momentine maruz kalmış elips enkesitli T-birleşimlerin dayanımları

Abstract

Son yıllarda "Elliptical Hollow Section" (EHS) olarak bilinen ve türkçeye elips enkesitli içi boş profil olarak tercüme ettiğimiz profillerin üretimi, mühendislik avantajları ve estetik görünümleri nedeniyle popüler hale gelmiştir. Ancak elips enkesitli içi boş profiller (EHS) kullanılarak oluşturulmuş birleşimlerin dayanımlarını hesaplamak için yönetmeliklerde herhangi bir analitik yöntem mevcut değildir. Bu profiller iki farklı çapa sahip oldukları için, birleşim dört farklı oryantasyon tipiyle oluşabilmektedir. Genellikle bu profillerin dayanımlarının hesabı, "Rectangular Hollow Section" (RHS) olarak bilinen ve türkçeye dikdörtgen enkesitli içi boş profil olarak tercüme ettiğimiz profillere benzetilerek yapılır. Bu benzetme işlemine eşdeğer dikdörtgen enkesitli profil yöntemi denilmektedir. Bu yöntem; EHS'nin büyük ve küçük çapının sırasıyla, RHS'nin büyük ve küçük çapına eşit olduğu varsayılıp, yönetmeliklerde RHS'lerin dayanımlarını hesaplamak için mevcut olan hesap yöntemlerinin kullanılıp, EHS'lerin dayanımlarının hesaplanması esasına dayanır. Ancak yapılan literatür araştırmaları, eşdeğer dikdörtgen enkesitli profil yönteminin her zaman güvenilir ve ekonomik sonuçlar vermediğini göstermiştir. Bu çalışmanın amacı, mevcut yönetmeliklerdeki eşdeğer dikdörtgen enkesitli profil yöntemi kullanılarak düzlem içi eğilme momentine maruz kalmış EHS T-birleşimlerinin dayanımlarını ve göçme modlarını incelemektir. Bu çalışmada, doğrusal olmayan sonlu elemanlar yazılımı olan ABAQUS v.6-14.1 programı kullanılarak sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizler yapılmadan önce mevcut bir test sonucu ile sonlu elemanlar modelinin doğrulaması yapılmıştır. Elde edilen doğrulama sonucuna göre; sonlu eleman tipi, malzeme özelliği, sonlu eleman ağ aralığı ve doğrusal olmayan sayısal analizlerde ele alınan zaman adımı gibi parametreler, parametrik çalışmalarda kullanılmıştır. Bir dizi parametrik çalışma, EHS T-birleşimlerinin oryantasyon tipleri ve ana elemanlarının geometrik özellikleri dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal analiz sonuçları, eşdeğer dikdörtgen enkesitli içi boş profil yönteminden elde edilen analitik sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Sayısal analiz sonuçlarına göre, eşdeğer dikdörtgen enkesitli profil yönteminin ekonomik olmayan öngörülerde bulunduğu tespit edilmiştir. Ayrıca EHS T-birleşimlerinin tip 1 ile tip 2 ve tip 3 ile tip 4 oryantasyonlarının benzer dayanımlara ve davranışlara sahip olduğu sonucuna varılmıştır. Bu tezde, ekonomik ve güvenli bir analitik hesap yöntemi geliştirilmiş ve sayısal analiz sonuçları ile karşılaştırılarak bu yöntem doğrulanmıştır.

The production of profiles known as "Elliptical Hollow Section" (EHS) in recent years and translated to Turkish as "Elips Enkesitli İçi Boş Profil" has become popular because of their aesthetic appearance and advantages in the structural engineering. However, there is no any analytical methods in regulations to calculate the resistance of the joints made of Elliptical Hollow Section (EHS). As these profiles have two different diameters, the joints can form in four different orientation types. The resistance of these profiles are generally calculated by simulating to the profiles which are known as "Rectangular Hollow Section" (RHS) and translated to the Turkish as "Dikdörtgen Enkesitli İçi Boş Profil". This approach is called equivalent rectangular section profile method. In this method, it is assumed that the width and depth of RHS members are equal to the small and large diameters of EHS member and resistance of EHS joints may be calculated based on the equivalent RHS method in regulations. However, the literature researches have shown that equivalent RHS method may not give safe and economic results for each orientation. The purpose of this study is to investigate the failure modes and the resistance of EHS T-joints subjected to in-plane bending moment by using equivalent RHS method in available design guides. In this study, numerical analyses have been carried out by using non-linear finite element software, ABAQUS v6-14.1. Before numerical analyses have been done, finite element model has been validated with an available test result. According to this validation study, finite element type, material type, mesh size and parameters such as time step which are handled in non-linear numerical analyses used for parametric studies. A series parametric study was carried out by considering the orientation types of EHS T-joints and geometrical parameters of main members. Numerical results have been compared to analytic results based on equivalent RHS method. According to these results, it has been found that this method is conservative. Moreover, it has been noted that type 1 and type 2 have similar resistance and behaviour with type 3 and type 4 orientations. In this thesis, a safe and economic calculation method has been introduced and this method has been verified by comparing with numerical results.