Eksenel yüke maruz güçlendirilmiş elips enkesitli kaynaklı T birleşimlerin davranışlarının incelenmesi

Abstract

Elips enkesitli profiller (EEP) ile yapılan yapıların uygulaması, mühendislik avantajları ve estetik görünümleri nedeniyle boru profiller arasında son yıllarda popüler hale gelmiştir. EEP'lerin mimari açıdan önemli özelliği, iki farklı çapı olduğundan, daha ince bir görünüme sahip olarak tasarlanabilmeleridir. EEP'lerin bir diğer avantajıda kare veya dikdörtgen enkesitli profiller gibi köşeleri keskin olmadığından yüzeysel rüzgâr yüklerini azaltıcı etkiye sahip olmalarıdır. Elips enkesitli kaynaklı birleşimlerin dört farklı oryantasyonu vardır. Bunlar; Tip-1, Tip-2, Tip-3 ve Tip-4 olarak isimlendirilir. Tip-1 ve Tip-2'de örgü elemanlar başlık elemanının geniş yüzüne kaynaklanırken, örgü elemanlar Tip-3 ve Tip-4'te başlık elemanının dar yüzüne bağlanır. Bu nedenle, Tip-1 ve Tip-2'nin eksenel yük taşıma kapasitesi daha küçüktür. Başlık yüzünün plastikleşmesi genellikle EEP birleşimlerinin kapasitesini belirler. Sonuç olarak, elips şeklindeki bağlantıların eksenel yük taşıma kapasitesi, örgü ile başlık elemanının kesişme bölgesi çevresinde bir takviye plakası kullanılarak arttırılabilir. Bu çalışma, başlık elemanı zayıf ekseninde çalıştığı durum için eksenel olarak yüklenmiş takviyeli EEP-T birleşimlerinin Tip-1 ve Tip-2 oryantasyonlarının eksenel yük taşıma kapasitesine odaklanmaktadır. Güçlendirilmiş EEP-T birleşimlerinin eksenel yük taşıma kapasitesini hesaplamak için herhangi bir tasarım yöntemi bulunmamaktadır. Bu çalışma, eksenel basınç yüküne maruz kalan güçlendirilmiş EEP-T birleşimlerinin göçme modlarını ve eksenel yük taşıma kapasitelerini sonlu elemanlar yöntemini kullanarak incelemeyi amaçlamaktadır. Parametrik çalışmadan önce, doğrusal olmayan sayısal analizlerde ele alınan sonlu eleman tipi, ağ boyutu ve zaman adımı gibi parametreler belirlenmiştir. Doğrulama çalışmasından sonra, çok çeşitli geometrik parametreler göz önünde bulundurularak eksenel yüke maruz EEP-T birleşimleri üzerine bir dizi parametrik çalışma yapılmıştır. Sayısal sonuçlar, takviye plakasının birleşimin eksenel yük taşıma kapasitesi üzerindeki etkilerinin Tip-1 ve Tip-2 oryantasyonlarında önemli ölçüde farklı olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, çoklu lineer regresyon analizlerine dayalı olarak güçlendirilmiş EEP-T birleşimlerinin eksenel yük taşıma kapasitesini belirlemek için iki farklı tasarım yöntemi geliştirilmiştir. Bu tezde, güçlendirilmiş EEP-T birleşimlerinin eksenel yük taşıma kapasitelerinin hesaplanabilmesi için güvenli ve ekonomik bir hesaplama yöntemi tanıtılmış ve bu yöntem sayısal sonuçlarla karşılaştırılarak doğrulanmıştır.

In the recent years, application of the structures made of Elliptical Hollow Section (EHS) has become popular among tubular sections due to their aesthetic appearance and engineering advantages. The important feature of EHSs in terms of architectural point of view is that it is possible to have slender appreance since they have two different diameters. The other advantage of the EHS members is that surface wind load effect is reduced because of that there is no sharp corners as Square or Rectangular Hollow Sections. It is possible to form welded EHS T-joints with four different type orientations. They are called as Type-1, Type-2, Type-3 and Type-4. Brace members are welded to the wide side of the chord member in Type-1 and Type-2, while the brace members are connected to the narrow side of the chord member in Type-3 and Type-4. Therefore, the axial load carrying capacity of the Type-1 and Type-2 is smaller than that of Type-3 and Type-4. Plastification of the chord face generally governs to capacity of the EHS joints. As a result, the axial load carrying capacity of the tubular joints may be improved by using a reinforcing plate around the brace-to-chord intersection region. This study focuses on the axial load carrying capacity of axially loaded reinforced EHS T-joints Type-1 and Type-2 since the chord member works on its weak axis. Currently, there is no design method to calculate the axial load carrying capacity of the reinforced EHS T-joints. This study examines the failure modes and the resistance of reinforced EHS T-joints subjected to axial compressive load using finite element method. Before the parametric studies, the results of the numerical models created using non-linear finite element solfware, ABAQUS v6-14.1 were validated against the available test data. According to this validation study, parameters such as finite element type, metarial type, mesh size and time step, which are considered in non-linear numerical analyses for parametric studies, were determined. After the validation study, a series of parametric studies were carried out on the axially loaded EHS T-joints, considering a wide range of geometric parameters. The numerical results show that the effects of the reinforcement plate on the axial load carrying capacity of reinforced EHS T-Joints based on multiple linear regression analyses. In this thesis, a safe and economical calculation method for calculating axial load carring capacities of reinforced EHS T-Joints was introduced and this method was validated by comparing with numerical results.