Finite element modeling approaches and comparative study on the nonlinear behavior of steel shear-links
Çelik bağ kirişlerin doğrusal olmayan davranışları üstüne sonlu elemanlarla modelleme yaklaşımları ve karşılaştırmalı çalışma
- Tez No: 341060
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AFŞİN SARITAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Bu çalışma, dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin en önemli parçası olan bağ kirişlerin farklı yüklemeler altında doğrusal olmayan davranışlarını incelemektedir. Bağ kirişler, dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve sistemlerin en önemli parçasını oluştururlar ve kolon ve çapraz elemanlar üzerine potansiyel olarak etki edebilecek yüklerin düşürülmesinde sigorta görevi görürler. Doğru tasarlanmış bağ kirişler ciddi yüklemeler altında bile yüksek seviyede enerji sönümleyebilir, bu sebeple dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler depreme dayanıklı yapı tasarımında cazip bir alternatif sistem olarak ortaya çıkmaktadır. Dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin davranışını belirleyen en önemli etmen bağ kirişinin dayanımı, rijitliği ve süneklik özellikleri olduğu için bağ kirişinin doğrusal olmayan davranışının tam olarak bilinmesi önemli bir araştırma konusudur. Literatürde dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler üzerine başlarda yapılan araştırmalar daha çok deneysel yöntemlere dayanmıştır. Bu tür çalışmaların yürütülmesinin pahalı ve zahmetli olabilmesinden ötürü ve günümüzde artık gelişmiş sonlu elemanlar yöntemleri ile analiz olanakları sağlayan yazılım paketlerinin kullanımı ile bağ kirişlerin doğrusal olmayan davranışının sayısal olarak tespit edilmesi ciddi araştırma olanakları sunmaktadır. Bu sebeple, bu tez kapsamında, bağ kirişler 2 ve 3 boyutlu elemanlar kullanılarak, sonlu elemanlar analiz programı ANSYS Workbench ile modellenip analiz edilmiştir. Geliştirilen modellerin doğruluğunun tespit edilmesi için öncelikli olarak literatürde var olan deneysel çalışmalarla karşılaştırma çalışması yürütülmüştür. Bağ kirişler, orijinal boyutları ve sınır koşullarına bağlı kalınarak modellenmiştir. Çelik malzeme özellikleri ise bu tezde detaylı bir şekilde belirtilen bazı kabullerle döngüsel yüklere göre kalibre edilmiştir. Doğrulama çalışmasının ardından, sonlu elemanlar yönteminde birden fazla yaklaşım tarzı denenerek karşılaştırmalı çalışma yürütülmüştür. Yaklaşımlardan ilki yukarıda da belirtildiği üzere ANSYS Workbench platformunun kullanılmasıyla 2 ve 3 boyutlu sonlu elemanlarla modelleme ve döngüsel malzeme modelinin kalibre edilmesine dayanmaktadır. İkinci yaklaşım ise daha önceden geliştirilmiş olan ve eleman boyunca ve kesit derinliğinde yayılı plastisiteyi yakalayabilen bir çerçeve elemanı modellenin kullanılması olmuştur. Karşılaştırmalı çalışmanın ilk etabında, bağ kirişinin flanjının kalınlığının değiştirilmesi ile kirişin taşıdığı toplam kesme kuvvetindeki değişim her iki sayısal yöntemle incelenmiştir. Bu karşılaştırmalı çalışmanın sonucu olarak da çerçeve elemanı modelinde kullanılmak üzere kesitte flanja etki edecek kesme birim deformasyonu tavsiyesi verilmiştir. Karşılaştırmalı çalışmanın ikinci etabında ise, simetrik olmayan yüklemelerin etki etmesi durumunda bağ kirişlerin doğrusal olmayan davranışının her iki sayısal yöntem kullanılarak tespit edilmesi amaçlanmış ve çerçeve eleman modelinin tepkilerinin doğruluğu üzerine sonuca varılmıştır.
Özet (Çeviri)
This study deals with the finite element modeling of the nonlinear behavior of shear links under various loading and boundary conditions. Shear-links are the most important part of an eccentrically braced steel frame system, and provide fuse in terms of reducing the forces acting on the rest of the members such as columns and braces in the framing system. Shear-links are designed for dissipation of large amounts of energy in case of overloading; therefore construction of buildings with eccentrically braced frames is suitable for earthquake resistant design. Since strength, stiffness and ductility characteristics of shear links dominate the behavior of eccentrically braced frames, having full knowledge of the behavior of shear-links is an important research topic. The early research on eccentrically braced frames in literature were generally based on experimental studies that were costly to conduct, but nowadays the use of advanced finite element software packages provide opportunity for the assessment and simulation of the nonlinear behavior of shear-links under various loading and boundary conditions. Such a study has been undertaken in this thesis, and the shear links are modeled and analyzed in finite element program ANSYS Workbench with 2-D and 3-D elements. First, a verification study is conducted, where shear-links from past experiments are considered and the results obtained from the analysis are compared with experimental data. The shear links are modeled according to the original dimensions and boundary conditions. The material properties are calibrated based on the cyclic behavior of steel with some assumptions that are described in detail in the thesis. After this verification study, a detailed comparative finite element study has been conducted. In this part of the thesis, the links are analyzed not only with the proposed finite element modeling approach, i.e. the utilization of 2-D and 3-D elements and cyclic calibration of steel material through the use of ANSYS Workbench, but also with a frame element that can capture spread of plasticity both along element length and section depth. In the first part of the comparative study, the contribution of flange to the overall shear force carrying capacity of shear-links is assessed through both finite element modeling approaches. With this comparison, a realistic description of flange shear strain for the frame finite element model is suggested. In the second part of the comparative study, the influence of unsymmetrical loading protocols on the nonlinear behavior of shear-links is studied through the use of both finite element modeling approaches, and the results are compared to each other and the accuracy of the frame finite element model is assessed.
Benzer Tezler
- A comparative study on nonlinear modeling of structural walls
Yapısal duvarların doğrusal olmayan modellemesi üzerine karşılaştırmalı çalışma
SÜLEYMAN EREN DURSUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR KURÇ
PROF. DR. HALUK SUCUOĞLU
- Dolgu barajların deprem analizleri
Seismic analysis of earth dams
CEM SELÇUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN YILDIRIM
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE
- Determination of prying load on bolted connections
Cıvatalı bağlantılarda kanırtma kuvvetinin belirlenmesi
MERT ATASOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN KAYRAN