In-plane behavior of sandwich panels
Sandviç panellerin düzlem içi davranışı
- Tez No: 467075
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 199
Özet
Sandviç paneller uygulama kolaylığı ve yalıtım özelliklerinden dolayı özellikle endüstriyel yapılarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu özelliklerinden dolayı inşa süresini ve saha giderlerini azaltmaktadır. Paneller kar ve rüzgâr gibi düşey yüklere maruz kalacağı için trapezoidal bir üst yüzey oluşturulmuştur. Panellerin bağlantısı su sızıntısını engellemek için trapez şeklindeki bu çıkıntı bölgelerinden gerçekleştirilir. Düz paneller duvar kaplamaları için kullanılırken, şekil verilmiş paneller çoğunlukla çatı veya tavan kaplama uygulamalarında kullanılmaktadır. Sandviç paneller standart levhalara göre oldukça yüksek dayanıma sahiptir. Bu nedenle daha az sayıda trifon kullanılarak daha geniş açıklıkların geçilmesi (rüzgâr yüklerine bağlı olarak 5 m'ye kadar) mümkün olmaktadır. Sandviç paneller çok ince saç kalınlıklarına sahip olsalar da çatı düzlemi boyunca kullanıldıkları için oldukça yüksek düzlem içi rijitliği de sağlayabilmektedirler. Ancak sandviç panellerin düzlem içi rijitliği tasarım sırasında ihmal edilmektedir. Ancak mevcut düzlem içi rijitliğinden faydalanarak rijit diyafram etkisi oluşturulabilir ve yatay yükleri yapı taşıyıcı sistemine aktarabilir, yapısal elemanların yatay yerdeğiştirmeleri bir miktar azaltılabilir. Bunlara ek olarak sandviç elemanların düzlem içi rijitliğinin doğru kullanılması ile yapısal elemanlarda meydana gelebilecek burkulma problemleri de engellenebilir. Sandviç panellerin dayanımı tasarımcılar tarafından ihmal edilse de, sandviç paneller sağladıkları rijit diyafram etkisinden dolayı yatay yüklerin taşınmasına olanak sağlayan farklı bir çapraz sistemi gibi çalışabilmektedir. Bu nedenle Türkiye'de sıklıkla kullanılan sandviç panellerin düzlem içi rijitliklerinin belirlenmesi ve rijit diyafram etksinin incelenmesi için İstanbul Teknik Üniversitesi Yapı ve Deprem Mühendisliği Laboratuvarında (YDMLab) kapsamlı bir deney programı başlatılmıştır. Deneyler bu yüksek lisans tezi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma eleman ve sistem deneyleri olarak iki fazda gerçekleştirilmiştir. Deneyler 25 ton yükleme ve ±300 mm yerdeğiştirme kapasitelerine sahip MTS hidrolik veren kullanılarak tamamlanmıştır. Birinci grup eleman deneylerinde iki farklı sandviç panel tipi kullanılmış ve tek yönlü artımsal yükleme yapılmıştır. Deneylerde yükleme yönü, saç kalınlığı ve cıvata sayısı gibi parametrelerin panellerin düzlem içi rijitliklerine olan katkısı irdelenmiştir. Deney sonuçları sandviç panellerin düzlem içi rijitliklerinin büyük oranda kullanılan saç kalınlığı, cıvata çapı ve sayısına bağlı olduğunu göstermiştir. Panelde oluşan yükleri alt yapıya aktaracak cıvata sayısının sandviç panel düzlem içi rijitliğini büyük oranda etkileyecek en önemli parametre olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Cıvata sayısının artmasıyla cıvatalara ve cıvataya temans eden saç yüzeyine etkiyecek olan kuvvetler azalmaktadır. Bu nedenle cıvataların saçı yırtması için daha büyük kuvvetlere çıkılması gerekmektedir. Her iki sandviç panel türü için de cıvata sayısının 2 kat artması durumunda elde edilen maksimum yük yaklaşık olarak 2 kat artmıştır. Yükleme yönünün panel hadvelerine dik ya da paralel olması panellerde ulaşılacak maksimum yük değerini önemli oranda etkilemektedir. Aynı cıvata sayısı ve çapı kullanılması durumunda, hadveye paralel olarak gerçekleştirilen yüklemelerde elde edilen maksimum reaksiyon kuvveti hadveye dik yüklemelere göre %36 daha fazla olabilmektedir. Eleman deneyleri tamamlandıktan sonra ikinci aşamada tam ölçekli sistem deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sistem deneylerinin gerçekleştirilebilmesi için öncelikle labil bir kayma çerçevesi oluşturulmuştur. Panellerin ana yapıya bağlantısını temsil edebilmek için oluşturulan kayma çerçevesi üzerine betonarme kirişler sabitlenmiştir. Sandviç paneller bu betonarme elemanlara 4.5mm çapındaki trifonlar vasıtasıyla bağlanmıştır. Bu deneylerle bir sistem içerisinden çıkarılan panellerin diyafram etkisine katkısı irdelenmiştir. Eleman deneylerinde kullanılan numunelere benzer karakteristikteki tam ölçek numuneler farklı yükleme yönü ve cıvata yerleşimleri etkisinde çevrimsel yüklemeye maruz bırakılmıştır. Yükleme panel hadvelerine dik ve paralel olacak şekilde numunelerin deney çerçevesine bağlantısı gerçekleştirilmiştir. Bağlantı sırasında ilk olarak her panelde 3 adet trifon kullanılmıştır. Yapılan iyileştirme önerisinde ise iki panelin birleştiği hadve kesitimde 3 adet diğer hadvelerde 2 adet trifon kullanılmıştır. Eleman deneylerine benzer olarak sistem deneyleri de panellerdeki hadve sayısının düzlem içi rijitliğe önemsenecek bir katkısı olmadığını göstermiştir. Sonuçlar trifon yerleşimi ve sayısının sistemin kuvvet kapasitesini arttırabilmek için en önemli parametre olduğunu göstermiştir. Benzer özellikteki sandviç paneller kullanılarak yapılan deneylere iyileştirilmiş birleşimde elde edilen maksimum kuvvet değeri geleneksel yönteme göre %240 daha iyi sonuç vermiştir. Yükleme yönünün de benzer olarak önemli bir parametre olduğu görülmüş ve hadveye paralel yükleme durumunda elde edilen kuvvet değerleri hadveye paralel yüklemelere göre 1.5 kat daha fazla elde edilmiştir. Yapılan tüm eleman ve sistem deneylerinde sandviç panellerin göçme modu paneli oluşturan levhaların yırtılmasıyla gerçekleşmiştir. Göçme modunun gerçekleştiği anda bile panellerin gerçek kapasitesinden çok aşağıda kalınmıştır. Sandviç panellerin çatı düzlem içi rijitliğine katkı sağlaması veya rijit diyafram etkisi yaratması ve bu etkiyi devam ettirebilmesi için önerilen formül ile kapasitenin hesaplanması ve oluşacak maksimum yüklerle karşılaştırılması gerekmektedir. Ancak panellerin rijitliğinden tamamen faydalanmak için yeni bağlantı yöntemleri ve bağlantı elemanları geliştirilmeli paneli oluşturan saçların akmadan önce yırtılması önlenmelidir.
Özet (Çeviri)
Sandwich panels, which consist of two thin steel faces separated by a polystyrene foam core, are increasingly used in the building sector. Sandwich panels are commonly used for enclosures of buildings. They are fixed to a substructure, and they transfer transverse loads, for example, snow and the wind, to the substructure. For the roof panels, a profiled (corrugated) external face is preferred. These panels are crest-fixed in Turkey to prevent any water leaks. Flat or profiled panels can be used for walls. Sandwich panels have numerous advantages as they can serve as roof and ceiling while providing thermal insulation and an excellent finish. Therefore, they can reduce the construction time and on site costs associated with installing roof cladding, ceiling and insulation. Sandwich panels are considerably stronger than the standard profiled sheets. They can span up to 5 m depending on the design wind pressures and therefore will need fewer purlins and girts, and hence less fixing time and greater saving. When loaded by in-plane shear forces, sandwich panels have a high shear stiffness. Unlike for related building products such as trapezoidal sheeting or cassette profiles, the shear stiffness of sandwich panels is usually not taken into account for the design of the building. The high shear stiffness can be used for different stabilizing effects: sandwich panels can restrain the lateral displacement of single components (e.g. beams, columns). Therefore flexural and lateral torsional buckling is prevented. By acting as diaphragm sandwich panels can also be used for global stabilization of whole building structures and for transferring horizontal loads, e.g. wind loads. When sandwich panels are used instead of conventionally profiled sheeting, the designers ignore the stressed skin action of these considerably stiffer panels. Hence a separate bracing system is provided to carry lateral forces. However, the true behavior of buildings under wind loads is influenced by the stressed skin (diaphragm) action of roof and wall panels. So, with the aim of investigating the in-plane behavior and possibility of using the stressed skin (diaphragm) action of sandwich panels commonly used in Turkey for roof application a large scale experimental campaigns were conducted in Structural and Earthquake Engineering Laboratory of Istanbul Technical University. The experimental studies were conducted in the scope of this thesis. The experimental studies were performed in two different phases namely; element (individual panel) tests and system tests. In the first step, a series of experimental study was carried out to investigate the in-plane behavior of individual sandwich panels with two distinct type considering different loading direction and number of the fasteners under monotonic loading case. The performed monotonic tension tests showed that the in-plane behavior of panels mainly depends on fasteners' diameter, panel sheets' thicknesses, a number of fastenings and loading direction. The number of the fasteners used to transfer loads from panel to the substructure is considered as the main factor which can effect on panel's in-plane load bearing capacity. With the use of more fasteners, the portion of bearing load for each fastener and forces acted on sheets' cross section due to an interaction between fasteners and sheets are decreased. Therefore, sheets crushing in the holes made to fix panels to the substructure is postponed. For each type of the panel when loading direction was identical with the use of more fasteners (double), the in-plane load bearing capacity of the panel was increased up to 2 times. Loading direction is another factor which can influence on panel's in-plane behavior, for each type of the panel with the use of an identical number of the fasteners when loading direction changed from perpendicular to parallel to the ribs of the panel the in-plane load bearing capacity of the panel was increased up to 1.36 times. In the second phases, the system tests were carried out. The testing set-up consisted of sandwich panels and fully pinned swaying steel frame equipped with RC beams to transfer the lateral load to sandwich panels. In this phase, a series of the large-scale experimental study was conducted to evaluate the in-plane behavior and possibility of using the stressed skin (diaphragm) action of sandwich panel systems with two distinct type of panels considering different loading direction and fasteners' arrangement under quasi-static cyclic loading case. Fasteners were used in panel to panel and panel to the frame connections. The results indicate that type of the panels differentiated by the number of ribs at profiled (corrugated) face have not effect on systems' in-plane load bearing capacity and stiffness. As same as element tests, system tests confirmed the fact that the number of the fasteners (arrangement) is the main factor which can effect on system's in-plane load bearing capacity and stiffness. For each type of the panels with the use of modified pattern for the fasteners in comparison with conventional arrangement system's load bearing capacity was increased up to 2.4 times. In the case of loading for each type of the panels with the use of identical fasteners' arrangement when loading direction was changed from perpendicular to parallel to the longitudinal axis of the system, the in-plane load bearing capacity of the system is increased up to 1.5 times.
Benzer Tezler
- Darbe hasarına maruz kalan sandviç kompozitlerin statik mukavemetinin incelenmesi
Investigation of static strength of sandwich composites subjected to impact damage
ABDULLAH İKİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Farklı çekirdek malzemesine sahip kompozit sandviç panellerin darbe ve darbe sonrası basma davranışlarının incelenmesi
Low velocity impact and after impact compression behavior of composite sandwich panels with different core materials
EMRE LEKESİZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT ÇALIŞKAN
- Mechanical behaviour of the composite sandwich plates under blast loading
Patlama yükü altındaki sandviç kompozit panellerin mekanik davranışının incelenmesi
YUSUF SERDAR ODMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT ZİYA DOĞAN
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Kompozit yapılarda makro ve mikro hasar davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of macro and micro damage behavior in composite structures
İSMAİL ÖZEN
Doktora
Türkçe
2022
Havacılık MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GEDİKLİ