Ondülin gövdeli kirişlerin optimizasyonu ve nihai yük taşıma kapasitelerinin analizi
Optimum design and analysis of load capacity of corrugated web beams
- Tez No: 558975
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FERHAT ERDAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 225
Özet
İnşaat mühendislerinin tasarladığı yapıların önemli bir kısmında yapının kullanım gereksinimleri nedeniyle geniş açıklıklara ihtiyaç duyulur. Geniş açıklıklı yapılar tasarlanırken hem yeterli derecede güvenli hem de ekonomik çözümler üretilmelidir. Yapılacak tasarımın güvenlik ve ekonomiklik niteliklerini taşıması doğrudan tasarımda kullanılacak olan malzemenin ağırlık-dayanım oranı ile ilgilidir. Çelik, malzeme özelliği olarak yüksek birim ağırlığa karşılık gelen dayanım oranıyla diğer yapı malzemelerine kıyasla daha uygun çözümler sunmaktadır. Bilindiği üzere inşaat sektöründe kutu kesitli, dairesel kesitli, I kesitli profiller gibi farklı kesit özelliklerine sahip çelik profil türleri mevcuttur. Bunlar arasından dolu gövdeli I kesitli çelik profiller geniş açıklıkların geçilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. I kesitli çelik profiller tasarımın amacına ve taşıyacakları yüklerin durumuna göre dar ve geniş başlıklı profil türleri arasından seçilmektedir. Yapı sektöründeki gereksinimler doğrultusunda gün geçtikçe yeni profil türleri ortaya çıkmaya devam etmektedir. Büyük açıklıkların düşük maliyetle geçilmesi için tasarlanan yeni nesil çelik kirişlerin gövde yüksekliği artırılmış çelik kirişler vasıtasıyla atalet momentlerinin artırılması ve buna bağlı olarak kirişlerin yük taşıma kapasitelerinin de artması sağlanmaktadır. Fakat gövde yüksekliği artırılmış kirişlerde kesim ve kaynaklama maliyetinin yanı sıra kiriş gövdesi daha narin kalacağı için yanal burkulmaya ve gövde burkulmasına daha eğilimli olduğu görülmektedir. Gövde kesiti ince dalgalı çelik bir levhanın aynı malzeme özelliklerine sahip alt ve üst başlık görevi gören iki çelik plaka ile birleştirilmesi şeklinde geliştirilerek tasarlanan ondülin gövdeli kirişler (OGK), stabilite kaybına ve büyük deformasyonlara engel olurken, uygulanan yük kombinasyonları altında kirişin plastik limit noktasına gelmeden rijitlik kaybına bağlı burkulmasını engelleyerek kesme kuvvetine ve yerel etkilere karşı kirişin yük taşıma kapasitesini arttırmaktadır. Kiriş gövdesinin bu özel yapısı ile kiriş öz ağırlığının azalması ve yük taşıma kapasitesinin artması sağlanarak ekonomik kazanç elde edilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında ilk olarak dalgalı gövdeli kirişlerin stokastik optimizasyon yöntemleri kullanılarak minimum ağırlığa sahip olacak şekilde optimum boyutlandırılması yapılmıştır. Bunun için yapma profil olan ondülin gövdeli kirişlerde gövde yüksekliği, gövde kalınlığı ve dalgalı gövdenin tepe noktaları arası mesafenin yanı sıra başlık genişliği ve başlık kalınlığı tasarım değişkeni olarak kabul edilmiştir. Bu tasarım parametrelerinin davranış ve geometrik sınırlayıcılar altında kiriş ağırlığını minimum yapacak değerleri elde edilmiştir. Formülasyonu oluşturulmuş yapısal optimizasyon problemlerinin çözümü yeni optimizasyon teknikleri olan av arama ve ateşböceği algoritması yöntemlerinin adaptasyonu ile elde edilerek bu iki yöntemin minimum ağırlığının bulunması sürecinde sergilediği performanslar kıyaslanmıştır. Tez çalışmasının ikinci ve esas aşaması olan deneysel süreçte ise; optimum boyutlandırmaları yapılan OGK'lerin farklı yükler altındaki dayanımları hidrolik güç üniteli basınç silindirine sahip yükleme çerçevesi kullanılarak test edilmiştir. Eleman bazında yapılan çelik kiriş testlerinden sonra dalgalı gövdeli kirişler kompozit olarak tasarlanan döşemelere etkiyen yük altındaki davranışları incelenerek nihai yük taşıma kapasiteleri hesaplanmıştır. Tezin son kısmında ise, OGK'lerinin gövde levhası burkulma analizleri ve taşıyabilecekleri kritik yüklerin hesabı sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak yapılmış ve her farklı gövde kalınlığına ve boyuna sahip ondülin gövdeli kirişler için kaydedilen sonlu elemanlar analiz sonuçları deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Ondülin gövdeli çelik kiriş sistemlerinin tasarımları için BS EN1993- 1:2005 (Annex-D, Eurocode 3) ve DIN 18-800 Teil-1 şartnamelerinde öngörülen tasarım kıstasları esas olarak kabul edilmiştir. Kompozit sistemler için bu şartnamelere ek olarak BS-8110'de öngörülen tasarım kıstasları esas olarak alınmıştır.
Özet (Çeviri)
A large part of the structures designed by civil engineers needs large spans due to the usage requirements of the building. When designing large-span structures, they must be produced in safe and economical way. The safety and economy characteristics of the design is directly related to the weight-to-strength ratio of the material which is used in the design. Steel offers more suitable solutions compared to other building materials as it has high strength ratio corresponding to high unit weight. As known, there are many types of steel profiles in the market such as box section, circular section and I section profiles. Among them, I-section steel profiles are frequently used for large spans. I section steel profiles are selected from narrow and wide flange profile types according to the purpose of the design and the loads they will carry. As a result of the requirements in the structural industry, new profile types are still emerging. The height of the new generation steel beams designed for large spans with minimum cost, is upgraded by increasing the moment of inertia and thus increasing the maximum load carrying capacity of the beams. However, as the height of the beam being increased, the web of the beam is simultaneously to be slender and this leads to web buckling and consequently sudden collapses. The corrugated wen beams designed to be developed by combining a thincorrugated steel plate with two steel plates and with same material properties, serving as the upper and lower flange, increases the load carrying capacity of the beam against shear force and local buckling while not only preventing the loss of stability and large deformations, but also preventing the rigidity loss of the beam before reaching the plastic limit under applied loading combinations . With this special structure of the web of the beam, the economic gain is achieved by decreasing the beam self-weight and increasing the load carrying capacity. In the scope of this thesis, firstly, the dimensions of the corrugated web of beams is designed by using optimization methods with minimum weight. For this purpose, the web height, thickness and the distance between the peak points of the corrugated web as well as the flange width and thickness are considered as design variables. The values of these design variables causing the minimum beam weight are obtained under behaviour and geometric constraints. The solutions of the structural optimization problems formulated have been obtained by adaptation of two recent optimization techniques that are hunting search and firefly algorithm methods and the performances of these two methods in the process of finding the minimum weight are compared. In the experimental process, which is the second and main stage of the thesis, the optimally designed corrugated beams are tested under single loading, two points bending and the distributed loading by using the loading frame with pressure cylinder which has hydraulic power unit. After the steel beam tests made on the structural element basis, the maximum load carrying capacities are calculated by examining the behaviors of the corrugated web beams under the load acting on the composite designed slabs. In the last part of the thesis, the web plate buckling analysis of the steel beam specimens with corrugated webs and the calculation of the critical loads that they can carry are executed by using the finite elements software and the results of the finite elements analysis for the corrugated beams with different web thicknesses and lengths are compared with the results obtained from the experiments. Design limitations for corrugated web beams have been taken from BS EN1993-1:2005 (Annex-D, Eurocode 3) and DIN 18-800 Teil-1. Additional limitations adopted from BS-8110 have been considered for the composite systems.
Benzer Tezler
- Trapez ve dalgalı formdaki ondülin gövdeli çelik kirişlerin yük taşıma kapasitelerinin karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of load-bearing capacity of corrugated steel web beams in trapezoidal and sinusoidal form
HARUN TAYLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiAkdeniz Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHAT ERDAL
- Eğrisel formun yeni nesil çelik kirişlerin taşıma kapasitesine etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of curved form on the load carrying capacity of new generation steel beams
SERKAN TAŞ
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiAkdeniz Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHAT ERDAL
- Endüstriyel yapı tasarımında H başlıklı profiller ile ondülin gövdeli profillerin karşılaştırılması
The comparison of H-profile with corrugated web beam, in industrial building design
HATİCE GÖKŞEN GÖKNUR GÖNEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Mühendislik BilimleriKocaeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FUAD OKAY
- İpek böcekçiliğinde kullanılan askı tiplerinden plastik ondülin ve sap askıların koza kalitesi üzerine etkileri
Effects of plastic and straw cocooning aids on the quality of silkworm cocoons
MEHMET BAKİ
- Değişik yüzey profillerine sahip tek geçişli plaka tipli ısı değiştiricilerinde ısı transferinin araştırılması
Investigation of the heat transfer of the single pass plate type heat exchangers having different surface profiles
HÜSEYİN BENLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Eğitim ve ÖğretimFırat ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYDIN DURMUŞ