Geri Dön

Ultimate response of stainless steel bolted connections

Paslanmaz çelik bulonlu birleşimlerin nihai davranışı

  1. Tez No: 718759
  2. Yazar: ORHAN YAPICI
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MARIOS THEOFANOUS
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, Makine Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Mechanical Engineering, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: The University of Birmingham
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 220

Özet

Yapısal uygulamalarda paslanmaz çelik kullanımı, onlarca yıldır paslanmaz çelik elemanlarının yapısal davranışları üzerine odaklanan çoğu araştırmaya bağlı olarak istikrarlı bir şekilde artmaktadır. Ancak, paslanmaz çelik önemli seviyede pekleşme özelliğine sahip olması ve akma platosuna sahip olmaması bakımından karbon çeliğinin malzeme özelliklerine nazaran temel farklılıklara sahiptir. Ayrıca, esasen karbon çelik birleşimler için geliştirilmiş olan EN 1993-1-8 (2005) tasarım hükümleri günümüzde yalnızca küçük modifikasyonlar ile paslanmaz çelik bağlantılarının tasarımına uygulanmakta olup, bu nedenle gereğinden fazla güvende kalan dayanım tahminlerine ve dolayısıyla da verimsiz tasarıma yol açmaktadır. Bu tez kapsamında, daha verimli tasarım kuralları temin etmek, paslanmaz çelik birleşimlerine yönelik mevcut tasarım kurallarını incelemek ve geliştirmek için, geniş kapsamlı deneysel ve sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiş ve rapor edilmiştir. İlk olarak, kırılma özelliklerinin belirlenmesi ve gerilim altındaki paslanmaz çelik bulonlara ait açık kırılma modellemesi üzerine deneysel bir program yürütülmüştür. Kırılma başlangıcında eşdeğer plastik şekil değiştirme oranı ile üç eksenli gerilme seviyesi arasındaki ilişkiyi tanımlayan bir tahmin denklemi A4-80 paslanmaz çelik bulonları için deneysel olarak elde edilmiş ve sonlu elemanlar programı ABAQUS'de mevcut, sünek metaller için fenomenolojik kırılma modeli içerisinde kullanılmıştır. Akabinde, bulonlara ait kırılma modellerinin, bir hasar başlangıç kriteri ve kırılma yayılım parametreleri ile düktil hasar modeli kullanarak içerisine dahil edildiği ileri seviye bir sonlu elemanlar modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen sonlu elemanlar modeli literatürde bulunan mevcut deneysel verilerle doğrulanmış ve ağırlıklı olarak çekme yükü altında bulon kırılması yoluyla hasar gören paslanmaz çelik birleşimlerinin genel tepkisinin ve mevcut sünekliliğinin büyük bir doğrulukla tahmin edilmesi için yeterli olduğu gösterilmiştir. Arkasından, ferritik paslanmaz çelik bulonlu T-bağlantı'larının monotonik çekme yüklemesi altındaki nihai davranışları deneysel olarak incelenmiş ve geniş kapsamlı geometrik konfigürasyon kullanarak sünek bir modda güç tükenmesi sağlayacak şekilde 17 adet numune nihai dayanımlarına kadar test edilmiştir. Elde edilen plastik ve nihai dayanımlar ile bunlara karşılık gelen yer değiştirmeler ile malzeme anizotropisini de içeren karakteristik malzeme özellikleri ayrıntılı olarak rapor edilmiştir. Ferritik paslanmaz çelik T-bağlantı'ların nihai dayanımın plastik dayanıma oranı olarak da tanımlanan dayanım fazlalığı ve önemli oranda anizotropi sergilediği gözlenmiştir. Membran etkisinin T-bağlantı'ların nihai dayanımı üzerindeki etkisi deneysel olarak gözlemlenmiş ve ölçülmüş olup, yakın geçmişte ileri sürülmüş olan tahmini denklem elde edilen sonuçlar üzerinde değerlendirilmiştir. Bu büyük güç rezervi, bir kolon kaybı içeren ilerlemeli göçme durumunu hafifletmek için kullanılabilir. Ferritik paslanmaz çelik bulonlu T-bağlantı'ları üzerinde gerçekleştirilen deneysel incelemeleri müteakip, ileri seviye bir sonlu eleman modeli geliştirilmiş ve mevcut test verilerine karşı doğrulanmıştır. Sonlu eleman modelleri nihai ve plastik dayanımları ve güç tükenmesi modlarını oldukça doğru bir şekilde tahmin etmiştir ve her bir test numunesinin tam kuvvet-deplasman eğrileri elde edilmiştir. Ayrıca, paslanmaz çelik T-bağlantı'ların nihai davranışı üzerine farklı parametrelerin etkisini ortaya çıkarmak için kapsamlı bir parametrik çalışma yürütülmüş ve sonuçlar da kapsamlı bir şekilde rapor edilmiştir. Elde edilmiş olan deneysel ve sayısal sonuçlara bağlı olarak, EN 1993-1-8 (2005) değerlendirilmiştir. EN 1993-1-8 (2005)'in plastik dayanım tahminleri östenitik ve dubleks paslanmaz çelik T-bağlantı'lar için aşırı derecede güvenli seviyede kalmakta olup, ferritik paslanmaz çelik bulonlu T-bağlantı'lar için ise yeterli ve tatmin edici seviyededir. Bu tatmin edici tahmin seviyesi ferritik paslanmaz çeliği ve karbon çeliğinin benzer pekleşme özelliğine sahip olmasına dayandırılmıştır ki östenitik ve dubleks paslanmaz çeliklere nazaran kayda değer bir derecede daha alt seviyede pekleşme özelliğine sahiptirler. Karbon çelik bulonlu T-bağlantı'ların nihai dayanımının tahmini için yakın zamanda öne sürülen bir tasarım formülü paslanmaz çelik T-bağlantı'larına uygulanmıştır. Öne sürülen formülün kayda değer bir kesinlik ile paslanmaz çelik bulonlu T-bağlantı'ların nihai dayanımını tahmin edebildiği sonucuna varılmıştır. Son olarak, yapılan çıkarımlar ve geleceğe yönelik araştırma önerileri tezin son bölümünde sunulmuştur.

Özet (Çeviri)

The use of stainless steels in structural applications has been steadily growing for decades with most research focusing on the structural behaviour of stainless steel members. However, the material behaviour of stainless steels has essential differences from that of carbon steel, as it exhibits significant strain hardening and an absence of a well-defined yield plateau. Moreover, the design provisions of EN 1993-1-8 (2005) which was originally developed for carbon steel joints are currently applicable to design of stainless steel connections with only minor modifications, thereby leading to unduly conservative strength predictions and hence inefficient design. To provide more efficient design rules, assess and improve the current design guidance for stainless steel connections, extensive experimental and numerical studies have been performed and are reported in this thesis. Firstly, an experimental programme on the determination of fracture properties and explicit fracture modelling of stainless steel bolts in tension has been performed. A predictive equation relating the equivalent plastic strain at fracture initiation and stress triaxiality for A4-80 stainless steel bolts was obtained experimentally and utilised within the phenomenological fracture model for ductile metals available in the FE code ABAQUS. Subsequently, an advanced FE model was developed in which the fracture of the bolts was incorporated utilising a ductile damage model with a damage initiation criterion and fracture propagation parameters. The developed FE model was validated against available experimental data published in the literature and was shown to accurately predict the available ductility and overall response of stainless steel joints failing by bolt fracture under predominantly tensile load. Subsequently, an experimental study on the ultimate behaviour of ferritic stainless steel bolted T-stubs under monotonic tension was carried out and 17 T-stubs employing a wide range of geometric configurations, which were designed to fail in a ductile mode were tested to failure. The obtained ultimate and plastic resistances with corresponding displacements and material characteristics including material anisotropy have been reported in detail. It was observed that the ferritic stainless steel T-stubs exhibit significant anisotropy and overstrength which can be defined as the ultimate over the plastic resistances. The effect of membrane action on the ultimate resistance of the T-stubs has been experimentally observed and quantified and a recently proposed predictive equation was assessed based on the obtained results. This immense strength reserve may be relied upon to mitigate progressive collapse under a column loss. Following the experimental investigations on ferritic stainless steel bolted T-stubs, an advanced FE model was developed and validated against the available test data. The FE models predicted the ultimate and plastic forces, and failure modes very accurately and the full force-displacement curves of each test specimen were obtained. Moreover, an extensive parametric study was conducted to reveal the effect of different parameters on the ultimate response of the stainless steel T-stubs and the results are reported comprehensively. Based on the obtained experimental and numerical results, the EN 1993-1-8 (2005) was assessed. It was concluded that the plastic resistance predictions of EN 1993-1-8 (2005) are overly conservative for austenitic and duplex stainless steel T-stubs, but satisfactory for ferritic stainless steel bolted T-stubs. This was attributed to the similarity of the strain-hardening characteristics between ferritic stainless steels and carbon steel, which are markedly inferior to those of the austenitic and duplex stainless steel grades. A recently proposed design formula for estimating the ultimate resistances of carbon steel bolted T-stubs was applied to the stainless steel T-stubs. It was concluded that the proposed formula can predict the ultimate resistances of stainless steel bolted T-stubs with a significant accuracy. Finally, conclusions have been made and future research suggestions are given in the final chapter of the thesis.

Benzer Tezler

  1. Ultimate response of stainless steel bolted connections

    Başlık çevirisi yok

    ORHAN YAPİCİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    İnşaat MühendisliğiThe University of Birmingham

    DR. MARİOS THEOFANOUS

  2. Kapalı kesit paslanmaz çelik çekme elemanları kaynaklı uç birleşimlerinin davranış ve tasarımı

    Behaviour and design of gusset plate welded end connections of stainless steel tubular members under axial tension

    EDİP SEÇKİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Kültür Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜVEN KIYMAZ

  3. Bina ve inşaatlarda kullanılan çelik sacların punta kaynağı ile birleştirilmesi

    Connecting steel sheets used in building and construction by spot welding

    EHAB ALAA FARHAN FARHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat MühendisliğiKütahya Dumlupınar Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA HALUK SARAÇOĞLU

  4. Aktif ve pasif yapı kontrolü

    Active and passive structural control systems

    ÖZGÜL ZOBU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Yapı Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. A. NECMETTİN GÜNDÜZ

  5. Aging response of az series magnesium alloys after thermo-mechanical processing

    Başlık çevirisi yok

    MUSTAFA MISIRLI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Makine MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜNEY GÜVEN YAPICI