Geri Dön

Sürtünme etkili birleşimlerin deneysel ve sayısal yöntemlerle incelenmesi ve tasarım parametrelerinin değerlendirilmesi

Experi̇mental and numeri̇cal investigation of slip-cri̇ti̇cal connections and evaluation of design parameters

PDF İndir

  1. Tez No: 997291
  2. Yazar: HÜSEYİN SÖĞÜT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RAMAZAN ÖZÇELİK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışmada, çelik birleşimlerde görülen kaymaların önlenmesi amacıyla kullanılan ön çekme kuvveti uygulanmış yüksek mukavemetli bulonlarla oluşturulan sürtünme etkili birleşimlerin davranışı incelenmiştir. Tarihsel olarak 1930'lu yıllarda kullanılmaya başlanan bu birleşim türü, özellikle yorulma performansının yüksek olması nedeniyle tercih edilmektedir. Sürtünme etkili birleşimlerde yük aktarımı, bulonlara uygulanan ön çekme kuvvetinin oluşturduğu sıkıştırma sayesinde, temas yüzeyleri arasındaki sürtünme kuvvetiyle sağlanmaktadır. Bu özellikleri nedeniyle söz konusu birleşimler, dış yüklerin yönünün sık sık değiştiği yapılarda avantaj sağlamaktadır. Bu doktora tezi kapsamında, standart dairesel, büyük dairesel, kısa oval ve uzun oval deliklere sahip 20 adet sürtünme etkili birleşim numunesi, çevrimsel çekme yükleri altında test edilmiş ve sürtünme katsayıları belirlenmiştir. Sonlu elemanlar yönteminde, analiz sonuçlarının deney sonuçlarıyla örtüşmesi tek başına doğrulama için yeterli değildir. Bunun yanı sıra, kayma kilitlenmesi ve tekil mod gibi sayısal problemlerin de geçerli sonuçlar elde edilebilmesi için ele alınması gerekmektedir. Bu doktora tezi kapsamında, kayma kilitlenmesi ve tekil mod problemleri ayrıntılı olarak incelenmiş ve bu sorunların üstesinden gelebilen, etkin ve doğrulanmış bir sonlu eleman modeli önerilmiştir. Çalışma bulguları, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları (ÇYTHYE 2016) şartnamesiyle karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, ÇYTHYE (2016) şartnamesinin; D yüzey sınıfına sahip tüm birleşim numuneleri ile C yüzey sınıfına ve büyük dairesel delik geometrisine sahip birleşim numunelerinin yük taşıma kapasitelerini aşırı güvenli şekilde tahmin ettiğini; diğer birleşim tipleri için ise güvenli ve ekonomik tasarım kriterlerine uygun tahminlerde bulunduğunu göstermiştir. ABAQUS (2014) paket programı ile oluşturulan sonlu eleman modeli, yük taşıma kapasitesini en iyi durumda ortalama %1.85 hata oranıyla, en kötü durumda ise ortalama %4.77 hata oranıyla tahmin etmiştir. Bu sonuçlar, sonlu eleman modelinin yüksek doğrulukta tahmin yapabildiğini ve ayrıca modelde yapılan kabullerin ve temas koşullarının geçerliliğini ortaya koymaktadır. Ayrıca, sürtünme etkili birleşim numunelerine ait sonlu eleman analizi sonuçları ile deneysel veriler arasındaki uyum, belirleme katsayısı (R²) kullanılarak değerlendirilmiştir. Kayma yükü ve sürtünme katsayısı için elde edilen R² değerleri sırasıyla 0.9849 ve 0.9833 olup, geliştirilen sonlu eleman modelinin birleşim davranışını yüksek doğrulukla temsil edebildiği görülmüştür. Bu sonuçlar, modelin parametre analizleri ve tasarım amaçlı değerlendirmelerde güvenilir bir sayısal araç olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Parametrik çalışma sonuçlarına göre, ÇYTHYE (2016) şartnamesinin kısa oval ve büyük dairesel delik geometrisine sahip sürtünme etkili birleşimlerin yük taşıma kapasitelerini hem ekonomik hem de güvenli tasarım ilkelerine uygun şekilde tahmin ettiğini; ancak standart dairesel ve uzun oval delik geometrisine sahip birleşimlerin kapasite hesaplarında kullanılan güvenlik ve sürtünme katsayılarının yeniden değerlendirilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Literatürde yer alan çalışmalar ile bu tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel ve sayısal analizlerin sonuçlarının, TS EN 1090-2 standardına göre belirlenen sürtünme katsayısı değerleriyle tutarsız olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, ÇYTHYE (2016) şartnamesinde sürtünme etkili birleşimlerin yük kapasitesinin belirlenmesinde kullanılan denklemde yer alan sürtünme katsayısının; delik geometrisi, bulon çapı, bulon adedi, plaka kalınlığı, delikler arası mesafe ve kenar mesafesi gibi parametreler dikkate alınarak daha ayrıntılı şekilde belirlenmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Özet (Çeviri)

This study examines the behavior of slip-critical connections with pre-tensioned high-strength bolts used to prevent slip in steel connections. First introduced in the 1930s, these connections are particularly preferred for their excellent fatigue performance. In slip-critical connections, load is transferred through friction between the contact surfaces, provided by the clamping force generated through bolt pre-tensioning. Owing to these advantages, they are widely used in structures subjected to loads that frequently change direction. In this study, twenty slip-critical connection specimens with standard circular, oversized circular, short slotted, and long slotted holes were tested under cyclic tensile loading, and their friction coefficients were determined. In the finite element method, agreement between numerical and experimental results alone is not sufficient for model validation. In addition, numerical issues such as shear locking and hourglass modes must be properly addressed to obtain reliable results. For this reason, this study dissertation investigated the problems of shear locking and hourglass modes in detail and proposes an effective and validated finite element model capable of overcoming these numerical difficulties. Finally, the experimental and numerical results were compared to the Turkish Steel Code (TSC 2016). According to the experimental results, the TSC (2016) conservatively estimates the load-carrying capacities of all specimens with D surface and the specimen featuring C surface and oversize hole. For the remaining specimens, the TSC (2016) offers predictions that align well with safety and economic design requirements. The finite element model predicted the load-carrying capacity with a minimum and maximum deviation of 1.85% and 4.77%, respectively. This result verifies the accuracy of the model and confirms the validity of its underlying assumptions and contact conditions. Moreover, the agreement between the experimental results and the finite element analysis results was evaluated using the coefficient of determination (R²). The R² values for the slip load and the friction coefficient were determined to be 0.9849 and 0.9833, respectively. These results indicated that the developed finite element model for slip-critical connections can be used as a reliable numerical tool for parameter analysis and design purposes. Based on the parametric study, TSC (2016) was found to offer reliable predictions for slip-critical connections with short slotted and oversize holes. However, it was concluded that the safety and the friction coefficients used for those with standard and long slotted holes, should be re-evaluated. It was shown that the results obtained from the previous study and this study are not consistent with the friction coefficients determined by the TS EN 1090-2 (2018) standard. For this reason, it was concluded that the friction coefficient used in the equation for the load-carrying capacity of slip-critical connections should be determined by taking into account, in detail, parameters such as hole geometry, bolt diameter, steel plate thickness, spacing between holes, and end distances.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    844107

    Analysis of non-boiling gas-liquid two-phase flow through flow components: Experimental investigation and numerical modelling

    Akış elemanlarında kaynamasız hava-su iki fazlı akışının analizi: deneysel inceleme ve sayısal modelleme

    ERGİN KÜKRER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURDİL ESKİN

  2. Tez No

    405869

    Yüksek kromlu beyaz dökme demirlerin aşınma davranışlarının ve işlenebilirliğinin deneysel olarak incelenmesi

    The experimental investigation of wear behaviour and machinability of high chromium white cast irons

    ALİ KALYON

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Mühendislik BilimleriKarabük Üniversitesi

    İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DURSUN ÖZYÜREK

    DOÇ. DR. MUSTAFA GÜNAY

  3. Tez No

    293792

    Alüminyum ve çelik elemanların öngerilmeli yüksek mukavemetli bulonlar ile birleşimi

    Pre-loaded high strength bolted connections of aluminium members with steel members

    S. GÖKHAN KARAMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. REHA ARTAN

  4. Tez No

    467156

    Investigation into the effects of nano-materials and nano-polymers on clays

    Nano malzeme ve nano polimerlerin kil zeminler üzerindeki etkilerinin incelenmesi

    AMIN YEGANEH RIKHTEHGAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BERRAK TEYMÜR

  5. Tez No

    467213

    Kiriş ucu plastik mafsal bölgesindeki tam dayanımlı bulonlu kiriş ekinin kiriş-kolon birleşim davranışına etkisinin araştırılması

    An investigation of the effect of fully restrained bolted splice connection within the plastic hinge zone at a beam end on the behavior of beam-to-column connection

    KUTAY KUTSAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER

Geri Dön