Önemli mesleki not: Bu arşiv niteliğinde bir eğitim metnidir; güncel bir tasarım spesifikasyonu, statik hesaplama, yük kapasitesi kanıtı veya imalat ve montaj talimatları değildir. Çelik yapıların tasarımı, yetkili tasarımcının sorumluluğunda olmak üzere, geçerli yönetmelik ve standartlara göre gerçek eylemleri, bağlantıları, stabiliteyi, yorulmayı, yangını, korozyonu ve diğer ilgili koşulları içermelidir.

Çelik yapıların tasarımı ve inşası Savo Kusić’in mevcut halka arzının bir parçası değil. Günümüzün üretim odağında ahşap pencereler, ahşap-alüminyum pencereler ve özel kapılar yer alıyor.

Çelik yapıların ortak özelliği çoğunlukla sıcak haddelenmiş çelikten yapılmış olmalarıdır. Birleştirme perçin, vida veya kaynak kullanılarak yapılır. Bu, daha geniş anlamda köprüler, binalar, sanayi ve madencilik, hidrolik mühendisliği, sütunlar, kuleler, tanklar ve vinçler, gemi yapımı, kazanlar vb. için çelik yapıları içerir. Aşağıdaki sunumların odak noktası temel kavramların ele alınmasıdır.

Malzemeler

Çelik konstrüksiyonların ana yapı malzemesi S235, S275, S355, S420, S450 inşaat kalite çeliklerinden haddelenmiş profillerdir. Standarda bağlı olarak, sınıflandırmadaki sayının genellikle çeliğin çekme mukavemetini gösterdiği birkaç farklı inşaat çeliği türü vardır. Birkaç harf sembolü vardır; bu durumda S, yapısal çeliği temsil eder. Kullanılan en yaygın formlar S, B (beton çelikleri, donatı) ve Y’dir (öngerilme çeliği).

Çelik haddelenmiş destekler

Çok çeşitli çelik profilli destekler mevcuttur ve her birinin kendi amacı, avantajları ve dezavantajları vardır.

  • U profilleri
  • Dar bacaklı I profilleri (IPE, IPN)
  • Geniş ayaklı I profilleri (HEA, HEB, HEM, HD)
  • İçi boş profiller/kutular (yuvarlak, kare, dikdörtgen)
  • E-Tablolar
  • Soğuk şekillendirilmiş ürünler (düz bir şeridin soğuk haddelenmesi ve düz bir şeridin bükülmesiyle elde edilen)

Bu profillerin her biri şekil, boyut, amaç vb. açılardan farklılık gösterir. Örneğin, boyutları farklı olan 20’den fazla farklı IPN profili vardır; daha büyük profiller burkulmaya (bükülme ve yanal burulmaya), sapmalara vb. daha iyi dayanabilir.

Gerilme arttığında akma noktasına ulaşıp ulaşmadıklarına, analizin plastik mi yoksa elastik mi olduğuna, kesitin yük kapasitesinin ne olduğuna vb. bağlı olarak dört çelik sınıfı vardır; birinci sınıf en iyisi ve dördüncü sınıf en kötüdür. Çeliğin yapısı ve mukavemeti hakkında daha fazla bilgiyi buradan okuyabilirsiniz.

Sabit yükte gerilim dengeleme ve taşıma kapasitesi

Taşıma kapasitesi. Çelik yapıların boyutları, önemli kalıcı deformasyonlar önlenecek şekilde belirlenmiştir. Ancak çoğu durumda taşıma kapasitesi, en yüksek karşılaştırmalı gerilim akma noktasına ulaştığında hiçbir şekilde tükenmez; bu durumda deformasyonlar gerilimlerden çok daha hızlı büyür. Yapısal çelik için, akma durumundaki bağımlılığın aynısı, genel gerilme koşulları için Hooke yasasının limiti olarak alınabilir. Her yerde eşit olan homojen gerilme durumlarında orantı sınırı aşıldığında toplam deformasyonların gerilmeden daha hızlı büyümesi dışında herhangi bir değişiklik meydana gelmez.

Eğilme sırasında gerilimin eşitlenmesi. Bir kirişin bükülmesi durumunda, kenar gerilimi σ=M/W orantı sınırını aşmayana kadar Navier hipotezine göre doğrusal gerilim dağılımı uygulanır. Boyuna genişlemeler ε = ε(σ). Bu en azından küçük kıvrımlar için geçerlidir. Orantılılık stresinden daha yüksek olan stresler, yalnızca ε genişlemelerinden daha yavaş büyüyebilir. Şek. 1 verilen çalışma diyagramı ve çeşitli kenar genleşme değerleri için bükülme gerilimi dağılımını gösterir. Orantılılık alanı (tüm gerilim hatlarında daire ile işaretlenmiştir) bu nedenle kenar genişlemesinin artmasıyla birlikte küçülür ve küçülür. Kenar voltajı ilk olarak σF ile sınırlanır. Ancak çok önemli deformasyonlardan sonra maksimum gerilim σF’nin üzerine çıkar, böylece yapısal çelik takviyesinin etkisi görünür hale gelir (durum 5).

Farklı kenar genişlemelerinde bükülme gerilimi dağılımı

Şek. 1 - Bükülme gerilimi dengeleme

Gerilim tepe noktalarının eşitlenmesi. Gerilmiş bir delinmiş çubuktaki deliğin ortasından geçen kesit boyunca boyuna gerilimlerin dağılımı yaklaşık olarak şekil 2’deki 2 çizgisine karşılık gelir. 2. Gerilim zirvesi σmax d/b oranına bağlıdır. Çoğunlukla σmax = 2-3 σm civarındadır, burada σm = S/FM, FM’deki delik tarafından zayıflatılan bölümdeki çekme geriliminin ortalama değerini belirtir. SL. 2 voltaj durumu P limitini aşana kadar geçerlidir. Daha yüksek yüklerde, belirli bir genleşme elde etmek için, düz çizgi kanununa göre yalnızca deliğin yakınında daha düşük gerilimlere ihtiyaç vardır. En gerilimli noktalarda gerilimler artık S ile orantılı olarak artmayacak, aksine daha yavaş artacaktır. Sınırda, 2-2 kesitinin tamamı üzerinde σm = σf boyuna gerilmelerin yaklaşık olarak düzgün bir dağılımı elde edilecektir. Kesme ve enine gerilmeler ihmal edilmiştir. Çubuktaki S kuvvetinin yavaşça artması sırasında gerilim dengelemenin meydana gelmesi, statik yük etkisi altındaki çelik yapılar için olağan yöntemin, boyutlandırma sırasında gerilim tepe noktalarının göz ardı edilmesinin ve yalnızca zayıflamış Fm bölümündeki ortalama gerilim σm=S/Fm’nin izin verilen değerle karşılaştırılması gerektiğini kanıtlamaktadır.

Gerilmiş bir çelik çubuktaki bir deliğin etrafındaki gerilim dağılımı

Şek. 2

Yük kapasitesine göre boyutlandırma prosedürü

Yükün artmasıyla kesitteki gerilimde eşitlenme olur. Bunu yaparken gerilimler, bölümün en gerilimli kısımlarından daha az gerilimli kısımlarına doğru yeniden gruplandırılır. Deformasyonlar, denge koşullarını belirlerken dikkate alınmasını gerektirecek kadar büyük olmadığı sürece, bu süreç, statik olarak belirlenen yapılar için S, M vb. etkilerinin büyüklüğünde hiçbir şeyi değiştiremez.

Sürekli ve çerçeve mesnetler: Hooke kanunu varsayımı altında, a altında gösterilen moment çizgisi, sabit kesitli bir sürekli mesnet için elde edilir (Şekil 3). Eğilme gerilmeleri eğilme momentleri M ile orantılıdır. Her iki yük de eşit olarak artarsa, P sınırı ilk önce orta destek B’de aşılacaktır. MDF sınır momentine sahada da ulaşıldığında taşıma sınırına ulaşılır. Sabit bir simetrik kesitin her iki yanından yoğunlaştırılmış bir kuvvetle kenetlenen bir kiriş durumunda (şek. 4), momentlerin eşitlenmesi baştan itibaren mevcuttur. P limiti aşıldığında moment dağılımında herhangi bir değişiklik olmaz. Aksine, eşit dağıtılmış yük durumunda (şek. 5) momentlerin eşitlenmesi, sıkıştırma momentinin -2/3 Mo’dan -1/2 Mo’ya azalmasına yol açar.

Yoğunlaştırılmış kuvvete sahip çift kenetlenmiş kirişin diyagramı

Şek. 4

Anın yeniden dağıtımından önceki ve sonraki an satırları

Şek. 3 ve benzerleri. 5, sırasıyla: eğilme momentleri: a) kuvvetin yeniden gruplandırılmasından önce, b) kuvvetin yeniden gruplandırılmasından sonraki sınır durum; a) önce, b) moment eşitlemeden sonra

Kafes yapılar: Dahili olarak statik olarak belirsiz kafes kirişlerde, çerçeve yapılarda olduğu gibi benzer bağımlılıklar vardır. Yük kapasitesi değerlendirilirken ilk yaklaşımda eğilmede rijit olan düğümlerle ilgili ikincil gerilmeler ihmal edilebilir. Plastikleştirilmiş bölümler bağlantı noktalarına benzer şekilde hareket eder, böylece kirişin hala taşıyabileceği nihai yük altındaki statik hareketi, düğüm noktalarındaki bağlantı noktalarına sahip ideal bir kafes kirişinkine daha yakındır. Yorulma mukavemeti olgusunun dikkate alınması gereken, sık sık tekrarlanan yüklere sahip yapılar söz konusu olduğunda, boyutlandırma sırasında kuvvetlerin eşitlenmesinin dikkate alınması konusunda ciddi şüpheler bulunmaktadır. Aksine, desteklerin yer değiştirmesinin etkisi hakkında sonuca varmak pratik açıdan önemlidir. Bireysel yapısal elemanların çalışma mukavemeti, toplam deformasyonların büyüklüğüne değil, yalnızca gerilim sınırlarına bağlı olduğundan, desteklerin yer değiştirmelerinin taşıma kapasitesi üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Alternatif yük: Sabit yük durumu varsayımı nadiren gerçekleştirilir. Köprü kirişlerinde değişken yük durumları vardır. Bireysel yapısal elemanlardaki kuvvetler ve gerilim dağılımı ile ilgili basitleştirilmiş varsayımlar, çelik yapılarla yapılan pratik çalışmalarda yaygındır, bir öncekine göre, normal koşullar altında haklı çıkarlar. Bu özellikle yerel voltaj tepe noktalarının ihmal edilmesi durumunda geçerlidir. (Dinamik) yorulma yüklemesi altında yük kapasitesine göre boyutlandırma yönteminin uygulanması önerilmez. Bu nedenle, yük kapasitesine göre boyutlandırma prosedürü, özellikle inşaat sektöründeki inşaatlarda ağırlıklı olarak statik yüklerin olduğu durumlarla sınırlıdır. Yorulma görünümüne dikkat edilmesi gereken diğer durumlarda, önemli deformasyonların hariç tutulması ve esneklik teorisinin temel alınması gerekecektir. Bunu yaparken akma noktasından yeterince uzak bir mesafe için çaba gösterilmelidir. İnşaat çeliğinin sağlamlığı bir miktar ek güvenlik sağlar.

Alternatif stres

Soğuk germe ve yaşlandırma: Şek. 6 Alternatif çekme ve basma gerilmelerine maruz kalan yuvarlak bir çubuğun gerilme-genişleme çizgisi uygulandı. Bireysel yükleme işlemleri sıralarına göre numaralarla işaretlenmiştir. Yükün boşaltılmasıyla geri dönen elastik dilatasyonlar, gerilmelerle orantılı olarak büyük gerilmelerden sonra da meydana gelir. Gerilim işaretini değiştirirken P sınırı neredeyse tamamen kaybolur. Bu nedenle soğuk halde çekilen inşaat çeliğinin elastik özellikleri orijinal değerleri ile örtüşmemektedir. Önceki işleme bağlı olarak oldukça ciddi farklılıklar gösterilebilir.

Çelik çubuğun değişken yüklemesi altında gerilme-genleşme çizgisi

Şek. 6

Bununla birlikte yaşlanma belirtileri de artıyor. Bu terim, dış etki olmaksızın zaman içinde özelliklerde meydana gelen tüm değişiklikleri içerir. Soğuk germe ile kalıcı deformasyon sonrasında streç yaşlanma gözlemlenebilir. Kalıcı olarak gerilmiş test numuneleri oda sıcaklığında bir süre yüksüz bırakılırsa, çekme mukavemeti ve daha az ölçüde yırtılma mukavemeti orijinal değerin üzerine çıkarken kopma uzaması azalır (Şekil 7). Yaşlanma süreci günlerce sürer, ancak yapısal çeliğin yaklaşık 300 oC’ye ısıtılması durumunda birkaç saate veya sadece dakikalara düşer. Ayrıca, eğer bu sıcaklıkta gerçekleşirse, esneme yaşlanmasının esneme ile aynı anda meydana geldiği de belirtilmelidir. 200 – 400 oC, yani mavi parlama alanında.

Yeniden yüklenen ve soğuk gerilmiş çubuğun dilatasyonunun karşılaştırılması

Şek. 7 - a) çift yüklü bir çubuğun genleşme hattı; b) Soğuk halde gerilmiş bir çubuğun genişleme çizgisi

Sonraki etki ve histerezis: Tamamen elastik bir malzemede, gerilim ve deformasyon durumu arasında kesin bir karşılıklı bağımlılık vardır, böylece belirli gerilimler her zaman aynı deformasyonlara karşılık gelir ve bunun tersi de geçerlidir. Belirli bir esneklik kanunu ile deformasyonlar, yükün uygulanmasından bu yana geçen süreye ve ayrıca yükün uygulanma şekline bağlı değildir. Tamamen elastik davranıştan sapmalar iki dereceli yaklaşımla tanımlanabilir: elastik bölgede küçük sapmalar vardır; ilk yaklaşımda bunlar göz ardı edilebilir. Özellikle elastik sınıra daha yakın olan stresi karşılaştırırken doğru ölçümlerle belirlenebilirler. Yani, genişleme yalnızca voltajın bir fonksiyonu değildir, aynı zamanda kapalı yük döngüsünde ve aynı voltajda, boşaltma sırasında yükleme sırasında olduğundan her zaman biraz daha küçüktür. Tam esneklikten sapma, yani. aynı gerilimlerdeki karşılık gelen genleşmeler arasındaki farka elastik histerezis denir. Yük döngüsü daha sık tekrarlanırsa, bu çok yüksek olmayan voltajlarda (kapalı bir histerezis veya sönümleme döngüsü) elde edilir. SL. 8 çeşitli AC yük değerleri için sönümleme döngülerini gösterir. Döngülerin genişliği voltajın yüksekliğiyle birlikte güçlü bir şekilde artar. Döngünün alanı, her döngüde kaybedilen ve ısıya dönüşen deformasyon işiyle orantılıdır. Ayrıca deformasyonlar sadece voltajın yüksekliğine bağlı olarak değil aynı zamanda zamanla da değişkenlik gösterir, yükleme hızına ve yöntemine bağlıdır. Deformasyonun zamana bağlı olan kısmına art etki denir. Histerezis ve art etki aynı anda meydana gelir. Kural olarak, oda sıcaklığında çelik yapılarda oluşan inşaat çeliği türleri için bunların pratik bir önemi yoktur.

Farklı alternatif yük seviyelerinde histerezis döngüleri

SL. 8

Uygulama Notu: Metindeki tarihi malzeme tanımları, varsayımlar, diyagramlar ve prosedürler, mevcut standartların, belirli ürün özelliklerinin, hesaplama modelinin ve genel yapının uzman doğrulamasının yerine kullanılmamalıdır.