ACY_I_hafta_3.pdf

BA MH.MM. FAK. NAAT MH. BL. AHAP VE ELK YAPILAR-I DERS NOTLARI Yrd.Do.Dr. Kaan TRKER 3.HAFTA (2013)

1

1 ) ELK YAPILAR HAKKINDA GENEL BLGLER

1.1 ) elik Yaplarn Tarihesi

Bugnk anlamda elikten nce, ilk olarak demir yap malzemesi olarak kullanlmtr. Bunun da mhendislik yaplarndaki kullanm yaklak 200 yl ncesine dayanmaktadr.

18. Yzylda ngilterede yksek frn yntemiyle byk miktarda demir ve font retiminin balamas ile yap malzemesi olarak kullanlabilmesi olana ortaya kmtr. Daha nceleri sadece silah ve eya yapmnda kullanlabilmitir.

Demir malzeme kullanlarak ilk ina edilen mhendislik yaplar kprlerdir.

lk kpr 1778de ngilterede 31 m aklkl olarak font kullanlarak imal edilmitir. (Font: Ham demire yaklak % 4-5 kadar Karbon ilave edilmesi ile edilen yksek dayanml gevrek alamdr.) Fontun basn mukavemetinin yksek olmasnn yan sra ekme mukavemetinin dk olmas nedeniyle, kprler genellikle kargir kprler gibi kemer eklinde imal edilmitir.

1875 ylndan itibaren dvme elik ve dkme elik yap malzemesi olarak kullanlmaya balanm. ekme mukavemetinin de yksek olduu dvme ve dkme elik ile daha byk kprler ina edilebilmitir.

20. yzyln bandan itibaren elektrik frnlarnda, ham demirin artlmas salanabilmi bylece byk miktarda dkme elik retimine geilmitir. Bununla birlikte 1890 ylndan itibaren dvme elik yerini tamamen dkme elie brakmtr.

Dkme eliin kullanlmaya balanmasyla da modern elik teknii ortaya km ve bu alanda byk ilerlemeler olmutur. II. Dnya savandan sonra zellikle Almanya ve dier lkelerde, modern elik yaplarn kullanm hzla yaygnlamtr.

Trkiyede ina edilen ilk elik kpr 1974de tamamlanan Boazii kprsdr.

ngilterede ina edilen ilk demir kpr

Trkiyede ina edilen ilk elik asma kpr


2

Montaj aamasnda olan bina tipi elik yaplar

1.2) Malzeme i yaps ve retimi

Mekanik olarak ilenebilen yani, dvlerek, preslenerek, haddeden geirilerek ekil alabilen demir alamlarna elik denir. elik alamlar, demir dnda aada aadaki bilenleri iermektedir.

Karbon (C) [% 0.16-0.20] Fosfor Kkrt Azot Silisyum Manganez Bakr

eliin mekanik zelliklerini belirleyici en nemli parametre ieriindeki Karbon miktardr. elik iindeki Karbon arttka eliin mukavemeti ve sertlii artmaktadr. Ancak sertliin artmas snekliin azalmas anlamna gelmektedir. elik cinsleri iindeki karbon miktarlarna gre snflandrlrlar. Yaygn kullanlan yap elii trleri Fe 37 (St 37) ve Fe 52 (St 52) dir. zellikle St 37 ok yaygn olarak kullanlmaktadr. elik tr ifadesindeki say, kg/mm2 biriminde eliin ekme mukavemetini ifade etmektedir.

retim aamalar

Yksek frnlarda kok kmr yaklarak demir cevherinin ergitilmesi sonucu, iinde yaklak % 4-5 Karbon bulunan ham demir elde edilir.

Ham demirin zel frnlarda katklanmasyla, bnyesinde % 4-5 kadar Karbon bulunan font (pik) retilmi olur.

Thomas, Siemens-Martin, Bessemer vb. sl ilem yntemlerinden biri kullanlarak zel frnlarda ham demirin artlp, katklanmas sonucu sv haldeki elik malzeme (alam) elde edilir.

Sv haldeki elik malzemesi haddeleme olarak isimlendirilen scak ekillendirme ilemine tabi tutulur ve istenilen en kesit zelliklerine sahip elemanlar (hadde rnleri) retilir.

Yksek mukavemetli eliklerde kullanlr

Krom Nikel Vanadiyum Molibden


3

elikte ekil verme ilemi kristalleme scaklnn stnde yaplrsa, mekanik zelliklerde herhangi bir deime olmaz. Ancak ekil verme ilemi souk ortamda yaplrsa mekanik zellikler byk lde deiime urar.

Plastik kvamdaki elik malzemenin Haddeleme ilemi

Haddeleme ile eitli elik elemanlarn ekillendirilmesi


4

1.3) elik yaplar iin boyut Standartlar

elik yaplarda kullanlan hadde rnleri ve dkm rnleri aada verilmitir.

A) Hadde rnleri

1) Profiller I profilleri

(NPI, IPE, IPB, IPBv, IPEo, HE, HL, HD, HP, W, UB, UC vb.) (rnek gsterim: NPI 200, IPB 240, IPE 300)

[ profilleri (rnek gsterim: [ 20, [ 24 )

L profilleri (korniyerler) (rnek gsterim: L100.100.10 , L120.80.5 )

T profilleri

profilleri

Boru profilleri (Dikdrtgen ve daire enkesitli)

Ray profilleri

zel profiller 2) Lamalar (dikdrtgen enkesitli ubuklar)

Dar lamalar (b=10-150mm, t=5-60mm) Geni lamalar (b=151-1250mm, t=5-60mm) nce lamalar (b=12-360mm, t=0.1-5mm) (rnek gsterim: 140.10 )

3) Levhalar nce levhalar (t 2.75 mm) Orta levhalar (3 t 4.75 mm) Kaba levhalar (t >5 mm) (rnek gsterim: Lev. 4.1500.5000, veya Lev. 4 )

B) Dkm rnleri

elik font (Mesnet paralar vb.) Su elii (Mesnet rulolar, mafsal paralar vb.) Gri font (Mesnet paralar)

b : genilik

t : kalnlk

t : kalnlk


5

Yaygn olarak kullanlan profil tipleri ve zellikleri


6

1.4) elik Yaplarn Avantaj ve Dezavantajlar

Avantajlar

elik rnleri retiminin fabrikada yaplamas nedeniyle, belirli bir denetimden getii dnlerek malzeme gvenlik katsays kk alnr.

Mukavemeti dier yap malzemelerine gre ok yksek olmas sayesinde, elema boyutlar ve dolaysyla yap z arln hafifletir.

Elastisite modlnn byk olmas nedeniyle, eilme rijitliinin etkili olduu elemanlarda ekonomik zmler verir.

Prefabrik olmas nedeniyle, inaat sresi hzldr ve hava koullarndan etkilenmez. Yap elemanlar kolay deitirilebilir, takviye edilebilir ve gerektiinde baka yerlerde

kullanlabilir.

Dezavantajlar

Yanc olmamakla birlikte, s ykseldike mukavemetinde ve elastisite modlnde hzl dler meydana gelir.

Su veya dier kimyasal maddeler ile temas halinde paslanma (korozyon) olayn balatr ve korozyon malzemenin mukavemetini azaltr. Bu nedenle, elik yaplar periyodik olarak bakmdan geirilmelidir.

Ses ve s yaltm bakmndan ok iyi bir iletken olmas nedeniyle yaltm nlemi alnmaldr.

1.5 ) elik Yaplarda Yorulma

elik yap elemanlar veya birleimleri ardk tekrarl olarak deien ykler etkisi altnda ekme gerilmelerine maruz kalrsa, tek bir tekrar iindeki maksimum gerilme, eleman veya birleimin akma snr gerilemesinin ok alnda olmasna ramen, belirli bir yk tekrarndan sonra eleman veya birleim yk tama kapasitesini kaybedebilir. Baz mekanik veya metalurjik sreksizlik noktalarndaki atlaklarn ardk tekrarl ykler etkisi altnda yaylmas ile meydana gelen bu olaya yorulma ad verilir.

Yorulma olayna i atlaklar sebep olduu iin genellikle ekme (eksenel ekme, eilme ekmesi) etkisi altnda yorulma sz konusudur. Basn etkisi altnda yorulma meydana gelmez.

Yorulma dayanmn etkileyen balca etkenler aada verilmitir.

Yk tekrar says Her bir tekrardaki gerilme maksimum ve minimum gerilme fark ( minmax ==== ) Lokal gerilme ymalarnn bykl


7

zellikle snek elik tayc elemanlarn yorulma mrnn olduka byk (110 milyon) tekrar saylarnda gerekletii bilinmektedir.

Bu nedenle yorulma olay,

youn tekrarl yklere maruz olan kprlerde, kren kirilerinde, dalga kuvvetlerine maruz iskele ve liman yaplarnda, srekli rzgar etkisindeki yaplarda titreim reten makinelerin mesnetlendii sistemlerde

etkili olmaktadr. Bunun dndaki elik yaplarda yorulma etkisi ihmal edilebilecek dzeyde kalmaktadr.

1.6) elik Yaplarda Korozyon

elik yap malzemelerinde herhangi bir nlem alnmad durumlarda, ak hava koullar veya direkt su etkisi altnda oluan bir reaksiyon sonucu eleman yzeylerinde oksit ve hidroksit zellikte bir tabaka oluur, buna korozyon yada paslanma ad verilir.

Bu olay sonucu elemanda kabuklanmalar, atlamalar ve yarklar oluabilir. Bu kusurlar nedeniyle eleman tama kapasitesinde ve rijitliinde nemli azalmalara yol aacandan korozyona kar mutlaka nlem alnmaldr.

elik Yaplarda Korozyon iin alnabilecek nlemler aada verilmitir:

Konstrktif nlemler (Girinti kntlar azaltmak, ke yerine dairesel yzeyler kullanmak vb.)

Boyama Polimer tabaka ile kaplama Metalik st yzey kaplamas uygulama (Galvanizleme ilemi) Polimer harlarla kaplama imento harlar ve beton ile kaplama Lastik kaplamalar Emaye kaplama Katodik koruma

Tekrar says

Ma

ksim

um

e

kme

geri

lmes

i

Yorulma limit gerilmesi

Maks. ekme gerilmesi


8

1.7 ) elik Yaplarda Yangn (Yksek Scaklk) Etkisi

elik yaplarn en byk dezavantajlarndan biri yksek s (yangn) etkisi altnda mekanik zelliklerinin hzla olumsuz ynde etkilemesidir. Scaklk artka eliin elastisite modl ve akma mukavemeti nemli azalmalar gsterir. Scaklk 1000o Cye ulatnda ise akma dayanm sfra yaklar, yani eliin tama kapasitesi tamamen sona erer.

elik yaplarn yangn gvenliinin salanmas amacyla;

a) Yapda yangn oluumunu ve yaygnlamasn nleyecek yangn sndrme sistemleri oluturulabilir.

b) Yangn etkisi altnda meydana gelebilecek scaklk deerleri esas alnarak bina tasarm yaplabilir. (Bunun iin yangn senaryolar hazrlanmaldr)

c) elik tayc elemanlara yangn etkisine dayanabilecek dzeyde yaltm uygulanabilir. (Yaltm iin genellikle al sva, al kaplama, perlit vb mineral ierikli sprey kaplamalar ve perlit ierikli beton kaplamalar kullanlmaktadr.

Yangn sonucu gen elik tayc sistem


9

1.8) eliin mekanik zellikleri

elik homojen ve izotrop (fiziksel ve mekanik zellikleri ykleme dorultusuna bal olarak deimeyen) bir yap malzemesidir.

Elastisite modl : E =2100 000 kg/cm2

Kayma modl : G=E/2(1+) = 810 000 kg/cm2

Poisson oran : = 0.3

Issal genleme katsays : t = 12.10-6

Metal sva tirizi

elik kolon

ki kat al tabaka

Metal destek

Al svaAl levha

Betonarme deme

elik kolon

elik kolon

Betonarme iin enine donat

Beton

elik tayclar yangn (yksek scaklk) etkisinden korumak amacyla yaplan yaltm uygulamalar


10

elik ekme Deneyi

elik bir numune aada belirtilen ekme deneyine tabi tutulduunda, aadaki Gerilme-ekildeitirme (-) grafii elde edilir.

elik iin Gerilme-ekildeitirme (-) Bants

P kuvveti sfrdan itibaren yava yava arttrlr.

FP

==== gerilmesi p orantl snr gerilmesine varncaya kadar malzeme lineer-elastik

bir karakter gsterir, yani Hook Kanunu geerlidir.

Hook Kanunu : E

====

gerilmesi, pyi atktan sonra, E elastik snr gerilmesine varncaya kadar malzeme yine elastik kalr, fakat Hook Kanununa uymaz.

gerilmesi, Eyi atktan sonra, malzemenin elastik zellii bozulur. gerilmesi, F akma snr gerilmesine ulat zaman, malzemede akma ve byk

plastik ekildeitirme meydana gelir. Byk plastik ekildeitirmeden sonra malzeme kendini toparlar ve gerilme, B kopma

snr gerilmesine ulalnca numune biraz daha uzayarak kopar.

L

L P P

F : En kesit alan

FP

==== LL

==== L =L-L

Deneyde hesaplananlar

Gerilme ekildeitirme uzama


11

elik malzeme plastik blgede bir C noktasna kadar yklendikten sonra gerilme tekrar sfra getirilirse (yk boaltlrsa), (-) diyagram, OPye paralel CC dorusuna karlk gelir. Mevcut ekildeitirmenin bir ksm (el) geri dner, bir ksm ise kalr (pl). = pl + el

Bu ykleme boaltmadan sonra, OC = pl kadar ekildeitirme kalm malzeme yeniden yklenirse, (-) diyagram, CCB olarak elde edilir. Yani malzeme C gerilmesine kadar lineer elastik karakter gsterir. Bu olaya pekleme denir. Pekleme olay sonucu malzemenin sertlii ve akma snr artar, sneklii ise OC kadar azalm olur.

1.9 ) elik yaplarn hesabnda gznne alnan ykler

elik yaplar iin

Esas Ykler (EY) : z ykler, faydal hareketli ykler, kar yk, kren yk, makinelerin ktle kuvvetleri

lave Ykler (Y) : Rzgar ykleri, deprem ykleri, krenlerin ve aralarn fren ykleri, krenlerin kaldrma ykleri,

montaj ve tamir aamas ykleri, s etkileri

olmak zere iki yk grubu tanmlanr ve bu ykleri ieren iki ykleme durumu (kombinasyon) esas alnarak boyutlandrma yaplr. Bu yk durumlar;

1) EY Yklemesi : Esas ykler yklemesi. 2) EY Yklemesi : Esas ykler ve ilave ykler yklemesi.

1.10) elik yaplarn boyutlandrma yntemi

elik yaplarn boyutlandrlmas iin gnmzde 3 farkl yntem bulunmaktadr. Bunlar;

1) Emniyet Gerilmeleri Yntemi (TS 648) 2) Plastik Boyutlandrma Yntemi (TS 4561) 3) Yk ve Mukavemet Faktr Esasl Yntem lkemizde elik yaplarn boyutlandrlmas iin Emniyet Gerilmeleri Yntemi ve Plastik Boyutlandrma Yntemi ngrlmekte ancak, ok yaygn olarak Emniyet Gerilmeleri Yntemi kullanlmaktadr.

Emniyet Gerilmeleri Yntemine gre;

Yapya etkiyen iletme yklerinden (Pi) oluan gerilmeler (i) belirlenir. Malzemenin snr gerilmesi (tama gc) bir emniyet katsaysna (e) blnerek emniyet

gerilmeleri (em) belirlenir. letme gerilmesi, emniyet gerilmesinden kk veya ona eit olacak ekilde en kesit

boyutlar belirlenir.

Pi i em em = snr / e

Tama gc esasl yntemler


12

Bu yntemin esaslar ve elik yap elemanlarnn boyutlandrlmasnda kullanlacak olan emniyet gerilmeleri, elik snflarna bal olarak TS 648de verilmitir.

zel gerilme durumlar:

1) Eleman en kesitinde, iki eksenli gerilme durumu ortaya kmas ve kesitte oluan kayma gerilmesinin (), kayma emniyet gerilmesinin (em) yarsn amas halinde:

Biim Deitirme Enerjisi Hipotezine gre Kyaslama gerilmesi hesaplanr ve bu gerilme deeri aada belirtilen snr deerler ile karlatrlr.

Kyaslama gerilmesi : 2yx2y

2xv

3++=

Tek eksenli gerilme durumunda aadaki ifade kullanlr.

Kyaslama gerilmesi : 22xv

3+=

Esas ve lave Ykler Yklemesi durumunda Emniyet gerilmeleri:

Esas yklere ait emniyet gerilmeleri % 15 - %33 artrlarak belirlenir.

Deprem dndaki dier ilave ykler iin EY yklemesinde emniyet gerilmeleri % 15 artrlr (TS 648).

Deprem yklerini ieren EY yklemesinde emniyet gerilmeleri; Birleim ve eklerin tasarmnda : % 15 Eleman tasarmnda % 33 artrlr (DBYBHY-2007).

TS 648e gre elik yap elemanlar iin akma gerilmeleri ve emniyet gerilmeleri (Esas Ykler iin)

Gerilme Tr

elik tr

Akma gerilmesi

F (kg/cm2)

ekme emniyet gerilmesi

em (kg/cm2)

Kayma emniyet gerilmesi

em (kg/cm2)

Basn emniyet gerilmesi

[bem = em / () ]

St 37 (Fe37) 2400 1440 831 St 52 (Fe52) 3600 2160 1247

Basn Emniyet gerilmesi deerleri elemann narinliine bal olarak

deikendir

0.75 F (EY Yklemesinde) 0.80 F (EY Yklemesinde) F : elik akma gerilmesi

0.75 F (EY Yklemesinde) 0.80 F (EY Yklemesinde)


13

lave ykler grubunda yklerin ayn anda etkimeyecekleri kabul edilir. Buna gre her bir ilave yk iin ayr ayr EY yklemesi yaplr.

rnein; G sabit ykleri, Q hareketli ykleri, E deprem yklerini, W rzgar yklerini gstermek zere;

Bir yapda aadaki yklemeler iin ayr ayr boyutlandrma yaplmaldr.

EY : G+Q

EY-1 : G+Q+E EY-2 : G+Q+W

Not: Ykn zelliine gre (+) ve () yklemeler ve farkl dorultular iin de gerekli ykleme yaplr.

Kaynaklar elik Yaplar, H. Deren, E. Uzgider, F. Pirolu, E. alayan, alayan Kitapevi, 3. bask, (2008). Ahap ve elik Yap Elemanlar, Y. Odaba, Beta Yaynlar, (1992). Structural Steel Designer's Handbook, R.L. Brockenbrough, F.S. Merritt, McGraw-Hill1, (1994). Design of Steel Structures, E.H. Gaylord, C.N. Gaylord, J.E. Stallmeyer, McGraw-Hill, (1992). TS 648 , elik Yaplarn Hesap ve Yapm Kurallar. MO-02.R-01/2008, elik Yaplar - Hesap Kurallar ve Proje Esaslar MO stanbul ubesi, elik

Yaplar Komisyonu, (2008). Deprem Blgelerinde Yaplacak Yaplar Binalar Hakknda Ynetmelik (2007)

Documents

ACY_I_hafta_3.pdf