Sismik Bölgelerde Paletli Depolama ÇelikRaf …Sismik Bölgelerde Paletli Depolama ÇelikRaf Sistemleri : Tam Ölçekli İtme Testleri ve Nümerik Simülasyonlar Politecnico di Milano,

Sismik Bölgelerde Paletli Depolama ÇelikRaf Sistemleri : Tam Ölçekli İtme Testleri ve Nümerik Simülasyonlar

Politecnico di Milano, ABC department Tel: +39 335 6166318

E-mail: [email protected]

Özet Bu sunuş yakın zamanda çelik depolama raf sistemleri ile ilgili Politecnico di Milano’da organize edilen ve yürütülen tam ölçekli itme analizleri sonuçlarını içermektedir. Bu testlerin bir kısmı SEISRACKS2 “Çelik Depolama Raf Sistemlerinin Sismik Davranışı” isimli bir Avrupa Araştırma Projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir RFSR-CT-2011-00031 (Castiglioni et al., 2014). Diğerleri ise endüstriyel üreticilerin müşavirlikleri için yürütülmüştür. Bu son testlerin yapılması “SEISRACK2” projesinin depolama raf sistemleri ile ilgili endüstriyel sektör üzerindeki etkisi için bir anahtar gösterge niteliğindedir. Tam ölçekli itme testi sonuçları tasarımda yapılan seçimlerin deneysel olarak doğruluğunun onaylanmasını ve sayısal modelin düzeltilmesini sağlamaktadır. Bunun bir sonucu olarak sayısal modeller ile geliştirilen tüm çelik depolama raf sistemlerinin gerçek davranışı benzeştirilebilinmektedir. Anahtar Kelimeler: çelik depolama rafı, itme testi, tam ölçekli numune

Giriş Şimdiye değin çelik depolama raf sistemleri ile ilgili yapılan deneysel çalışmalar genelde eleman seviyesinde deneysel tanımlama (diğer bir deyimle kiriş-kolon birleşimleri ve mesnet levhası bağlantıları veya yapısal elemanlar üzerinde yapılan basınç ve çekme testleri) ile sınırlı kalmıştır (Blume, 1973; Krawinkler et al., 1979; Chen et al. 1980; Bernuzzi and Castiglioni 2001; Castiglioni, 2003; Castiglioni et al., 2007; Castiglioni, 2008). Daha önce yapılan tam ölçekli deneylerde birkaç depolama raf düzenleri için sadece sınırlı sayıda bulgular elde edilmiştir. Endüstride yaygın olarak kullanılan birçok raf düzeninin sünekliği ve enerji yutumuna (ve buna bağlı q-faktörlerine) ilişkin birçok sorunun cevabı açıkta kalmıştır. Bu gereksinimlerin karşılanması amacıyla SEISRACK2 (“Çelik Depolama Raf Sistemlerinin Sismik Davranışı”) isimli proje Avrupa Birliği Kömür ve Çelik Araştırma Fonu (RFCS) tarafından alınan destekle 2011’de başlatılmıştır (Castiglioni et al., 2014). Bu proje kapsamında projenin endüstri ayağını oluşturan ve dünya çapında tanınan 4 endüstriyel firma ortakları tarafından sağlanan farklı depolama raf sistemleri ile ilgili Avrupa’da ilk kez bu yapıların gerçek boyutlu geometrisi ve üzerine etkiyen yükler dikkate alınarak tam ölçekli itme testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testlerin sonucunda çeşitli depolama raf tiplerinin (çaprazlı ve çaprazsız) düktillik seviyeleri tespit edilmiş ve elde edilen bazı bulgularla sismik bölgelerde raf sistemlerinin tasarımıyla ilgili ilk Avrupa Standardı olan EN 16681 standardına katkıda bulunulmuştur.

481

6. ÇELİK YAPILAR SEMPOZYUMU

Carlo Andrea CASTIGLIONI, Alper KANYILMAZ, Giovanni BRAMBILLA, Gian Paolo CHIARELLI

mailto:[email protected]

Özellikle bu projenin sonuçları tasarım aşamasında depolama raflarının beklenen düktillik performansları ila test programı sırasında saptanan deneysel davranışı arasında önemli bir farklılığın olduğunu göstermiştir. “SEISRACKS2” projesinin önemli çıktılarından biri (Castiglioni et al., 2014) eğer sünek tasarım benimsenecekse, tam ölçekli itme testlerinin tam anlamıyla yapılmasının gerektiğidir, zira tümsel dayanım, rijitlik ve süneklik bağlamında depolama raflarının gerçek yapısal davranışının en etkin şekilde tespiti ancak bu şekilde olabilmektedir. “SEISRACKS2” projesinden elde edilen bulgulara (Castiglioni et al., 2014) bağlı olarak, yakın zamanda Politecnico di Milano’da çelik depolama raf sistemlerinin analizi, tasarımı, imalatı ve dağıtımı konusunda uzmanlaşmış iki endüstriyel üretici firmanın müşavirliği için tam ölçekli deneysel testler yürütülmüştür. Endüstriyel üreticilerin amacı tasarım seçimlerinin uygunluğunu doğrulamak ve sayısal modellerini bu sistemlerin gerçek davranışına göre ayarlayarak düzeltmek ve/veya geliştirmektir. Bu bildiride şimdiye dek Politecnico di Milano’da gerçek boyuttaki çaprazsız ve çaprazlı depolama raf sistemleri üzerinde yürütülen itme testlerinden elde edilen sonuçlar sunulmaktadır.

Deney düzeneği ve test yöntemi

Tüm testler Marcegaglia Buildtech’e ait bir komplekste yapılmış ve Politecnico di Milano tarafından yönetilmiştir. Toplamda 14 adet gerçek boyutta numuneler test edilmiş ve Tablo 1’de özetlenmiştir.

Tablo 1 Numunelerden elde edilen sonuçlar.

Endüstriyel Üretici Numune Raf tipi

"SE

ISR

AC

KS2

" PR

OJE

Sİ

IP A IPA1 çaprazsız IPA2 çaprazlı

IP B IPB1 çaprazsız IPB2 çaprazlı

IP C IPC1 çaprazsız IPC2 çaprazlı

IP D IPD1 çaprazsız IPD2 çaprazlı

MÜ

ŞAV

İRL

İK

S A SA1 çaprazsız SA2 çaprazlı SA3 çaprazlı

S B SB1 çaprazsız SB2 çaprazsız SB3 çaprazlı

Tüm numuneler iki göz ve 4 katlı raf sisteminden oluşmaktadır. Her raf katının yüksekliği 2 m olup, test sırasında 4 adet raf katı da yüklenmiştir.

482


a) Çaprazsız sistem (IPA1). b) Çaprazlı sistem (IPD2). Şekil 1 Test yükleme çerçevesi and düzeni

. Numunelerin toplam yüksekliği 8 metredir ve dikme aralıkları 1.2 ila 1.1 m arasında değişmektedir. Bu konfigürasyon uygulamada kullanılan en yaygın raf tiplerine karşı gelmektedir. Bu boyutlar bağlayıcı değildir ve deney düzeneği numune boyutları ve/veya yükleme doğrultusuna (düşey veya enine doğrultuda) bağlı olarak kolaylıkla uygulanabilir. Numuneler FEM 10.02.08’deki tasarım parametreleri kullanılarak boyutlandırılmıştır. Şekil 1’de numunelerin iki tipik şekli görülmektedir. Şekil 1’den görüldüğü gibi, numuneler şunlardan oluşmaktadır :

• Düşey çerçeveler: Çapraz elemanlarla oluşturulmuş bir taşıyıcı system ile bağlantılı ince cidarlı soğukta şekil verilmiş delikli profillerle teşkil edilen 2 adet dikmeden oluşmaktadır.

• Raf kirişleri: Çerçevenin komşu düşey dikmelerini birbirine bağlayan, işletme eksenine paralel (boyuna doğrultuda) yatay düzlemde yer alan elemanlardır. Bunlar soğukta şekil verilmiş iki adet “C” profillerinden oluşturulmuş kutu kesitlerdir ve dikmelerin deliklerine geçen uç levha bağlantılarına kaynaklanmışlardır.

• Kiriş-Kolon birleşimleri: Kirişin kolonlara birleşimi, kiriş uçlarına kaynaklanmış patentli özel üretim kancalı bağlantılardır ve bu kancalar dikmelerin üzerinde düzenli aralıklara bırakılan boşluklara geçirilmek suretiyle bağlantı sağlanmaktadır.

• Mesnet bağlantıları: Dikmelerin temele bağlantısını sağlayan mesnet ayağı L-şeklindeki bir elemanla teşkil edilmiştir. Dikmeler bu mesnet ayağına L elemanın düşey kısmında yer alan oval deliklerden bulon geçirilip sıkılmak suretiyle tespit edilmiştir. L şeklindeki mesnet ayağının yatay kısmında ise ankraj bulonları kullanılmak suretiyle dikmenin temele bağlantısı sağlanmıştır. Bulonların yerleşimi ve sayısı tasarımcının seçimine bağlıdır.

483


Çaprazlı sistemde ayrıca şunlar bulunmaktadır :

• Düşey çaprazlar: Çerçeve düzlemine parallel düşey düzlemde yer alan çaprazlar komşu çerçevenin dikmelerini birbirine bağlamaktadır. Bu düşey perde tek taraftan yükleme girişi olan depolama raflarının arka tarafında düzenlenir ve düşey dikmeler, enine elemanlar (genelde basınca çalışan) ve genellikle çekmeye çalışan çapraz elemanlardan oluşmaktadır.

• Yatay çaprazlar: Kirişler arasında diyagonal elemanlar teşkil edilir ve böylece yatay kuvvetler dikmenin çaprazlanmamış düşey düzleminden çaprazlanmış düşey düzlemine aktarılırlar.

Tablo 2 ve 3’de sırasıyla “SEISRACKS2” projesinde kullanılan numunelerin yapısal elemanlarına ait geometrik boyutları ve kirişlerin kolonlarla olan uç birleşimlerinin rijitlikleri yer almaktadır. Burada : kb*= E*Ixu/Lu kj*= E*Ixb/Lb olmak üzere,

− E çelik elemanın elastisite modülü − Ixu dikmenin x-eksenindeki atalet momenti − Ixb kirişin x-ekseninindeki atalet momenti − Lu dikmelerin kat içindeki yüksekliği (kat yüksekliği) − Lb raf kirişi boyudur.

Tablo 2 SEISRACKS2” projesi numunelerinde kullanılan dikme kesitlerine ait

geometrik boyutlar ve mesnet ayağı birleşiminin rijitliği.

Numunelerin düşey yüklenmesi 8 kN’luk beton bloklarla sağlanmıştır ve bu da bu ticari ürünün uygulamada genelde kullanılan orta-yüksek değerine karşı gelmektedir. Beton

bloklar yerde ahşap paletler üzerine konulmuş ve bunlar raf numunelerinin herbir gözüne 3 adet yüklenmiş paletler yerleştirilmek suretiyle test düzeneği oluşturulmuştur

(bkz. Şekil 1). Bu düşey yükleme düzeneği ambar veya antrdeponun işletme halleri içinde en kritik durumu oluşturmuştur ve bunun sonucunda dikmelerde büyük eksenel

gerilmelerin yanısıra kirişlerde de büyük eğilme momentleri meydana gelmiştir.

Bu tipik kuvvet kontrollü yükleme durumunda sismik yük statik yatay yük olarak sisteme raf seviyelerinde etkitilmiş olup, raf sistemi yüksekliği boyunca dağılımı ise her raf katı seviyesinde dinamik atalet kuvvetlerine orantılı olarak üçgen şeklindedir.

Upright section and base plate connection Specimen α β

t [mm]

A [mm2]

Ix [mm4]

Iy [mm4]

kb/kb*

IPA1 30,0 60,0 2 674 22430 7160 219,5IPB1 41,0 50,0 2 686 20100 11900 233,4IPC1 37,5 45,0 2 460 13438 7024 142,5IPD1 32,5 42,5 2 424,7 12426 6530 137,9IPA2 30,0 60,0 2 674 22430 7160 219,5IPB2 33,8 50,0 2 536 14300 5590 276,3IPC2 40,0 40,0 2,5 784 24308 14844 130,8IPD2 37,0 48,0 2,5 979,6 31714 19036 78,4

484


Tablo 3 SEISRACKS2” projesi numunelerinde kullanılan kiriş kesitlerine ait geometrik boyutlar ve kiriş-kolon birleşiminin rijitliği.

Beam section and

beam-to-upright joint Specimen γ δt

[mm]A

[mm2]Ix

[mm4]Iy

[mm4]kj/kj*

IPA1 100,0 30,0 1,5 762 32670 12125 53,9IPB1 86,7 33,3 1,5 659 24200 4390 79,6IPC1 67,0 26,7 1,5 588,7 17122 7556 87,6IPD1 83,3 33,3 1,5 516 16415 9862 85,8IPA2 80,0 30,0 1,5 641 22500 9664 82,6IPB2 73,3 26,7 1,5 600 19100 4290 89,4IPC2 73,7 33,3 1,5 645 21775 10300 69,6IPD2 74,3 28,6 1,75 816 31270 13120 66,1

Şekil 2 Uygulanan yatay yükün yükseklik boyunca üçgen dağılımı.

Testler yapı göçene kadar “çekilmek” suretiyle veya kontrollü deplasman parametresi daha önceden tanımlanan sınır değere erişene dek gerçekleştirilmektedir. Çekme etkisi sisteme giderek artan yükleme yapılarak elde edilmekte ve karekteristik bir kuvvet-deplasman diyagramında etkiyen toplam kuvvetin bir noktada ölçülen deplasmana oranına bağlı olarak “kapasite eğrisi” çizilmektedir. Numunenin tam olarak üç boyutlu şekil değiştirmiş şekillerini elde etmek için her iki dikme kolonlarında her kat seviyesinde 12 adet potansiyometrik deplasman ölçerler kullanılmaktadır. Çerçeve düzlemine paralel (boyuna) doğrultudaki deplasmanları ölçmek için 8 adet deplasmanölçer ve çerçeve düzlemine dik doğrultuda ise 4 adet deplasmanölçer ikinci ve dördüncü katta numunenin sol ve sağ tarafına tespit edilmiştir. Bu test düzeneği burulma deformasyonları nedeniyle oluşabilecek düzlem dışı deplasmanları kaydetmek için seçilmiştir. Bu test düzeneği “SEISRACKS2” projesi kapsamında geliştirilen belirli bir protokolde detaylı bir şekilde tanımlanmıştır (Castiglioni et al., 2014).

Kayıtları işleme yöntemi Açıklanmayan bir anlaşma nedeniyle burada sunulan grafikler aşağıda tanımlanan yöntem izlenerek normalize edilmiştir :

485


Taban kesme kuvveti (F) kesme kuvveti kapasitesine (akma) (Fy) bölünmüştür:

F / Fy = F* • Deplasmanlar (d) akma deplasmanına (dy) bölünmüştür:

d / dy = d*

ECCS45’de ve diğer uluslararası standartlarda elastik bölgenin geleneksel sınır değerini (Fy,dy) saptamak için önerdikleri çeşitli yaklaşımların titiz bir analizinden sonra, izleyen tanımın en uygun olduğu kabul edilmiştir (Brambilla and Chiarelli, 2014). Akma kuvveti Fy ve buna karşı gelen deplasman dy aşağıdaki gibi elde edilebilir (bkz. Şekil 3):

− F-d eğrisinin başlangıcında teğetini çizerek tanjant modülünü E = tgαy elde et. − E/10 değerindeki eğime karşı gelen teğeti yerleştir. − Çizilen her iki teğetin kesişme noktasının seviyesi (düşey koordinatı) Fy’i

vermektedir (bkz. Şekil 3a). − dy ise bu kesişmeye karşı gelen deplasmandır (yatay koordinattır)

q-faktörünü hesaplamak için itme eğrileri doğrusallaştırılır. Bu durumda q-faktörü, yük artım oranı Ω ila düktillik seviyesi μ = q0 ‘nin bir çarpımı olarak tanımlanır.

Burada:

− Fy yukarda açıklanan tanımdan elde edilir. − Fu erişilen maksimum yük − du erişilen maksimum yüke karşı gelen deplasman − d’ ise eğrinin başlangıcında çizilen teğetle eğrinin Fu limitinde çizilen teğetinin

kesişme noktasına karşı gelen deplasmandır (bkz. Şekil 3b)

(a) (b) Figure 3 ECCS45 tarafından tanımlanan akma yükü (a) ve bunun IPA1’den elde edilen

test sonuçları üzerinde uygulaması(b).

486


Test sonuçları Genel bulgular Numuneler üzerinde yürütülen geniş çaplı deplasman-kuvvet diyagramından genel davranışla ilgili iki önemli tip gözlemlenmiştir, şöyle ki : sünek ve gevrek. Birinci durumda kapasite eğrisi, yük ve deplasman ilişkisi plato bölgesine erişene dek kademeli bir şekilde artış gösteren nonlineer bir eğri ile karekterize edilmektedir (maksimum kapasite yükünü göstererek). Bundan sonra, yapının üzerinden yük kaldırıldığında ise kapasite eğrisinin ilgili kısmı başlangıçtaki yüklemeye paralel olmaktadır, bu da artık kalıcı deformasyonlarla birlikte yer alan elastik deformasyonların geri dönerek bir iyileşmenin elde edildiğini göstermektedir (Şekil 4). Bu nedenle raf sistemlerinin en azından deplasman cinsinden bir miktar plastik rezervinin (kapasitesinin) halen bulunduğu sonucu çıkarılabilir.

Şekil 4 Sünek kapasite eğrisi

Buna karşın gevrek davranış durumunda ise kapasite eğrisi maksimum kapasite yüküne erişenek dek lineer kısım ile karekterize edilir. Göçmeden önce kısa bir plato bölgesinin olduğu gözlemlenebilir. Yapısal göçme ise elastik boşaltma kısmının bulunmaması, bunun yerine yükün kaldırılması sırasında yatay deplasmanların birikmesi ile belirginleşmektedir (Şekil 5).

Şekil 5 Gevrek kapasite eğrisi

Elastik deformasyonların iyileşmesi (geri dönmesi)

Yüksek plastik rezerv

Plastik bölge yok Yükün boşaltılması sırasında artan deformasyonlar

487


Çaprazlanmamış raf sistemleri IPA1, IPB1, SA1 (Şekil 6a), SB1 ve SB2 numuneleri güçlü mesnet ayak birleşimleri ve birleşimlerindeki plastik rezerve nüfus ederek plastic kapasitenin kullanılması sonucu orta seviyede bir sünek davranış göstermiştir. Öte yandan, IPC1 (Şekil 6b) and IPD1 numunelerin tümsel davranışı gevrek olmuştur.

(a) SA1 (b) IPC1 Şekil 6 Çaprazlanmamış raf sistemleri, tipik tümsel sünek davranış (a) ve gevrek

davranış (b)

Bu zayıf tümsel davranışın başlıca nedenleri şunlar olmuştur : • Birincisi raf systeminin yükleme yapılan ilk katında plastik mafsalların

oluşmasıdır ki, bu durum bir yumuşak kat mekanizmasına götürmüştür (Şekil 7a). Gerçekte, IPC1 ve IPC2 için daha yukardaki raf katlarındaki yüklemelerden elde edilen kat ötelenmeleri birinci katlarındakilerden daha küçük olmuştur. Bu da yumuşak kat göçme mekanizmasının bir özelliğidir ve ikinci mertebe etkiler nedeniyle tümsel instabilite durumuna götürebilir. IPC1 ve IPC2 numuneleri durumunda ise bu davranışın başlıca nedenleri zayıf ayak bağlantı detayları olmuştur. Bu yetersiz birleşim detayı kolon ayağında “mafsal” oluşumuna neden olmuş ve böylece dönme talebi “daha rijit” olan birinci kat kiriş- dikme birleşimlerinde yoğunlaşmıştır.

• İkinci neden ise yapıların ilk iki ara katlarına yayılan çarpılmalı burkulma olayıdır. Belirli bir bölgeye etkiyen büyük basınç kuvvetleri ilk iki katta bulunan kiriş-dikme bağlantılarına bağlı olarak dikme kesitlerinin çarpılmasına neden olmuş ve bir yumuşak kat mekanizmasına götürmüştür (Şekil 7b). Dikmelerin kat seviyelerinde oluşan çarpılmalı burkulmasından kaçınabilmek için bu dikmeleri çapraz elemanlarla depolama raf sisteminin kiriş bağlantı yerlerine gelecek şekilde birleştirmek uygun bir çözümdür.

Yukardaki gözlemlerin ispatı olarak, çaprazsız yapılara ait q-faktörü ve üretici tarafından tanımlanan buna karşı gelen değerler Tablo 4’de raporlandırılmıştır. Orta seviyede yüksek q- değerleri bu yapıların sünekliğinin makul seviyede olduğuna işaret ederken, düşük q- değerleri ise IPC1 ve IPD1 örneklerinde saptandığı gibi, tümsel sünekliğin olmadığını göstermektedir. Tasarım aşamasında öngörülen bu iki duruma karşı gelen q-faktörlerinin daha düşük değerde etkin olduğu dikkate alınmalıdır.

488


(a) IPC1 (b) IPD1 Şekil 7 Tümsel göçmeye neden olan gevrek davranışla ilgili örnekler

Tablo 4 Çaprazsız raf sistemleri için q-faktörleri.

"SEISRACKS2" Projesi MÜŞAVİRLİK

IPA1 IPB1 IPC1 IPD1 SA1 SB1 SB2

Ω 1,27 1,12 1,08 1,02 1,14 1,20 1,14

q0 3,03 1,90 1,66 1,22 2,29 2,56 2,03

q 3,85 2,13 1,79 1,24 2,62 3,08 2,30

q TASARIM 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

Çaprazlı raf sistemleri IPA2, SA2 (Şekil 8a), SA3 and SB3 numuneleri raf sistemlerinin düğüm noktalarına uygun şekilde bağlanan düşey çaprazların plastik rezervlerinden yararlanmanın bir sonucu olarak tümsel bir sünek performans göstermişlerdir. Şekil 8b’de IPB2 numunesinin tümsel rijitliğinde basınca çalışan çaprazların burkulması sonrasında meydana gelen ani düşme görülmektedir. Bu noktadan sonra bulonların kesilerek kopmasına dek hiçbir plastik davranış gözlemlenmemiştir. Bu nedenle raf sistemlerinde diyagonallerin plastik rezerv kapasitesinden kaynaklanan avantajından yararlanmak mümkün olmamıştır. Kesme sonucu oluşan kopma temel seviyesindeki ana taşıyıcı çaprazın kendi mesnet levhasına birleşiminde meydana gelmiştir (Şekil 9a). Buna karşın IPD2 numunesi birinci kat seviyesindeki düşey çaprazların birleşiminde oluşan göçme nedeniyle oldukça düşük süneklik göstermiştir (Şekil 9b). Bu göçme birinci kattaki çaprazları birinci kat hizasındaki bağlantı levhasına bağlayan bulonların eğilmesi sonucu meydana gelmiştir. IPC2 numunesi için her ne kadar testin sonunda yapının tasarımında gözönüne alınan elastik sınıra ulaşılsa da, hidrolik verenin kapasitesi nedeniyle test durdurulmuştur. Bu numunede ana çaprazın plastik rezerv kapasitesinden sadece kısmen yararlanılabilinmiştir.

489


(a) SA2 (b) IPB2 Şekil 8 Çaprazlanmış raf sistemleri, tipik tümsel sünek (a) ve gevrek davranış (b).

a) IPB2 – çaprazların birleşimde göçme. b) IPD2 – bulonun eğilmesi sonucu göçme. Şekil 9 Çaprazlı numunelerin deformasyonu

Bu sonuçlara dayanılarak çaprazlı numunelerin yapısal davranışının ana çapraz elemanlarının bağlantı detaylarından yüksek mertebede etkilendiği gözlemlenmiştir. Ana çaprazların birleşimlerinin erken bir yerel gevrek davranışa neden olmayacak şekilde yeterli bir dayanıma sahip olduklarında ancak, bunların plastik rezervlerinin kullanılabileceği tespit edilmiştir. Tablo 5’de çeşitli testlerden elde edilen q-faktörleri özetlenmiştir. Gevrek davranışta q-faktörünün 1,0’e eşit olduğu görülmektedir. Çaprazsız sistemlerde olduğu gibi yapıların tümü de tasarımlarında öngörülenden daha büyük veya ona eşit q-faktörü değerlerini sağlayamamıştır.

Tablo 5 Çaprazlı raf sistemlerinde q-faktör değerleri.

"SEISRACKS2" Projesi MÜŞAVİRLİK

IPA2 IPB2 IPC2 IPD2 SA2 SA3 SB3

Ω 1,13 1,00 1,00 1,00 1,18 1,15 1,11

q0 2,19 1,00 1,00 1,00 2,22 2,17 1,98

q 2,48 1,00 1,00 1,00 2,61 2,50 2,20

q TASARIM 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50

490


Sayısal modelleme Simülasyon yaklaşımı Sonlu eleman yazılımı kullanılarak farklı raf sistemlerinin davranışı simüle edilmiş ve ayrıca bu modellerin statik nonlineer itme analizi sırasındaki davranışı ile herbir raf sistemi üzerinde yürütülen tam ölçekli itme testleri sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Burada özellikle soğukta şekil verilmiş ince cidarlı profiler için geliştirilen sofistike yazılımlar yerine, genelde piyasada çalışan mühendislerin günlük çalışma hayatlarında yürüttükleri projelerinde kullanılmak üzere geliştirilen ticari bir yazılım paketi (SAP2000) kullanılmıştır. Sayısal modellemede izlenen genel yaklaşım raf sisteminin farklı yapısal bileşenlerinin (dikmeler, kirişler ve diyagonaller) çerçeve elemanları ile birlikte simülasyonunu içermektedir. Bunların koordinatları ve kesit mukavemet özellikleri tanımlandıktan sonra, çalışmada bunların malzeme ve geometrik nonlineerliliğine odaklanılmıştır. Bu konudaki son gelişmeleri kapsayan incelemeye (Castiglioni, 2008) dayanılarak raf sistemlerinde neredeyse tüm plastik deformasyonların yapısal elemanların dört tipinde yoğunlaştığı söylenebilir, şöyle ki: kiriş uç bağlantıları, kolon ayak bağlantıları, çaprazlar (çaprazlı raf sistemleri için) ve ilk ara katın üstünde. Kiriş uç bağlantıları, kolon ayak bağlantıları ve çaprazlar nonlineer link elemanları kullanılarak modellenmiştir. Bunların davranışı bu yapısal bileşen testlerinden elde edilen deneysel sonuçlar doğrultusunda tanımlanmıştır. Raf dikmelerinin eksenel kuvveti ile moment dayanımlarının karşılıklı etkilenişimini dikkate almak için dikmelerin alt katının üstünde plastik mafsallar oluşturulmuştur. Bu mafsallar için temel kurallar Abaqus FEM (sonlu eleman) analizinden elde edilen sonuçlara dayanılarak üretilmiştir. Simülasyon sonuçları Şekil 10’da sayısal itme eğrisi ile buna karşı gelen test sonuçlarının karşılaştırılması ile ilgili iki örnek görülmektedir. Burada hiçbir kalibrasyon ayarına gereksinim olmadan oldukça iyi bir deneysel-sayısal uyumun varlığından söz edilebilinir. Burada her iki durumda da yapısal bileşenlerin testlerinden elde edilen verilere ulaşılabildiğinin altının çizilmesi önemlidir. Bu nedenle, raf sistemlerinin nonlineer davranışını karekterize etmek için gereken yapısal bileşen test sonuçlarının tümü temin edildiğinde ve sayısal modele yansıtıldığında, raf sisteminin gerçek davranışının başarılı bir sayısal tahmini ve modeli yapılabilir.

a) Çaprazsız çerçeve, IPA1. b) Çaprazlı çerçeve, IPA2.

Şekil 10 Sayısal ve deneysel sonuçların karşılaştırılması.

491


Sayısal modellerin raf sistemlerinin gerçek davranışını benzeştirecek şekilde geliştirilmesi raf üreticileri için daha güvenli tasarımların yapılmasına olanak vermektedir. Bunun yanısıra, sayısal modellerinin elde edilen sonuçlar doğrultusunda yeniden düzenlenmesi veya uygun olduğunun gösterilmesinden sonra, örneğin Ardışık Dinamik Analiz gibi daha ileri analizler yapılarak farklı seviyede sismik yükler altında raf sistemlerinin dinamik davranışının araştırılması hedeflenebilir. Bu dinamik nonlineer (doğrusal olmayan) analizler sismik etkiler altında yapının kapasitesi ile ilgili daha gerçekçi tahminlerin yapılmasınının onaylanmasını sağlayacaktır. Lakin bunların ancak sayısal modellerin testler sonucu onaylandığı durumlarda güvenilir olabilecekleri unutulmamalıdır.

Sonuçlar Bu çalışmada tam yüklü paletli depolama çelik raf sistemlerinin önemli yatay yükler altında davranışları araştırılmıştır. Raf numuneleri uluslararası raf üreticilerinden temin edilmiş olup, bunların boyuna doğrultularında testleri yapılmıştır. Numunelerden elde edilen tümsel deplasman-yük davranışı sonucu iki önemli tip gözlemlenmiştir : sünek ve gevrek. Çaprazsız raf sistemlerinde, yumuşak kat mekanizmasının meydana gelmesi sonucu gevrek davranış gözlemlenirken, çaprazlı raf sistemlerinde ise çapraz birleşimlerinde oluşan ani kopmanın birleşimin plastikleşme mekanizmasının gelişimine izin vermediği sonucuna varılmıştır. Gevrek davranış tasarım kabulleri ile uyumlu değildir. Buna göre, tasarımda öngörülen ile testten elde edilen q-faktörü değerleri arasında bazı durumlarda farklılığın oluştuğunun bilinmesi yeterlidir. Bu nedenle eğer sünek tasarım kabul edilecekse, tümsel dayanım, rijitlik ve düktillik kavramları cinsinden gerçek yapı davranışının onaylanması endüstriyel üreticiler için acil bir gereksinimdir. Bu bildiride bu gereksinime yönelik raf numulerinin tam ölçekli itme testlerinin yapılmasının pratikte nasıl etkin ve kolay-uygulanabilir olduğu gösterilmektedir. Bunun yanısıra test sonuçları raf sistemlerinin sayısal modellerinin onaylanması ve kalibre edilerek düzeltilmesinde kullanılabilir. Raf sistemlerinin gerçek davranışını tam olarak yansıtabilen sayısal modellerden başlayarak, endüstriyel üreticiler testlerde kullanılan yapısal elemanlar ve birleşimler veya bunların geometrisi ve enkesit mukavemet özelliklerine sahip çelik depolama raf sistemlerini esas aldıklarında, bunların daha güvenli şekilde tasarımını yapmaları mümkün olabilecektir. “SEISRACKS2” projesi kapsamında geliştirilen test metodolojisi bir test protokolüne dönüştürülmüştür. Böyle bir protokol izlenerek, Politecnico di Milano’da yönetilen labaratuvar tesislerinde “SEISRACKS2” projesinden elde edilen en son bulguların çelik depolama raf sistemlerinin endüstriyel üreticilere etkisinin gösterildiği testler, yakın zamanda iki endüstriyel üretici için yapılmıştır.

Kaynaklar John A. Blume & Associates (1973) Seismic Design Examples of Industrial Storage Racks, Report prepared for the Rack Manufacturer’s Institute, San Francisco CA.

492


Krawinkler H., Cofie N.G., Astiz M.A. and Kircher C.A. (1979) Experimental Study on the Seismic Behaviour of Industrial Storage Racks, Report No. 41, The John A. Blume Earthquake Engineering Center, Department of Civil Engineering, Stanford University, Stanford CA. Chen C.K., R.E. Scholl and J.A. Blume (1980) Seismic Study of Industrial Storage Racks, Report prepared for the National Science Foundation and for the Rack Manufacturers Institute and Automated Storage and Retrieval Systems (sections of the Material Handling Institute), San Francisco CA. ECCS N° 45 (1986) Recommended Testing Procedure For Assessing the Behaviour of Structural Steel Elements under Cyclic Loads, Technical Committee 1 – Structural Safety and Loadings Technical Working Group 1.3 – Seismic Design. Bernuzzi C. and Castiglioni C.A. (2001) Experimental Analysis on the Cyclic Behaviour of Beam-to-Column Joints in Steel Storage Pallet Racks, Thin-Walled Structures, (39), 841-859. Castiglioni C.A. (2003) Dynamic Tests on Steel Pallet Racks, Costruzioni Metalliche, 55 (3), 35-44. FEM 10.2.08 (2005) Recommendations for the Design of Static Steel Pallet Racking in Seismic Condition, Federation Europeen de la Manutention. Castiglioni et al. (2007) SEISRACKS RFSR-CT-2004-00045, Final Report, Research Program of the Research Fund for Coal and Steel RTD. Castiglioni C.A. (2008) Seismic behaviour of steel storage pallet racking systems, Structural Engineering Departement of Politecnico di Milano, Milano. Computers and Structures Inc., CSI Analysis Reference Manual for SAP2000®, ETABS®, and SAFE®, Berkeley CA. (2010) Brambilla G., Chiarelli G.P. (2014) “Steel storage pallet racking systems: full scale pushover testing and numerical analyses”, MSc Thesis, Politecnico di Milano. Castiglioni et al. (2014) SEISRACKS2 RFSR-CT-2011-00031, Mid-term Report, Research Program of the Research Fund for Coal and Steel RTD. EN16681 (2015) Steel static storage systems — Adjustable pallet racking systems — Principles for seismic design, CEN.

493


EK

A- “SEISRACKS2” projesinden elde edilen deneysel eğriler: Çaprazsız raf sistemleri:

a. IPA1 b. IPB1

c. IPC1 d. IPD1

Şekil 11 “SEISRACKS2” projesinden çaprazsız raf sistemleri için elde edilen deneysel kapasite eğrisi.

Çaprazlı raf sistemleri:

e. IPA2 f. IPB2

494


g. IPC2 h. IPD2

Şekil 12 “SEISRACKS2” projesinden çaprazlı raf sistemleri için elde edilen deneysel

kapasite eğrisi

B- Müşavirlikler için yapılan SA numunelerinin eğrileri

a) SA1 b) SA2

c) SA3

Şekil 13 Müşavirlik hizmetlerine yönelik çaprazlı raf sistemlerine ait SA numunesi

üzerinde yapılan testler sonucu elde edilen deneysel kapasite eğrisi

495


C- Müşavirlikler için yapılan SA numunelerinin eğrileri :

a) SB1 b) SB2

b) SB3

Şekil 14 Müşavirlik hizmeti olarak çaprazlı raf sistemlerine ait SB numunesi üzerinde

yapılan testlerden elde edilen deneysel kapasite eğrisi

496


Documents

Sismik Bölgelerde Paletli Depolama ÇelikRaf …Sismik Bölgelerde Paletli Depolama ÇelikRaf Sistemleri : Tam Ölçekli İtme Testleri ve Nümerik Simülasyonlar Politecnico di Milano,