Download pdf - Çelik Yapılar I - Ders 7 - Birleşim elemanları 1

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

ÇELİK YAPILAR I

1

Dr. Kağan YEMEZ

[email protected]

Çelik Bileşimler ve Bileşim Araçları

� Birleşim detay tipleri ve tasarım

� Perçinli Birleşimler

� Bulonlu Birleşimler� Bulonlu Birleşimler

� Kaynaklı Birleşimler

� Birleşim Analizleri

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çelik Yapılar 1 2

Birleşim detay tipleri

YükYük

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çelik Yapılar I 3

Birleşim detay tipleriBileşenler - Kaynak

� Kaynak bölgesine ulaşım için geçici platform gerekebilir.

� Hava koşulları…

Elektrik hattı gerekli… � Elektrik hattı gerekli…

� Geçici bulonlar veya köşebentler gerekebilir.

� Kontrol maliyeti...

� Daha uzun montaj süresi…


Birleşim detay tipleriBileşenler - Bulonlar


�Yerine göre bulonlar çekme, kesme veya kombinasyonuna karşı kullanılabilir.�Genelde montaj kolaylığı için delik çapı => D+2mm�Özel uygulamalar için sürtünmeli veya öngerilmeli bulon uygulamaları…

Birleşim detay tipleriBileşenler – L,T,levha,…


Birleşim detay tipleriBileşenler – L,T,levha,…

� Dolayısıyla bazı bölgeleri güçlendirmek gerekebilir.


� Bileşenlerin kapasiteleri doğrultusunda zayıflıklar göçme modunu, ve dolayısıyla moment aktarım kapasitesini belirler.

Birleşim detay tipleriBirleşim tipleri

� Kiriş-Kiriş birleşimler

� Kiriş-Kolon birleşimler


� Kolon ekleri

� Kolon tabanları

� Çaprazların birleşimleri





� Kolon ekleri







� Kolon ekleri







� Kolon ekleri







� Kolon ekleri




� Tasarım yüklerinin elemanlar arası güvenli aktarımı

� Yeterince güçlü olmalı

Yükü aşırı gerilme birikmeleri


� Kiriş-Kolon birleşimler� Yükü aşırı gerilme birikmeleri yaratmayacak şekilde aktarmalı

� Tasarlanan esneklik veya rijitliği sağlamalı

� Birleştirme elemanları montaj kolaylığı sağlayacak şekilde tasarlanmalı. (Kutu, boru profil birleşimlerine dikkat)İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çelik Yapılar I 13

� Kolon ekleri



Birleşim detay tipleriBirleşim Ekonomisi

� Maliyetlerin dağılımı Material 20 - 40%

Calculation } Calculation }

Drawings }

Fabrication } 60 - 80%

Protection }

Erection }


Birleşim detay tipleriBirleşim Ekonomisi


� B ve C alternatiflerinde daha az malzeme olmasına rağmen yüksek imalat maliyetinden dolayı daha pahalı.

Karşılık Maliyet Varsayımları1cm3 kaynak = 0,7 kg çelik. Berkitme levhası imalatı = kaynak maliyetiBir delik delme = 2 kg çelik

Birleşim detay tipleriBirleşim Ekonomisi - öneriler

� Delik çaplarını, cıvata boylarını ve cıvata kalitelerini mümkün olduğu kadar azalt.

� Kaynak bölgesine rahat ulaşım sağla ki kaynak kolay yapılabilsin.

İnce ayar gerektiren dar tolerans uygulamalarını minimize et.� İnce ayar gerektiren dar tolerans uygulamalarını minimize et.

� Aynı tip standart birleşim detaylarını kullanmaya çalış.

� Kolay şantiye bulonlaması yapılabilecek montaj detayları kullan.

� Şantiye vinç kullanımını hızlandırmak için elemanın zati ağırlığını taşıyabilecek geçici destek detayları, elemanları kullan.

� Düzgün ve doğrusal montaj kolaylığı sağla.

� Bakım gerekecek kritik yerleri dikkate al.


Birleşim detay tipleriTasarım Prensipleri

� Yapısal Davranış Gereksinimleri:� Dayanım,

� Rijitlik, � Rijitlik,

� Süneklik veya şekil değiştirme kapasitesi







� Dayanım� Birleşim elemanları tasarım yüklerini aktaracak dayanımda olmalı

Rijitlikolmalı


� Rijitlik� Esnek (mafsallı) – yeterli dönme kapasitesine sahip olacak kadar esnek, düşük moment aktarımı

� Rijit – dönme rijitliği => ihmal edilebilir birleşim dönmesi, yüksek moment aktarımı

� Yarı-rijit

� Şekil değiştirme kapasitesi


� Birleşimlerin sınıflandırılması








� Dayanım Yönünden


� Rijitlik yönünden


Birleşim detay tipleriTasarım Prensipleri – Yük aktarımı

� İç kuvvetlerin uygulanan yük ile dengesi

� Her bileşen kuvvetlere dayanacak kapasitededayanacak kapasitede

� Şekil değiştirmeler birleşim araçlarının (bulon, kaynak) ve diğer bileşenlerin şekil değiştirme kapasitelerine göre dağılır.

















Perçinli Birleşimler















İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

ÇELİK YAPILAR I

36

Dr. Kağan YEMEZ

[email protected]

Bulonlu Birleşimler

� Normal Bulonlu birleşimler� Kesme ve Ezilmeye karşı

� Öngermeli Bulonlu birleşimler� Öngermeli Bulonlu birleşimler� Sürtünme ile

� Kesme ve Ezilmeye karşı


Bulonlu BirleşimlerKesme kuvveti aktarımı



Çekme kuvveti aktarımıÇekme ve Kesme kuvveti aktarımı



� Kesme gerilmelerinin düzgün yayıldığı varsayılır.

Kesme düzlemi


� Kesme düzlemi yivlere denk geliyorsa => Azaltılmış Kesme Alan


� Bulon Çapları� Altıgen Başlı Bulonlar < 68 mm

� M ile adlandırılır � M ile adlandırılır � M20 x 60 => yivsiz kısmın çapı 20 mm, yivli ve yivsiz kısmın toplam boyu 60 mm

� Boy aşağıdaki koşulları sağlayacak şekilde hesaplanacak;

� Somun sıkıldıktan sonra en az bir dişten fazlası somundan dışa uzayacak

� En az bir tam diş somun ile yivsiz kısım arasında kalacak.


� Bulon Kaliteleri


Grade 4.6 5.6 6.5 6.8 8.8 10.9

� Uygulamalarda 8.8 kalitesi sıklıkla kullanılır.


fyb (MPa)fub (MPa)

240400

300500

300600

480600

640800

9001000

6 x 8 x 10 = 480 => (fyb)6 x 100 = 600 =>(fub)

� Bulon Çapları� Uygun bulonlar (D=d) dışında, kaba bulonlar için;

� d+1mm for M12 and M14 bolts � d+2mm aşağıdaki koşullarda izin verilebilir;


� d+2mm aşağıdaki koşullarda izin verilebilir;

� 4.8, 5.8, 6.8 or 10.9 kaliteleri için Fv,Rd kesme dayanımı 0.85’i kabul edilir.

� Azaltılmış Fv,Rd > Fb,Rd ezilme dayanımı

� d+2mm for M16 to M24 bolts

� d+3mm for M27 and larger bolts.

� Matkap veya Zımbalama (d<25 mm)


Bulonlu BirleşimlerGerilmeler


Bulonlu BirleşimlerGerilmeler

Nominal diameterdb (mm)

Nominal area

A (mm2)

Stress area

As (mm2)

810

50,378,5

36,658,0


10121416182022242730

78,5113154201254314380452573707

58,084,3115157192245303353459561

Bulonlu BirleşimlerKesme Dayanımı

� Kesme düzlemi yivli kısımda ise;� Fv,Rd = 0,6fubAs/γMb� 4.6, 5.6 and 8.8 için;� 4.6, 5.6 and 8.8 için;

� Fv,Rd = 0,5fubAs/γMb

� Kesme düzlemi yivsiz kısımda ise;� Fv,Rd = 0,6fubA/γMb


Delik boşluk/toleranslar => kesme/çekme/lokal eğilmeL => Fv,Rd ; bulon sayısı => Fv,Rd (daha az)

Bulonlu BirleşimlerUzun Birleşimler

� Yük dağılımı� Dıştaki bulonlar daha fazla yük taşıyor !

Akma sonrası daha


� Akma sonrası daha düzgün kesme dağılımı…

� Dıştakiler koptuktan sonra ardışık göçme…

� Birleşim boyu kesme kapasitesini etkileyen önemli bir parametredir.

� Uzun birleşimler




� Uzun birleşimler� Bulonlar rijitse;

� Bulon 1 ve 4 tüm yükü taşır.

Levha rijitse;


� Levha rijitse;� Eşit dağılım

� Gerçek durum uygun d/t oranları (1,5~2) için;(d~7√tmin – 2 mm)

� 4 bulon =>29-21-21-29

� 6 bulon => 25-15-10-10-15-25

� 8 bulon => 24-13-8-5-5-8-13-24


� Uzun birleşimler� Öneriler:

� Levhanın deformasyon kapasiteleri daha fazla


kapasiteleri daha fazla olduğu için bulonların kesmesinden önce levhaların ezilme dayanımına ulaşması sağlanacak şekilde tasarım yapılmalı.


� Lj > 15 d ise kesme dayanım azaltma katsayısı:


� βLf ≤1,0 ve βLf ≥ 0,75

� Düzgün dağılım varsa uygulanmaz ! (örn. Kiriş gövdesinden kolon başlığına kesme kuvveti aktarımı)

Bulonlu BirleşimlerEzilme Dayanımı

� Ezilme basıncı; bulon çapı ve levha kalınlığına bağlı…

� Yeteri kadar e1 mesafesi olmalı…


olmalı…

� Yivler direk etkilemez ama şekil değiştirmeyi etkiler.

� Levha şekil değiştirme kapasitesi yüksekse “Sünek”; Bulon kesilirse “gevrek” davranış


Fb.Rd = 2,5αfudt/γMb

� α = min(1; )


� α = min(1; )

� e2 > 1,5do ve p2 > 3do olmalı

� e2 = 1,2do ve/veya p2 = 2,4do ise kesme dayanımı => 2/3 Fb.Rd


Fb.Rd = 2,5αfudt/γMb

� α = min(1; ) p2


� α = min(1; )

� e2 > 1,5do ve p2 > 3do olmalı

� e2 = 1,2do ve/veya p2 = 2,4do ise kesme dayanımı => 2/3 Fb.Rd

p2

Bulonlu BirleşimlerÇekme Dayanımı

� Ft.Rd = 0,9fubAs/γMb

Ayrılma etkisinden dolayı ek


� Ayrılma etkisinden dolayı ek çekme kuvveti…� Birleşimin geometrisine ve bulon ve birleşim elemanlarının rijitliğine bağlı

Bulonlu BirleşimlerKesme ve Çekme Dayanımı

≤ 1,0

� V < %30 x Fv.Rd => T = Ft


� V < %30 x Fv.Rd => T = Ft

� Yivler bulon imalatçısı tarafından standardına uygun açılmaması durumunda 0,85

katsayısı kullanılır.

Bulonlu BirleşimlerBulon mesafeleri

� 1,2 do< e1 < 12t veya 150 mm

� 1,5 do< e2 < 12t veya 150 mm� t, min. Kalınlık

� Lokal burkulma gereklilikleri…

� Korozyon koşulları => 40 mm + 4t


� Korozyon koşulları => 40 mm + 4t

Basınc durumu;

� 2,2 do< p1 < 14t veya 200 mm

� 3,0 do< p2 < 14t veya 200 mm� Lokal burkulma gereklilikleri…

Çekme durumu;

� Dış sıra; 2,2 do< p1 < 14t veya 200 mm

� İç Sıra; 2,2 do< p1 < 28t veya 400 mm� Korozyon yoksa => max değer x 1.5

Bulonlu BirleşimlerBir kenarı bağlı köeşebentler

� Simetrik değil => azaltma� 1 bulon: Nu,Rd = 2,0(e2 - 0,5do)tfu/γM� 2 bulon: Nu,Rd = β2Anetfu/γM� 3+ bulon: Nu,Rd = β3Anetfu/γM


� 3+ bulon: Nu,Rd = β3Anetfu/γM

p1 ≤ 2,5 do ≥ 5,0 do

β2β3

0,40,5

0,70,7


� Normal Bulonlu birleşimler� Kesme ve Ezilmeye karşı

� Öngermeli Bulonlu birleşimler� Öngermeli Bulonlu birleşimler� Sürtünme ile

� Kesme ve Ezilmeye karşı


Bulonlu BirleşimlerÖngermeli Bulonlu Birleşimler

� Daha fazla rijitlik� Fatigue (Yorulma) yüklemelerine karşı daha iyi performance



� Levhaların ayrılma rijitliği bulonun rijitliğinin 4 katı



� Genellilkle 10.9 kalite kullanılır.

� Öngerme kuvveti;� Fp.Cd = 0,7 fub . As� Fp.Cd = 0,7 fub . As

� Öngerme yöntemleri� Torq yöntemi

� Somun sıkma turu yöntemi

� Kombine yöntem



� Öngerme yöntemleri� Torq yöntemi

� 1. adım: tüm bulonlar %75 x Ma

� 2. adım: tüm bulonlar %100xMa

� Somun sıkma turu yöntemi


� Somun sıkma turu yöntemi� 1. adım: tüm bulonlar “el sıkılığı"

� 2. adım: tüm bulonlar 2. kez “el sıkılığı"

� Son adım: gerekli tur sayısı

� Kombine Yöntem� 1. adım: tüm bulonlar %75 x Ma

� 2. adım: tüm bulonlar %75 x Ma

� Son adım: 90° - 120° tur


� Somun ve Pul� Daha kalın


Daha kalın somun

� Kopmayı sağlamalı

� Diş atmamalı


� Delik çapları� d+2mm for ≤ M24

� d+3mm for > M24

� Sürtünme dayanımı� Fs,Rd = nµFp.Cd /γms

� İşlem görmemiş yüzey => µ = 0,20

� Kumlanmış yüzey => µ = 0,50

� Kumlanmış, ethyl-zinc silicate(kalınlık 30 - 60 µm) ile boyanmış => µ = 0,30

� Kumlanmış, sıcak daldırma galvanizlenmiş => µ = 0,10



� Kesme ve Çekme Dayanımı� Fs,Rd = nµ(Fp.Cd - 0,8Ft) /γms� Moment aktaran birleşimlerde çekme kuvveti basınç ile karşılanıyorsa sürtünme azaltması uygulanmaz.karşılanıyorsa sürtünme azaltması uygulanmaz.


Bulonlu BirleşimlerPratik uygulama önerileri

Geniş ve oval delikler

67


� Geniş ve oval delikler� İmalat sonrası ön montaj kontrolü

� Kısa oval ve geniş deliklerde %15 kayma dayanımı azalması

� Uzun oval deliklerde %30 kayma dayanımı azalması

F = [(k µ)n/γ ]. F� Fs,Rd = [(ksµ)n/γms]. Fp.Cd� Kısa oval ve geniş ks = 0,85; uzun ks = 0,70

� Kısa oval delik sınırları� (d + 1) mm by (d + 4) mm for M12 and M14 bolts

� (d + 2) mm by (d + 6) mm for M16 and M22 bolts

� (d + 2) mm by (d + 8) mm for M24 bolts

� (d + 3) mm by (d + 10) mm for M27 and larger bolts

� Uzun oval delik sınırları� (d + 1) mm by 2,5 d for M12 and M14 bolts

� (d + 2) mm by 2,5 d for M16 and M24 bolts

� (d + 3) mm by 2,5 d for M27 and larger bolts 68


69

� Step < 2 mm => dayanım azaltması yok

� Ara plakası� Korozyon koşulu yoksa t > 2 mm

� Dış hava koşulları t > 4 mm

� EC ‘da özel hesap yöntemi

Bulonlu BirleşimlerPratik uygulama önerileriUygun ve Enjeksiyonlu bulonlar


Bulonlu BirleşimlerPratik uygulama önerileriTC (Çekme kontrollü) – Yük göstergeli pullar


Bulonlu BirleşimlerPratik uygulama önerileri� Korozyon koruması yapılmış levhalar;

� Boya kalınlığı >15 µm (örn. sıcak daldırma galvanizli levhalar) ön gerilmeli bulonlar 1 veya 2 defa sıkılmalı. Pratik olarak birincisi


veya 2 defa sıkılmalı. Pratik olarak birincisi montajdan 2 hafta sonra ve ikincisi 3 ay sonra.

� Korozyon koruması yapılmış bulonlar;� Yivlerin sıkılaştırır.

� Yağlama yapılabilir.