Kalıcı servis köprüsü kafes kirişi, Heathrow Havalimanı, Birleşik Krallık
Ana yapının tasarımı, orijinal danışmanlık firması olarak Mott MacDonald tarafından yapılmıştır. İnşaattan sorumlu yüklenici DHD Engineering, müşterimiz Ellis & Moore Consulting Engineers'a birleşimlerin tasarımını vermiştir.
Bu makalede, söz konusu birleşim tasarımının zorlu kısımlarını ve bunların IDEA StatiCa Connection ile nasıl başarıyla çözüldüğünü açıklayacağız; aynı zamanda Eurocode'da uygulanan orijinal bileşen yönteminin kullanımını değerlendirerek bu özel durumda uygulamasının neredeyse imkânsız olduğunu kanıtlayacağız.
Manuel tasarım için birleşim sınıflandırması
Öncelikle, karmaşık bir birleşimin manuel olarak tasarlanması gerektiğinde izlenen prosedürü açıklamaya çalışacağız. Sağdaki resimde gösterilen ve çok düzlemli bir birleşim olan N-birleşimini örnek olarak kullanacağız. Bileşen yöntemini kullanarak doğru bir hesap yapabilmek için Eurocode'un Şekil 7.1'indeki ilgili konfigürasyonu tanımlamamız gerekmektedir (aşağıdaki resme tıklayın).
Birleşimin geometrisinden, açık mavi dikdörtgenle işaretlenen boyuna yönde herhangi bir sorun olmadığı görülmektedir. Bu yön açıkça N birleşimi olarak sınıflandırılabilir. Sorunlar eğik düzlemde başlamaktadır! Sonuç olarak, bir "Y" birleşimiyle birlikte var olan iki "N" birleşimimiz bulunmaktadır.
Bu yönde sorun, nihai IDEA StatiCa Connection modelinden alınan gerçekçi 3D görünüm ekran görüntüsü kullanılarak kolayca görselleştirilebilir (aşağıya bakınız). Bu özel konfigürasyon için yönetmelikte net bir yönlendirme bulunmamakta ve/veya bindirmeler vb. için ilgili paragrafların gerektirdiği sınırlar zorunlu olarak sağlanmamaktadır. Bu durumda, bileşen yöntemini kullanmak istiyorsanız uzman görüşüne ve uygun mühendislik değerlendirmesine ihtiyaç duyabilirsiniz. Ayrıca ekran görüntüleri tamamlanmış birleşimden alındığından, birleşimi güçlendirmek ve gerekli dayanıma ulaşmak için çeşitli takviye köşe plakalarının kullanıldığı görülmektedir. Bu köşe plakalarının varlığı tek başına, birleşimi bileşen yönteminin uygulanmasıyla tasarlanamaz hale getirmektedir.
CBFEM yöntemi ile başarılı tasarım
Bileşen yönteminin bu sınırlamaları CBFEM ve IDEA StatiCa Connection için geçerli değildir; çünkü birleşim gerçekteki haliyle tam olarak modellenmekte ve sonlu elemanlarla tüm yönlerde birleştirici bir eleman olarak analiz edilmektedir. Dolayısıyla tüm kuvvetler uygulandıktan sonra model çözülebilmekte, modelimizdeki etkileşen tüm iç kuvvetler hesaplanmakta ve güvenli bir tasarımı gösteren tüm Eurocode kontrollerinin hızlı bir genel görünümüne anında ulaşılabilmektedir.
Bileşen yöntemiyle karşılaştırıldığında önemli olan bir diğer husus, bu iş akışının tüm birleşim türlerinde ortak olmasıdır. Örneğin, dikdörtgen kesitler herhangi bir nedenle dairesel veya I tipi kesite değiştirilse bile özel bir husus gözetilmesi gerekmez. Bu durum, her kesit türü için özel kurallara sahip olan bileşen yöntemi için geçerli değildir.
Birleşik Krallık'ta birleşim tasarımı hakkında bir not
Çelik birleşim tasarımı söz konusu olduğunda, inşaat mühendislerinin Birleşik Krallık'ta yaygın bir uygulama gibi görünen belirli bir prosedürü izlediğini güvenle söyleyebiliriz. Birleşimleri tasarlamak için yapının temel tasarımından sorumlu mühendisler, sağdaki resimdeki gibi işaretlemeler sağlamaktadır. İnsan tarafından okunabilir bilgiye sahip olmak için birleşimler gruplandırılmaktadır. Ardından her grup için etki eden kuvvetlerin zarfı oluşturulmaktadır. Bu prosedür, birleşime güvenli bir tasarıma yol açan bir aşırı dayanım sağlamakla birlikte iki taraf arasındaki bilgi akışını da kolaylaştırmaktadır. Bu yaklaşımın sorunu, gerekli aşırı dayanımın (en azından bu özel durumda) o kadar büyük olmasıdır ki sağlanan takviye köşe plakaları olmadan kaynaklı elemanlar verilen kuvvetlere dayanamaz.
Bu durum, birleşim tasarımcısının zaman zaman çıkmaza girdiği anlamına gelmektedir; çünkü elemanın boyutunu değiştirmek kabul edilebilir bir uygulama değildir ve gerçekleşmesi durumunda gerekçelendirilmesi gerekmektedir. Bu özel durumda, IDEA StatiCa Connection kullanmak, müşterinin karmaşık SEY analizine ve uygulamasının beraberinde getirdiği tuzaklara başvurmadan gerekli tasarımı elde etmesinin tek yoluydu.
IDEA StatiCa Connection ile daha ekonomik tasarım
Daha önce açıklanan bu yaygın uygulama, bu projede de başlangıçta kullanılmıştır. Sonuç olarak, orijinal danışmanlık mühendisleri tarafından sağlanan zarf tasarım kuvvetleri, kafes kirişlerin birincil birleşimlerinin çok ekonomik olmayan bir tasarımına yol açmıştır. Aşağıdaki resimde görülebileceği gibi, ön/fizibilite tasarımı, açıklığın ortasında bulunan 8 elemanlı bir birleşim için çok ağır bir birleşim ortaya çıkarmıştır.
Ana danışmanlık mühendisleriyle yapılan ara görüşmelerin ardından kuvvetler, daha gerçekçi kombinasyonlar ve uygulanabilir tasarımlar üretmek üzere revize edilmiştir. Bu kuvvetler IDEA StatiCa Connection'da kullanılmış ve daha az ek plaka kullanılarak daha ekonomik bir tasarım elde edilmiştir. Bu yeni yaklaşımın ve iki taraf arasındaki iletişimin sonucu aşağıda gösterilmektedir:
IDEA StatiCa Connection'ı kullandığımız ilk büyük proje olmasına rağmen, yazılımın genel felsefesi ve uygulamaları, normalde elle tasarlayacağımız bu tür karmaşık birleşimlerle hızla çalışmamıza yardımcı oldu. IDEA StatiCa Connection'da tüm bu birleşimler çözülebilir hale geldi ve daha da iyisi, özel bir husus gözetilmesi gerekmedi. İş akışı, geometri ne olursa olsun ortaktır.
Bir diğer önemli husus, makul birleşim detaylarının üretim maliyetlerinin azalmasına yol açması ve kafes kirişlerin montajının görece kolay olmasıydı.
Dolayısıyla proje tüm taraflar için başarılı kabul edildi... ve işin bir sonraki aşaması aynı ekip tarafından üstlenildi... detaycılar için benzer zorluklarla birlikte.
Alexander Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc İnşaat Mühendisi
Ellis and Moore Consulting Engineer'da Kıdemli Yapısal Mühendis
