Çelik bağlantı bileşenlerinin kontrolü (SP)

CBFEM yöntemi, genel Sonlu Elemanlar Yöntemi'nin (FEM) ve standart Bileşen Yöntemi'nin (CM) avantajlarını birleştirir. Doğru CBFEM modeli üzerinde hesaplanan gerilmeler ve iç kuvvetler, tüm bileşenlerin kontrolünde kullanılır – Cıvatalar, ön yüklemeli cıvatalar ve kaynak dikişleri SP 16.13330.2017'ye göre kontrol edilir. Basınç altındaki beton SP 63.13330.2012'ye göre kontrol edilir. Plakalar sonlu elemanlar analizi ile kontrol edilir. Ankraj kontrolleri mevcut sürümde henüz uygulanmamıştır.

Rus standartlarına göre çelik plakaların kod kontrolü

Gerinim kontrolü, plakaları simüle eden kabuk sonlu elemanlarında gerçekleştirilir. Akma dayanımı, malzeme dayanımı katsayısına bölünür ve hizmet katsayısıyla çarpılır.

Plakalarda elde edilen eşdeğer gerilme (HMH, von Mises) ve plastik gerinim hesaplanır. Bilineer malzeme diyagramında akma dayanımına (malzeme dayanımı için kısmi güvenlik katsayısına bölünmüş, γ_m – SP 16, Tablo 3, ve hizmet katsayısıyla çarpılmış γ_c – SP 16, Tablo 1, bu değer Kod kurulumunda düzenlenebilir, SP 16, Md. 11.1.1) ulaşıldığında, eşdeğer plastik gerinim kontrolü gerçekleştirilir. % 5 sınır değeri Eurocode'da (EN 1993-1-5 Ek C, Par. C8, Not 1) önerilmektedir. Bu değer Kod kurulumunda değiştirilebilir; ancak doğrulama çalışmaları bu önerilen değer için yapılmıştır. Elemanın malzeme özellikleri en kalın plaka tarafından belirlenir.

\[ \frac{1}{R_y \gamma_c} \sqrt{\sigma_x^2-\sigma_x \sigma_y + \sigma_y^2 + 3 \tau_{xy}^2} \le 1.0 \]

Plaka elemanı beş katmana bölünür ve her birinde elastik/plastik davranış incelenir. Program, tüm katmanlardan en kötü sonucu gösterir.

Gerilme, tasarım akma dayanımından biraz daha yüksek olabilir. Bunun nedeni, hesaplamanın kararlılığını artırmak amacıyla analizde kullanılan gerilme-gerinim diyagramının plastik dalının hafif eğimidir.

Rus standartlarına göre cıvataların ve ön yüklemeli cıvataların kod kontrolü

Cıvatalar

Cıvatalar SP 16, Md. 14.2'ye göre kontrol edilir. Her cıvatadaki çekme ve kesme kuvveti sonlu elemanlar analizi ile belirlenir. Kaldıraç kuvvetleri sonlu elemanlar analizi ile belirlenir ve dikkate alınır. Her kesme düzlemi ayrı ayrı kontrol edilir. Yatak basıncındaki levha, yakın düzlemlerdeki kesme kuvvetlerinin toplamına göre kontrol edilir.

Kesmeye maruz cıvata

Tasarım kesme kuvvetine maruz bir cıvata, Md. 14.2.9'a göre tasarlanır ve aşağıdaki koşulu sağlamalıdır:

\[ N_s \le N_{bs} = R_{bs} A_b \gamma_b \gamma_c \]

burada:

• N_s – cıvatanın bir düzlemindeki kesme kuvveti
• N_bs – cıvatanın kesme dayanımı
• R_bs – cıvatanın tasarım kesme mukavemeti – SP 16, Tablo 5
• A_b – cıvatanın brüt kesit alanı
• γ_b – cıvatalı birleşim hizmet faktörü – SP 16, Tablo 41 – γ_b = 1.0 tek cıvatalama ve A doğruluk sınıfı ile çok cıvatalama için, γ_b = 0.9 çok cıvatalama ve B doğruluk sınıfı ile yüksek mukavemetli cıvatalar için (R_bun ≥ 800 MPa)
• γ_c – hizmet faktörü – SP 16, Tablo 1, Kod ayarlarında düzenlenebilir

Her kesme düzlemi ayrı ayrı kontrol edilir.

Çekmeye maruz cıvata

Tasarım çekme kuvvetine maruz bir cıvata, SP 16, Md. 14.2.9'a göre tasarlanır ve aşağıdaki koşulu sağlamalıdır:

\[ N_t ≤ N_{bt} = R_{bt} A_{bn} \gamma_c \]

burada:

• N_t – cıvatadaki çekme kuvveti
• N_bt – cıvatanın çekme dayanımı
• R_bt – tasarım çekme mukavemeti – SP 16, Tablo 5
• A_bn – cıvatanın net kesit alanı
• γ_c – hizmet faktörü – SP 16, Tablo 1, Kod ayarlarında düzenlenebilir

Birleşik kesme ve çekmeye maruz cıvata

Aynı anda kesme ve çekme kuvvetlerine maruz bir cıvata, SP 16, Md. 14.2.13'e göre tasarlanır ve aşağıdaki koşulu sağlamalıdır:

\[ \sqrt{\left ( \frac{N_t}{N_{bt}} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_s}{N_{bs}} \right ) ^2} \le 1.0 \]

burada:

• N_t – cıvatadaki çekme kuvveti
• N_bt – cıvatanın çekme dayanımı
• N_s – cıvatanın bir düzlemindeki kesme kuvveti
• N_bs – cıvatanın kesme dayanımı

Yatak basıncına maruz cıvatalar

Kesmede çalışan bir cıvata nedeniyle yatak basıncına maruz bir levha, SP 16, Md. 14.2.9'a göre tasarlanır ve aşağıdaki koşulu sağlamalıdır:

\[ N_s ≤ N_{bp} = R_{bp} d_b t \gamma_b \gamma_c \]

burada:

• N_s – levhaya etkiyen cıvatadaki kesme kuvveti
• N_bp – levhanın yatak basıncı dayanımı
• R_bp – yatak basıncı tasarım mukavemeti; R_bp = 1.6 · R_u A doğruluk sınıfı için ve R_bp = 1.35 · R_u B doğruluk sınıfı için – SP 16, Tablo 5
• R_un – birleştirilen elemanın kopma mukavemeti
• d_b – cıvata çapı
• t – levha kalınlığı
• γ_b – cıvatalı birleşim hizmet faktörü – SP 16, Tablo 41
• γ_c – hizmet faktörü – SP 16, Tablo 1, Kod ayarlarında düzenlenebilir

Her levha ayrı ayrı kontrol edilir ve en kötü durum gösterilir. SP 16, detaylandırma sınırları dışındaki durumlar için cıvatalı birleşim hizmet faktörü γ_b'yi göstermemektedir. Bu nedenle, bu tür durumlar için yatak basıncı kontrolü yapılmaz.

Sürtünme tipi birleşimler

Sürtünme tipi birleşimlerde, kaymanın sınırlandırılması ve SP 16, Md. 14.3'e göre kontrol edilmesi gerekir. Bu cıvatalar ayrıca, kayma gerçekleştikten sonra nihai limit durum için yatak tipi olarak da kontrol edilmelidir. Kesme kuvvetine maruz bir cıvata aşağıdaki koşulu sağlamalıdır:

\[ N_s \le N_{bf} = Q_{bh} \gamma_b \gamma_c \]

burada:

• N_s – bir ön yüklemeli cıvata ve bir sürtünme düzlemine etkiyen kesme kuvveti
• N_bf – bir ön yüklemeli cıvata ve bir sürtünme düzleminin kayma dayanımı
• Q_bh = R_bh A_bn μ / γ_h – bir ön yüklemeli cıvata ve bir sürtünme düzleminin tasarım kayma dayanımı
• R_bh = 0.7 · R_bun – ön yüklemeli cıvatadaki tasarım ön yükü – SP 16, Md. 6.7
• R_bun – cıvatanın kopma çekme dayanımı
• A_bn – çekme gerilmesi alanı
• μ – ön yüklemeli cıvatalar için sürtünme katsayısı – SP 16, Tablo 42, Kod ayarlarında düzenlenebilir
• γ_h – cıvata sıkma durumunda katsayı – SP 16, Tablo 42
  • Normal delikler: statik yükleme, Δ ≤ 4 mm; dinamik yükleme, Δ ≤ 1 mm:
    • γ_h = 1.12, μ ≥ 0.42 için
    • γ_h = 1.17, 0.35 ≤ μ < 0.42 için
    • γ_h = 1.30, μ < 0.35 için
  • Büyütülmüş delikler: statik yükleme, Δ > 4 mm; dinamik yükleme, Δ > 1 mm:
    • γ_h = 1.70, μ < 0.35 için
    • γ_h = 1.35, μ ≥ 0.35 için
• Δ – cıvata deliği çapı ile cıvata çapı arasındaki fark
• γ_b – sürtünme birleşimi hizmet faktörü – SP 16, Md. 14.3.4
• γ_c – hizmet faktörü – SP 16, Tablo 1, Kod ayarlarında düzenlenebilir

Statik veya dinamik yükleme Kod ayarlarında belirlenebilir.

Etkin arayüz sayısı κ, her arayüz ayrı ayrı kontrol edildiğinden her zaman 1'e eşittir.

SP 16, Md. 14.3.6'ya göre, birleşik kesme ve çekme yüküne maruz sürtünme tipi birleşimlerdeki cıvatalar için sürtünme birleşimi hizmet faktörü γ_b şu değerle çarpılır:

\[ \gamma_b = \gamma_b \cdot \left ( 1 - \frac{N_t}{P_b} \right ) \]

burada:

• N_t – cıvatadaki çekme kuvveti
• P_b = R_bh A_bn – cıvatadaki ön yük
• R_bh = 0.7 · R_bun – ön yüklemeli cıvatadaki tasarım ön yükü – SP 16, Md. 6.7
• A_bn – çekme gerilmesi alanı

Sürtünme tipi birleşimler ayrıca nihai limit durum için de kontrol edilmelidir. Cıvata tipi yatak – çekme/kesme etkileşimine değiştirilmeli, yükler uygun şekilde artırılmalı ve birleşim yeniden kontrol edilmelidir.

Rus standartlarına göre kaynak dikişlerinin kod kontrolü

Tam kenar boyu boyunca küt kaynak veya köşe kaynak, kısmi kaynak veya aralıklı kaynak ayarlamak mümkündür. Küt kaynakların, kaynaklanan elemanla aynı dayanıma sahip olduğu varsayılır ve kontrol edilmez. Köşe kaynakları durumunda, kaynak elemanı plakaları birbirine bağlayan interpolasyon bağlantıları arasına yerleştirilir. Kaynak elemanı, uzun kaynaklar, çok yönlü kaynaklar veya takviyesiz başlığa kaynak gibi durumlarda elle hesaplamaya benzer bir direnç elde etmek amacıyla gerilmeyi kaynak boyu boyunca yeniden dağıtmak için belirlenmiş elastoplastik malzeme diyagramına sahiptir. Kaynak kontrolünde en fazla gerilmeye maruz kalan kaynak elemanı belirleyicidir.

Kaynağın en fazla gerilmeye maruz kalan köşe kaynak elemanı SP 16, Md. 14.1'e göre kontrol edilir. Kaynak uzunluğu SP 16, Md. 14.1.16'ya göre 10 mm azaltılmalıdır.

Kaynak metali kontrolü:

\[ \frac{N}{\beta_f k_f l_{we} R_{wf} \gamma_c} ≤ 1.0 \]

Ana metal kontrolü:

\[ \frac{N}{\beta_z k_f l_{we} R_{wz} \gamma_c} ≤ 1.0 \]

burada:

• N – kaynak elemanına etkiyen kuvvet
• β_f – SP 16, Tablo 39'dan kaynak metali katsayısı; katsayı Kod kurulumuna göre belirlenir – kaynak türü ve kaynak pozisyonu (kaynak malzemesi ayarları)
• β_z – SP 16, Tablo 39'dan ana metal katsayısı; katsayı Kod kurulumuna göre belirlenir – kaynak türü ve kaynak pozisyonu (kaynak malzemesi ayarları)
• k_f – kaynak bacak boyutu, köşe kaynak bacak oranı 1:1 olarak alınır
• \( l_{we} = \frac{l_w}{l} \cdot l_e \) – hesap kaynak elemanı uzunluğu
• l_w = l – 10 mm – hesap kaynak uzunluğu
• l – gerçek kaynak uzunluğu
• l_e – gerçek kaynak elemanı uzunluğu
• \( R_{wf} = 0.55 \frac{R_{wun}}{\gamma_{wm}} \) – kaynak metali kopma dayanımı – SP 16, Tablo 4
• R_wz = 0.45 R_un – ana metal kopma dayanımı – SP 16, Tablo 4
• γ_c – hizmet katsayısı – SP 16, Tablo 1, Kod kurulumunda düzenlenebilir
• R_wun – SP 16, Tablo D2'den köşe kaynak metalinin standart dayanımı
• γ_wm – kaynak metali için kısmi güvenlik katsayısı, R_wun ≤ 490 MPa için γ_wm = 1.25 ve diğer durumlarda γ_wm = 1.35 – SP 16, Tablo 4
• R_un – bağlanan çeliğin karakteristik dayanımı

Kaynak pozisyonunun yerçekimi türü, Kod kurulumunda kaynak elektrodu ve kaynak türü seçiminde ayarlanabilir.

Kaynak diyagramları aşağıdaki formüle göre gerilmeyi gösterir:

\[ \sigma = \sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 } \]

Rus standartlarına göre beton bloğun kod kontrolü

Basınç altındaki beton

Taban plakası altındaki basınç altındaki beton, SP 63.13330.2012, Md. 8.1.44 – Yerel basınç için betonarme elemanların hesabı kapsamında kontrol edilir:

\[ N \le \psi R_{b,loc} A_{b,loc} \]

burada:

• N – dış yükten kaynaklanan yerel basınç kuvveti
• ψ – yerel yükün mesnet yüzeyi üzerinde düzgün dağılmaması durumunda 0,75'e eşit katsayı
• R_b,loc = φ_b R_b – basınç kuvvetinin yerel etkisi durumunda betonun hesap basınç dayanımı
• \( \varphi_b = 0.8 \sqrt{\frac{A_{b,max}}{A_{b,loc}}} \) ve 1,0 ≤ φ_b ≤ 2,5 – betondaki üç eksenli gerilme durumunu dikkate alan konsantrasyon katsayısı
• R_b = R_bn / γ_b – betonun eksenel basınç dayanımının hesap değeri
• R_bn – betonun normatif eksenel basınç dayanımı
• γ_b = 1,3 – basınç altında beton için güvenilirlik katsayısı; Kod ayarlarında düzenlenebilir
• A_b,loc – sonlu elemanlar yöntemiyle belirlenen, taban plakası ile beton blok arasındaki temas alanı olarak tanımlanan basınç kuvvetinin uygulama alanı (mesnet yüzey alanı)
• A_b,max – aşağıdaki kurallara göre belirlenen maksimum hesap alanı:
  • A_b,loc ve A_b,max alanlarının ağırlık merkezleri çakışır
  • maksimum hesap alanı, uygulama alanına geometrik olarak benzerdir; eğimler 1 dikey 2 yatay şeklindedir.

Kesme kuvvetinin aktarımı

Taban plakasındaki kesme etkisinin kolondan beton temele aktarılması aşağıdaki yollarla sağlandığı kabul edilir:

1. Taban plakası ile beton/harç arasındaki sürtünme
2. Kesme kılavuzu
3. Ankraj bulonları

Ankrajlar

Ankrajlardaki çekme kuvvetleri kaldıraç kuvvetlerini içermekte olup sonlu elemanlar analizi ile belirlenir.

Ankrajlar yazılımda kontrol edilmez.

Rus standartlarına göre cıvata ve kaynak detaylandırması

Cıvatalar

Minimum aralık ve minimum kenar mesafesi SP 16, Tablo 40'a göre kontrol edilir.

Minimum aralık, R_yn ≤ 375 MPa olan çelik için 2,5 · d, diğer durumlarda 3 · d'dir.

Minimum kenar mesafesi, kesme yükü yönünde R_yn ≤ 375 MPa olan çelik için 2 · d, diğer durumlarda 2,5 · d'dir. Kesme yüküne dik yönde minimum kenar mesafesi 1,35 · d'dir. SP 16, Tablo 40'ta belirtilen bazı koşullar altında minimum kenar mesafeleri daha küçük olabilir. Bu koşulların sağlanması durumunda kullanıcı detaylandırma kontrolünü devre dışı bırakabilir. Ancak bu durumda cıvataların yükleme altındaki ezilme kontrolü gerçekleştirilemeyebilir.

Ön yüklemeli cıvatalar

Minimum aralık ve minimum kenar mesafesi SP 16, Tablo 40'a göre kontrol edilir.

Minimum aralık, R_yn ≤ 375 MPa olan çelik için 2,5 · d, diğer durumlarda 3 · d'dir.

Minimum kenar mesafesi 1,3 · d'dir.

Ankrajlar

Ankrajlar arasındaki aralık, ankraj çapının altı katından büyük olmalıdır. Bu değer ankraj tipine bağlıdır ve Kod ayarlarından değiştirilebilir.

Minimum plaka kenar mesafesi, cıvatalar için geçerli olan kurallara uyar.

Kaynaklar

Kaynak detaylandırması SP 16, Md. 14.1.7'ye göre kontrol edilir. Maksimum köşe kaynak boyutu k_f,max, 1,2 · t_min'den küçük olmalıdır; burada t_min birleştirilen plakaların daha ince olanının kalınlığıdır. Minimum köşe kaynak boyutu k_f,min, SP 16, Tablo 38'e göre kontrol edilir. t_max, kaynak yapılan plakaların en kalın olanının kalınlığıdır.

• \(t_{min} < 0.6 \cdot t_{max}\) için – tek taraflı köşe kaynağında k_f,min = t_min ve çift taraflı köşe kaynağında \( k_{f,min} = t_{min} / \sqrt{2} \)  
• \(t_{min} \ge 0.6 \cdot t_{max}\) için – k_f,min aşağıdaki tablodan seçilir

Rus standartlarına göre birleşim sınıflandırması

Birleşimler, birleşim rijitliğine göre şu şekilde sınıflandırılır:

• Rijit – elemanlar arasındaki orijinal açılarda ihmal edilebilir değişim olan birleşimler,
• Yarı rijit – güvenilir ve bilinen bir eğilme kısıtlama derecesi sağlama kapasitesine sahip olduğu varsayılan birleşimler,
• Mafsallı – eğilme momenti oluşturmayan birleşimler.

Birleşimler, EN 1993-1-8 – Md. 5.2.2'ye göre sınıflandırılır.

• Rijit – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
• Yarı rijit – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
• Mafsallı – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)

burada:

• S_j,ini – birleşimin başlangıç rijitliği; birleşim rijitliği M_j,Rd'nin 2/3'üne kadar doğrusal kabul edilir
• L_b – analiz edilen elemanın teorik uzunluğu; eleman özelliklerinde belirlenir
• E – Young elastisite modülü
• I_b – analiz edilen elemanın atalet momenti
• k_b = 8, yatay deplasmanı en az %80 azaltan bir perde/çapraz sisteme sahip çerçeveler için; k_b = 25, her katta K_b/K_c ≥ 0.1 koşulunun sağlandığı diğer çerçeveler için. Kullanıcı Kod ayarlarında "perdeli sistem" seçeneğini belirtmediği sürece k_b = 25 değeri kullanılır.
• M_j,Rd – birleşimin tasarım moment dayanımı
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c

Rus standartlarına göre kapasite tasarımı

Kapasite tasarımı, Rus yönetmeliklerinde ilgili hükümlerin bulunmaması nedeniyle EC'deki ile aynı prosedürü kullanmaktadır.

Kapasite tasarımının amacı, tasarım düzeyindeki bir depremde çökmeyi önlemek için binanın kontrollü sünek davranış sergilemesini doğrulamaktır. Plastik mafsal, sönümleyici elemanda oluşması beklenmekte olup birleşimin sönümleyici olmayan tüm elemanları, sönümleyici elemandaki akma nedeniyle oluşan kuvvetleri güvenli biçimde aktarabilmelidir. Sönümleyici eleman genellikle moment aktaran çerçevedeki bir kiriştir; ancak örneğin bir alın levhası da olabilir. Servis faktörü, sönümleyici elemanlar için kullanılmaz. Sönümleyici elemana iki faktör atanır:

• γ_ov – aşırı dayanım faktörü – EN 1998-1, Md. 6.2; önerilen değer γ_ov = 1,25'tir; malzemelerde düzenlenebilir
• γ_sh – pekleşme faktörü; önerilen değerler moment aktaran çerçevedeki kiriş için γ_sh = 1,2, diğer durumlar için γ_sh = 1,0'dır; işlemde düzenlenebilir

Malzeme diyagramı aşağıdaki şekle göre değiştirilmektedir:

Sönümleyici elemanın artırılmış dayanımı, plastik mafsalın sönümleyici elemanda oluşmasına neden olan yük girişine olanak tanır. Moment aktaran çerçeve ve kirişin sönümleyici eleman olduğu durumda, kiriş M_y,Ed = γ_ovγ_shf_yW_pl,y ile buna karşılık gelen V_z,Ed = –2 M_y,Ed / L_h kesme kuvveti ile yüklenmelidir; burada:

• f_y – karakteristik akma dayanımı
• W_pl,y – plastik kesit modülü
• L_h – kiriş üzerindeki plastik mafsallar arasındaki mesafe

Asimetrik birleşim durumunda, kiriş hem sarkma hem de kalkma eğilme momentleri ve bunlara karşılık gelen kesme kuvvetleri ile yüklenmelidir.

Sönümleyici elemanların levhaları kontrolün dışında tutulmaktadır.