Kolon tabanı – Güçlü eksen etrafında eğilme etkisindeki açık kesitli kolon
Açıklama
Bu bölümün amacı, basınç ve güçlü eksen etrafında eğilme yüküne maruz kalan çelik açık kesitli kolonun taban plakasının bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemi (CBFEM) ile bileşen yöntemi (CM) kullanılarak doğrulanmasıdır. Çalışma, kolon boyutu, geometrisi ve taban plakası kalınlığı için hazırlanmıştır. Çalışmada beş bileşen incelenmektedir: basınçtaki kolon başlığı ve gövdesi, şerbetleme dahil basınçtaki beton, eğilmedeki taban plakası, çekmedeki ankrajlar ve kaynaklar. Tüm bileşenler EN 1993-1-8:2005, EN 1992‑1‑1:2005 ve EN 1992‑4 standartlarına göre tasarlanmıştır.
Dayanım doğrulaması
Bileşen yöntemi tasarımına bir örnek, HEB 240 çelik kesitli kolonun ankrajlanması üzerinde gösterilmektedir:
Beton bloğunun boyutları a' = 1000 mm, b' = 1500 mm, h = 900 mm olup beton sınıfı C20/25'tir. Taban plakası boyutları a = 330 mm, b = 440 mm, t = 20 mm ve çelik sınıfı S235'tir. Ankraj cıvataları 4 × M20, As = 245 mm2, uzunluk 300 mm, baş çapı a = 60 mm ve çelik sınıfı 8.8'dir. Şerbetleme kalınlığı 30 mm'dir.
Analitik çözümün sonuçları, belirgin önemli noktalar içeren bir etkileşim diyagramı üzerinde sunulabilir. −1 noktası saf çekme yüklemesini, 4 noktası ise basınç taşıma kapasitesini temsil etmektedir. 0, 1, 2 ve 3 noktalarının ayrıntılı açıklaması Şek. 8.2.1'de gösterilmektedir; bkz. (Wald, 1995) ve (Wald ve diğ. 2008).
Şek. 8.2.1 Etkileşim diyagramındaki belirgin noktalar
CBFEM ile elde edilen 0 ve 3 noktalarına ait gerilme dağılımı Şek. 8.2.2 ve 8.2.3'te gösterilmektedir.
Şek. 8.2.2 CBFEM ile elde edilen 0 noktası için betondaki gerilme ve ankrajlardaki kuvvetler (deform. ölçeği 10)
Şek. 8.2.3 CBFEM ile elde edilen 3 noktası için betondaki gerilme ve ankrajlardaki kuvvetler
(deform. ölçeği 10)
Şek. 8.2.4 Etkileşim diyagramında modellerin karşılaştırılması
CBFEM ile elde edilen etkileşim diyagramının CM'ye göre hesaplanan etkileşim diyagramı ile karşılaştırması Şek. 8.2.4 ve Tab. 8.2.1'de sunulmaktadır.
Tab. 8.2.1 HEB 240 için analitik çözüm ve CBFEM ile elde edilen etkileşim diyagramı sonuçlarının karşılaştırması
| Analitik çözüm | CBFEM sonuçları | |||
| Eksenel kuvvet [kN] | Eğilme dayanımı [kNm] | Eksenel kuvvet [kN] | Eğilme dayanımı [kNm] | |
| Nokta -1 | 169 | 0 | 150 | 0 |
| Nokta 0 | 0 | 45 | 0 | 37 |
| Nokta 1 | −564 | 103 | −564 | 98 |
| Nokta 2 | −708 | 108 | −708 | 111 |
| Nokta 3 | −853 | 103 | −853 | 101 |
| Nokta 4 | −1700 | 0 | −1683 | 0 |
Duyarlılık çalışması
CBFEM sonuçları, bileşen yöntemi sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma, her etkileşim diyagramı noktası için verilen normal kuvvet düzeyindeki eğilme momenti dayanımı esas alınarak yapılmıştır.
Duyarlılık çalışmasında kolon boyutu, taban plakası boyutları ve beton pedi boyutları değiştirilmiştir. Seçilen kolon kesitleri HEB 200, HEB 300 ve HEB 400'dür. Taban plakası genişliği ve uzunluğu, kolon kesitinden 100 mm, 150 mm ve 200 mm daha büyük seçilmiş; taban plakası kalınlığı 15 mm, 20 mm ve 25 mm olarak belirlenmiştir. Beton pedi C25/30 sınıfındandır. Beton pedi yüksekliği tüm durumlar için 900 mm, genişlik ve uzunluk ise taban plakası boyutlarından 200 mm daha büyük alınmıştır. Ankraj cıvataları, gömme derinliği 300 mm olan M20 sınıf 8.8'dir. Parametreler Tab. 8.2.2'de özetlenmiştir. Kaynaklar, kritik bileşen olmayacak şekilde yeterli kaynak boğaz kalınlığıyla tüm kolon kesiti boyunca aynı tutulmuştur. Diğerleri orta değerde sabit tutulurken bir parametre değiştirilmiştir.
Tab. 8.2.2 Seçilen parametreler
| Kolon kesiti | HEB 200 | HEB 300 | HEB 400 |
| Taban plakası ofseti | 100 mm | 150 mm | 200 mm |
| Taban plakası kalınlığı | 15 mm | 20 mm | 25 mm |
Şek. 8.2.5'te kolon kesitindeki değişikliklere ait sonuçlar sunulmaktadır. Şek. 8.2.6 ve Şek. 8.2.7'de sırasıyla taban plakası ofseti ve taban plakası kalınlığı değiştirilmektedir.
Şek. 8.2.5 Kolon kesiti değişimi
Şek. 8.2.6 Taban plakası ofseti değişimi – 100, 200 ve 300 mm
Şek. 8.2.7 Taban plakası kalınlığı değişimi – 15, 20 ve 25 mm
Kıyaslama örneği
Girdi
Kolon kesiti
- HEB 240
- Çelik S235
Taban plakası
- Kalınlık 20 mm
- Ofsetler üst 100 mm, sol 45 mm
- Çelik S235
Ankraj cıvatası
- M20 8.8
- Ankraj uzunluğu 300 mm
- Ankraj tipi: Pul levhası - dairesel; boyut 40 mm
- Ofsetler üst sıralar 50 mm, sol sıralar −10 mm
- Kesme düzlemi dişli kısımda
- Kaynaklar her iki taraf 8 mm
Temel bloğu
- Beton C20/25
- Ofset 335 mm ve 530 mm
- Derinlik 900 mm
- Kesme kuvveti aktarımı sürtünme ile
- Şerbetleme kalınlığı 30 mm
Yükleme
- Eksenel kuvvet N = −853 kN
- Eğilme momenti My = 100 kNm
Çıktı
- Ankraj cıvataları %42,2 (NEd,g = 51,7 kN ≤ NRdc = 122,4 kN - A1 ve A2 ankrajları için beton koni kırılması)
- Beton bloğu %99,5 (σ = 26,7 MPa ≤ fjd = 26,8 MPa)
Kaynaklar
EN 1992-1-1, Eurocode 2, Betonarme yapıların tasarımı – Bölüm 1-1: Genel kurallar ve binalara ilişkin kurallar, CEN, Brüksel, 2005.
EN 1992-4:2018, Eurocode 2: Betonarme yapıların tasarımı – Bölüm 4: Betonda kullanılan bağlantı elemanlarının tasarımı, Brüksel, 2018.
EN 1993-1-8, Eurocode 3, Çelik yapıların tasarımı – Bölüm 1-8: Birleşimlerin tasarımı, CEN, Brüksel, 2005.
Wald F. Kolon Tabanları, CTU Yayınevi, Prag, 1995.
Wald F., Sokol Z., Steenhuis M., Jaspart, J.P. Çelik kolon tabanları için bileşen yöntemi, Heron, 53, 2008, 3-20.