Uzatılmış Alın Plakası Moment Birleşimleri (AISC)

Bu doğrulama örneği, Mark D. Denavit ve Kayla Truman-Jarrell tarafından Tennessee Üniversitesi ve IDEA StatiCa'nın ortak projesi kapsamında hazırlanmıştır.

1 Açıklama

Bu çalışmada, uzatılmış alın plakası moment birleşimleri (Şekil 1) için bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemi (CBFEM) sonuçları ile ABD uygulamasında kullanılan geleneksel hesaplama yöntemleri arasındaki karşılaştırma sunulmaktadır.

Şekil 1 Bu çalışmada incelenen uzatılmış alın plakası moment birleşiminin şematik görünümü

Bu çalışmada deprem dışı birleşimler için kullanılan geleneksel hesaplama yöntemleri, AISC Tasarım Kılavuzu 4'te (Murray ve Sumner 2003) sunulan önerilere ve AISC Şartnamesi'ndeki (2016a) yük ve direnç faktörü tasarımı (LRFD) gerekliliklerine dayanmaktadır. Sismik (yani kapasite tasarımlı) birleşimler için kullanılan geleneksel hesaplama yöntemleri ise AISC Sismik Uygulamalar için Özel ve Orta Çelik Moment Çerçevelerinde Önceden Nitelendirilmiş Birleşimler (2016b) belgesine dayanmakta olup bu belge bundan böyle AISC 358 olarak anılacaktır. Hem sismik hem de deprem dışı birleşimler için bu kaynaklar, uygulanan yüklere doğrudan dayanmayan minimum alın plakası kalınlığı ve kolon başlık kalınlığı sınırlamalarını içermektedir. Bu sınırlar, kaldırma kuvveti etkisinden kaçınmak ve birleşimin tam olarak kısıtlanmasını sağlamak amacıyla belirlenmiştir. Deprem dışı birleşimlerde, örneğin Dowswell (2011) önerileri kullanılarak kaldırma kuvveti dikkate alındığında daha ince plakalar ve kolon başlıkları kullanılmasına izin verilmektedir. Ancak bu çalışmadaki tüm geleneksel hesaplamalarda minimum kalınlık sınırları uygulanmıştır.

Geleneksel hesaplamalarda değerlendirilen sınır durumlar şunlardır: cıvataların çekme kopması, alın plakası ve kolon başlığının eğilme akması (kalınlık sınırlamaları aracılığıyla), alın plakasının kesme akması ve kopması, yerel kolon sınır durumları (yani gövde yerel akması, gövde yerel burkulması ve gövde basınç burkulması), kolon gövdesi panel bölgesi akması, cıvata kesme sınır durumları (yani cıvata kesme kopması, yükleme, yırtılma – yalnızca basınç cıvatalarının kesme dayanımı dikkate alınmıştır). Basitlik açısından tüm kaynaklar alın kaynağı olarak modellenmiş ve dayanımları geleneksel hesaplamalarda değerlendirilmemiştir.

CBFEM sonuçları IDEA StatiCa Sürüm 21.0'dan elde edilmiştir. Örnek modeller Şekil 2'de gösterilmektedir. İzin verilen maksimum yükler, uygulanan yük girdisi programın güvenli kabul ettiği ancak küçük bir miktar artırıldığında (örn. 1 kip-in.) güvensiz kabul edeceği bir değere yinelemeli olarak ayarlanarak belirlenmiştir. Geleneksel hesaplamaların aksine, kaldırma kuvvetinin etkisi IDEA StatiCa'da değerlendirilmiş ve gösterilen sonuçlar kaldırma kuvveti etkisi olan durumları içermektedir. Birleşimin rijitliği, rijitlik analizleri (yani "ST" analiz türü) kullanılarak değerlendirilmiştir.

Şekil 2 IDEA StatiCa'da modellenen uzatılmış alın plakası moment birleşimleri.

2 Alın Plakası Kalınlığı

İlk olarak, alın plakası kalınlığının birleşimin davranışı ve dayanımı üzerindeki etkisi incelenmektedir. Bu karşılaştırmalar için kiriş W21×68, kolon ise W14×193'tür. Her ikisi de ASTM A992'ye uygundur (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Kolon, belirleyici sınır durumun kolonda olmamasını sağlamak amacıyla büyük (t_f = 1,44 in.) seçilmiş ve 5/8 in. kalınlığında takviye levhaları (yani süreklilik plakaları) ile donatılmıştır. Alın plakasının derinliği 29 in., genişliği 9,5 in. olup kalınlığı 3/8 in. ile 2,5 in. arasında değişmektedir. Tüm plaka malzemeleri (yani alın plakası ve takviye levhaları) ASTM A572 Gr. 50'ye uygundur (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Birleşimde her kiriş başlığı yakınında dört cıvata (toplam 8 cıvata) bulunmakta olup alın plakası takviyesizdir. Bu konfigürasyon yaygın olarak dört cıvatalı takviyesiz, 4E, konfigürasyonu olarak adlandırılmaktadır. Cıvatalar, yatay aralığı g = 5,5 in. ve düşey aralığı c = 4,5 in. olan 1-1/8 in. çapında A325 cıvatalardır. Cıvataların eksen merkezinden alın plakasının kenarına olan düşey mesafe l_ev = 2 in.'dir.

IDEA StatiCa'da yükler "denge halindeki yükler" seçeneği kullanılarak uygulanmıştır. Kolonun üst ve alt ucuna uygulanan momentlerin her biri, kirişe uygulanan momentin yarısına eşittir. Kolona ayrıca 25 kip'lik bir kesme yükü uygulanmıştır (V_kolon = 25 kips, Şekil 1). Basitlik açısından kirişe kesme kuvveti uygulanmamıştır (V_kiriş = 0 kips, Şekil 1).

Maksimum uygulanan momentin alın plakası kalınlığına göre değişimi Şekil 3'te sunulmaktadır. Her kalınlık için belirleyici sınır durum Tablo 1'de verilmektedir. 1 in.'den ince plakalar minimum kalınlık gerekliliklerini karşılamadığından, 1 in.'den küçük alın plakası kalınlıkları için geleneksel hesaplama sonuçları gösterilmemektedir. Alın plakası kalınlığı gereksinimini karşılayan birleşimler için geleneksel hesaplamalardan elde edilen belirleyici sınır durum, cıvataların çekme kopmasıdır. Sonuç olarak, maksimum uygulanan moment alın plakası kalınlığıyla değişmemektedir.

IDEA StatiCa sonuçlarında maksimum uygulanan momentin alın plakası kalınlığıyla değişimi gözlemlenmektedir. Çok ince plakalarda (t ≤ 0,5 in.), alın plakasındaki plastik gerinim tasarımı kontrol etmektedir. Diğer durumlarda ise cıvata çekmesi tasarımı kontrol etmektedir. İncelenen tüm aralık boyunca maksimum uygulanan moment, artan alın plakası kalınlığıyla birlikte artmaktadır. İnce plakalarda, kalınlığın artması alın plakasının eğilme akma dayanımını doğrudan artırdığından maksimum uygulanan momentteki artış hızlıdır. Cıvata çekmesinin belirleyici olduğu durumlarda ise maksimum uygulanan momentteki artış daha kademeli olmaktadır. 1,25 in. ve daha büyük alın plakası kalınlıklarında, IDEA StatiCa'dan elde edilen maksimum uygulanan moment geleneksel hesaplamalardan elde edilenden daha yüksektir. Bunun nedeni, geleneksel hesaplamaların kolon başlığı ile alın plakası arasındaki temas kuvvetinin kiriş başlığı ekseninde yoğunlaştığını varsaymasına karşın IDEA StatiCa'nın temas basıncını açıkça modellemesidir. Alın plakası kalınlığı arttıkça, kiriş başlığının ötesine uzanan alın plakası bölümü daha rijit hale gelir ve temas basıncına daha iyi direnç gösterir; bu durum basınç kuvvetini kiriş alt başlığının altına kaydırır (Şekil 4). Bu nedenle, cıvataların çekme kapasitesi IDEA StatiCa ile geleneksel hesaplamalar arasında farklı olmasa da, IDEA StatiCa'da çiftin kol uzunluğu daha büyük olduğundan moment kapasitesi daha yüksek olmaktadır. 

Her alın plakası kalınlığı için kaldırma kuvveti etkisinin varlığı ve birleşimin rijitliği IDEA StatiCa tarafından belirlenmiştir. Birleşimin çekme tarafında temas gerilmesi varsa kaldırma kuvveti etkisinin mevcut olduğu kabul edilmiştir. Örneğin Şekil 4'te gösterildiği gibi, 7/8 in. kalınlığındaki plakaya sahip birleşimde kaldırma kuvveti etkisi gözlemlenirken 2-1/2 in. kalınlığındaki plakada gözlemlenmemiştir. 1 in. ve daha büyük alın plakası kalınlıklarında kaldırma kuvveti etkisi bulunmamaktadır. Bu durum, geleneksel hesaplamaların ilgili minimum kalınlık sınırlamasıyla örtüşmektedir. 7/8 in. ve daha büyük alın plakası kalınlıklarına sahip birleşimler, IDEA StatiCa'daki rijitlik analizi ile tam kısıtlı (yani rijit) olarak belirlenmiş; bu durum, geleneksel hesaplamaların minimum kalınlık sınırlamasının bu durumda birleşimin rijitliğinin dolaylı olarak iyi bir kontrolünü de sağladığını göstermektedir.

Şekil 3 Maksimum uygulanan moment - alın plakası kalınlığı ilişkisi

Tablo 1. Şekil 3'te sunulan sonuçlar için belirleyici sınır durum

Şekil 4 Şekil 3'te sunulan sonuçlar için temas gerilmesi

Şekil 5 Şekil 6'da sunulan sonuçlar için temas gerilmesi (alın plakası takviyeli)

Alın plakasına takviye levhası eklenmesi birleşimin davranışını değiştirmektedir. Daha önce incelenen birleşimlerin aynısı için ancak alın plakası takviye levhaları eklenerek maksimum uygulanan momentin alın plakası kalınlığına göre değişimi Şekil 6'da sunulmaktadır. Şekil 3'te takviyesiz birleşimler için sunulan IDEA StatiCa sonuçları referans amacıyla Şekil 6'ya dahil edilmiştir. Takviye levhaları 1/2 in. kalınlığında, 3,5 in. genişliğinde, 6,5 in. uzunluğunda olup kirişin her iki başlığına da yerleştirilmiştir. Takviye levhalarının plaka malzemesi ASTM A572 Gr. 50'ye uygundur (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi).

Geleneksel hesaplamalar açısından, takviye levhası eklenmesi alın plakasının eğilme dayanımı için akma çizgisi düzenini değiştirerek minimum kalınlığı azaltmaktadır. Ancak takviye levhası eklenmesi, basınç kuvvetinin alın plakası rijitliğinden bağımsız olarak başlık ekseninde yoğunlaştığı varsayıldığından, cıvataların çekme kopmasıyla kontrol edilen birleşim dayanımını değiştirmemiştir. Son araştırmaların incelenmesi, alın plakası takviye levhası eklenmesiyle basınç kuvvetinin alt başlığın altına kaydığını doğrulamış ve tasarımda bu kaymayı hesaba katmak için bir yöntem önerilmiştir (Landolfo ve diğerleri 2018).

IDEA StatiCa açısından, takviye levhası eklenmesi maksimum uygulanan yükü artırmıştır. Belirleyici sınırlar Tablo 1'de sunulanlarla aynıdır. Maksimum uygulanan yüklerdeki artış, cıvata çekmesinin belirleyici olduğu ve takviye levhalarının kaldırma kuvveti etkisini azaltmaya ve kuvvet çiftinin kol uzunluğunu artırmaya yardımcı olduğu 5/8 in. ile 1 in. arasındaki alın plakası kalınlıklarında en büyük olmuştur.

Şekil 6 Maksimum uygulanan moment - alın plakası kalınlığı ilişkisi

Önceki analizlerin tamamında kolon sınır durumlarının belirleyici olmamasını sağlamak amacıyla görece büyük bir kolon kullanılmıştır. Aşağıdaki analizlerde kullanılan kolon daha küçük olup W14×109'dur. Kolon takviye levhası kalınlığı, kiriş, alın plakası ve cıvatalar dahil birleşimlerin diğer özellikleri aynı kalmıştır. Bu analizlerdeki alın plakası takviyesizdir.

Maksimum uygulanan momentin alın plakası kalınlığına göre değişimi Şekil 8'de sunulmaktadır. Her kalınlık için belirleyici sınır durum Tablo 2'de verilmektedir. Bu şekilde hem IDEA StatiCa hem de geleneksel hesaplamalar için birden fazla eğri çizilmiştir.

Geleneksel hesaplamalar için sonuçlar; panel bölgesi plastik deformasyonlarının çerçeve stabilitesi üzerindeki etkisinin çerçeve analizinde dikkate alınmadığı durum ve dikkate alındığı durum için ayrı ayrı çizilmiştir. Panel bölgesi akması genel çerçeve rijitliğini etkiler ve ikinci mertebe etkilerini önemli ölçüde artırabilir. Panel bölgesinin plastikliği, çerçevenin gerekli dayanımlarını belirlemek için yapılan analizde dikkate alınmazsa, AISC Şartnamesi (2016a) panel bölgesi davranışını elastik aralıkla sınırlandırmaktadır. Panel bölgesinin plastikliği, çerçevenin gerekli dayanımları belirlenirken dikkate alınırsa, panel bölgesinin ek plastik kesme dayanımı tanınmaktadır.

Panel bölgesi plastikliğinin analizde dikkate alınmadığı durumda, panel bölgesi kesme dayanımı birleşimin dayanımını kontrol etmekte olup maksimum uygulanan moment 4.649 kip-in.'dir. Panel bölgesi plastikliğinin analizde dikkate alındığı durumda ise cıvataların çekme dayanımı birleşimin dayanımını kontrol etmekte olup maksimum uygulanan moment 5.490 kip-in.'dir (panel bölgesi akması için maksimum uygulanan momentin yalnızca biraz daha yüksek olan 5.495 kip-in. olduğuna dikkat ediniz).

IDEA StatiCa için belirleyici sınır, çok ince alın plakalarında (t ≤ 0,5 in.) alın plakasındaki plastik gerinim sınırı, diğer durumlarda ise cıvata çekmesidir. IDEA StatiCa için maksimum uygulanan moment, geleneksel hesaplamalardan daha yüksektir. Belirleyici sınır durumlar da farklılık gösterdiğinden, Şekil 7'de 1,25 in. plaka kalınlığı için gösterilen kolon gövdesi panel bölgesinde plastik gerinim sınırına ulaşılan uygulanan momenti sayısal olarak belirlemek amacıyla ek analizler gerçekleştirilmiştir. Bu değerler Şekil 8'de kesikli çizgi olarak çizilmiştir (bu analizlerde cıvata dayanım sınırlarının aşıldığına dikkat ediniz).

Şekil 7 t_p = 1,25 in. için panel bölgesinde plastik gerinim

IDEA StatiCa, panel bölgesi akması sınır durumunu yakalamaktadır; ancak plastik panel bölgesi deformasyonlarının çerçeve stabilitesi üzerindeki etkisinin analizde dikkate alındığı durumda AISC Şartnamesi'nin (2016a) izin verdiğinden daha yüksek bir dayanımla. Birleşimler, %5'ten küçük bir plastik gerinim sınırı uygulanarak panel bölgesi akmasını sınırlamak amacıyla IDEA StatiCa'da tasarlanabilir. Örneğin, 1,75 in. kalınlığında alın plakasına sahip birleşimin kolon gövdesinde neredeyse elastik davranış sergilemesi (yani %0,1 plastik gerinim sınırı) için maksimum uygulanan yük 4.418 kip-in.'dir; bu değer, plastik panel bölgesi deformasyonlarının çerçeve stabilitesi üzerindeki etkisinin analizde dikkate alınmadığı geleneksel hesaplamalardan elde edilen 4.649 kip-in.'lik maksimum uygulanan moment ile iyi bir uyum göstermektedir.

İlginç bir şekilde, 1,5 in.'e kadar olan alın plakası kalınlıklarında IDEA StatiCa'da kaldırma kuvveti etkisi tespit edilmekte ve birleşim kısmen kısıtlı (yarı rijit) olarak sınıflandırılmaktadır. Geleneksel hesaplamalar, kaldırma kuvveti olmadığı varsayımıyla 1 in.'e kadar düşen alın plakası kalınlığına izin vermektedir.

Şekil 8 Maksimum uygulanan moment - alın plakası kalınlığı ilişkisi

Tablo 2. Şekil 8'de sunulan sonuçlar için belirleyici sınır durum

¹ Plastik panel bölgesi deformasyonlarının çerçeve stabilitesi üzerindeki etkisi analizde dikkate alınmamıştır

² Plastik panel bölgesi deformasyonlarının çerçeve stabilitesi üzerindeki etkisi analizde dikkate alınmıştır

3 Düşey Cıvata Aralığı

Kalınlık, alın plakasının davranışını etkileyen tek parametre değildir. Cıvataların eksen merkezleri arasındaki düşey mesafe arttıkça, adım da (kiriş başlığı yüzeyinden yakın cıvatanın eksen merkezine olan mesafe) artmaktadır. Genel olarak mümkün olan en küçük cıvata adımı en ekonomik olanıdır (Murray ve Sumner 2003); ancak yapılabilirlik veya diğer nedenlerle daha büyük değerler gerekli olabilir.

Değişken düşey cıvata aralığıyla bir dizi analiz gerçekleştirilmektedir. Bu karşılaştırmalar için kiriş W21×55, kolon ise W14×109'dur. Her ikisi de ASTM A992'ye uygundur (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Alın plakasının derinliği 28,5 in., genişliği 9,0 in., kalınlığı 1 in. olup ASTM A572 Gr. 50'ye uygundur (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Birleşimde her kiriş başlığı yakınında dört cıvata (toplam 8 cıvata) bulunmakta olup alın plakası takviyesizdir. Cıvatalar, yatay aralığı 5,5 in. olan 1 in. çapında A325 cıvatalardır. Cıvatalar arasındaki düşey aralık 3,5 in. ile 6 in. arasında değişmekte olup cıvataların eksen merkezinden alın plakasının kenarına olan mesafe 2,5 in. ile 1,25 in. arasında değişmektedir. Cıvata grubunun ağırlık merkezi sabit tutulmuştur. Yükler, kolonda 25 kip'lik kesme dahil olmak üzere önceki bölümde açıklandığı şekilde uygulanmıştır.

Maksimum uygulanan momentin düşey cıvata aralığına göre değişimi Şekil 9'da sunulmaktadır. Hem geleneksel hesaplamalar hem de IDEA StatiCa için tüm durumlarda belirleyici sınır durum cıvataların çekme kopması olmuştur. 5 in. ve daha küçük düşey cıvata aralıklarında geleneksel hesaplamalar ile IDEA StatiCa arasında yakın bir uyum bulunmaktadır. Daha büyük düşey cıvata aralıklarında ise IDEA StatiCa'dan elde edilen maksimum uygulanan yük azalmaktadır. Geleneksel hesaplamalardan elde edilen maksimum uygulanan yük tüm aralık boyunca sabit kalmaktadır. Bu tutarsızlığın nedeni kaldırma kuvveti etkisidir. Plaka kalınlığı, geleneksel hesaplamaların kaldırma kuvveti etkisi olmadığını varsaymak için belirlediği minimum kalınlık gereksinimini karşılamaktadır. Ancak 5,5 in. ve 6 in. düşey cıvata aralıkları için IDEA StatiCa sonuçlarında kaldırma kuvveti etkisi gözlemlenmekte ve maksimum uygulanan moment azalmaktadır.

Şekil 9 Maksimum uygulanan moment - düşey cıvata aralığı ilişkisi

4 Kapasite Tasarımı

Uzatılmış alın plakası moment birleşimleri, özel ve orta çelik moment çerçevelerinde kullanım için önceden nitelendirilmiş birleşim türlerinden biridir (AISC 2016b). Ancak bunlar yalnızca sınırlamaları karşılamaları ve AISC 358'in son derece kuralcı prosedürüne göre tasarlanmaları durumunda önceden nitelendirilmiştir. AISC 358'in tasarım kriterleri, birleşimin plastik deformasyonunun kiriş akması yoluyla sağlanmasını güvence altına almak amacıyla belirlenmiştir.

Özel ve orta çelik moment çerçeveleri için kiriş-kolon birleşimlerine ilişkin gerekliliklere uygunluğun gösterilmesinde AISC 358'de belirtilen tasarım prosedürü yerine IDEA StatiCa kullanılmasına izin verilmemektedir. Ancak IDEA StatiCa, kapasite tasarımı gerçekleştirme ve karşılaştırılabilir sonuçlar üretme kapasitesine sahiptir.

IDEA StatiCa'da kapasite tasarımı için belirli elemanlar sönümleyici bileşenler olarak tanımlanmaktadır. Bu bileşenlerin gerilme-gerinim tepkisi, beklenen malzeme dayanımlarına dayalı ve gerinim pekleşmesini içerecek şekilde geçersiz kılınmaktadır. Ardından, maksimum olası yük etkilerine karşılık gelen yükler uygulanmaktadır. Uzatılmış alın plakası moment birleşimi için kiriş sönümleyici bileşendir ve maksimum olası yük etkileri AISC 358'e göre hesaplanmaktadır.

Bu incelemede, sonuçları karşılaştırmak amacıyla bir dizi birleşim AISC 358 prosedürüne ve IDEA StatiCa'ya göre kapasite tasarımı ile boyutlandırılmaktadır. IDEA StatiCa'da varsayılan direnç faktörlerinin AISC 358'de belirtilenlere uyacak şekilde geçersiz kılındığına dikkat ediniz. Kiriş W18×35'ten W18×60'a kadar değişmekte olup kolon W14×211'dir. Tüm geniş başlıklı profiller ASTM A992'ye uygundur (F_y = 50 ksi, R_y = 1,1, F_u = 65 ksi). Alın plakası ASTM A572 Gr. 50'ye uygundur (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi) ve derinliği 28 in.'dir. Plaka genişliği W18x35, W18x40 ve W18x46 kirişleri için 7 in., W18x50, W18x55 ve W18x60 kirişleri için 8,5 in.'dir. Alın plakasının kalınlığı tasarım sürecinde belirlenmiştir. A490 cıvatalarla dört cıvatalı takviyesiz, 4E, konfigürasyonu kullanılmıştır. Cıvataların çapı tasarım sürecinde belirlenmiştir. Yatay aralık 5,5 in., düşey cıvata aralığı 5,5 in. olup cıvataların eksen merkezinden alın plakasının kenarına olan düşey mesafe l_ev = 2 in.'dir.

Her kiriş kesiti için uygulanan moment ve uygulanan kiriş kesme kuvveti Tablo 3'te listelenmiştir. Uygulanan kiriş kesme kuvveti, 30 kip'lik düşey yüklerden kaynaklanan varsayılan kiriş kesme kuvvetine ve 30 ft'lik kiriş uzunluğuna (kolon eksen merkezleri arasında) dayanmaktadır. Yükler "X-konumunda" (yani kolon eksen merkezinden varsayılan plastik mafsal konumuna olan mesafede) uygulanmıştır. Kolona ayrıca 30 kip'lik bir kesme yükü uygulanmıştır. İlginç bir şekilde, bu analizlerde kirişteki plastik gerinim değerleri yaklaşık %10'luk maksimum değere ulaşmıştır. Ancak kiriş sönümleyici bileşen olarak sınıflandırıldığından bu yüksek plastik gerinim düzeyi herhangi bir sınırı aşmamaktadır.

Tablo 3. Kapasite tasarımı örneği için uygulanan yükler

Tasarlanan alın plakası kalınlığı ve cıvata çapı sırasıyla Şekil 10 ve Şekil 11'de kiriş ağırlığının bir fonksiyonu olarak gösterilmektedir. AISC 358 prosedürü kaldırma kuvveti etkisini önlediğinden ve benzersiz bir verimli tasarımla sonuçlandığından, geleneksel hesaplamalar için her kiriş boyutu için tek bir tasarım gösterilmektedir. IDEA StatiCa için her kiriş boyutu için iki tasarım gösterilmektedir. IDEA StatiCa'da kaldırma kuvveti etkisinin açıkça dikkate alınabilmesi sayesinde, cıvata çapı ve plaka kalınlığının göreli önceliğine bağlı olarak çeşitli verimli tasarımlar mümkündür. Plaka kalınlığının minimize edildiği bir tasarım ile cıvata çapının minimize edildiği başka bir tasarım belirlemek amacıyla gayri resmi bir optimizasyon gerçekleştirilmiştir.

Cıvata çapı minimize edildiğinde, elde edilen cıvata çapı geleneksel hesaplamalar ile IDEA StatiCa arasında aynı olmakta; ancak plaka kalınlığı IDEA StatiCa tasarımında daha büyük olmaktadır. IDEA StatiCa'da daha kalın plakalar, kaldırma kuvveti etkisini ortadan kaldırmak ve cıvatalar üzerindeki talebi minimize etmek için gerekmektedir.

Plaka kalınlığı minimize edildiğinde, IDEA StatiCa tasarımı için elde edilen plaka kalınlığı geleneksel hesaplamalarla yaklaşık olarak aynı olmakta; bazı tasarımlar aynı, bazıları bir boyut daha kalın plaka, bazıları ise bir boyut daha ince plaka ile sonuçlanmaktadır. Bu durumlarda IDEA StatiCa tasarımındaki cıvatalar, kaldırma kuvveti etkisinden kaynaklanan artan talepler nedeniyle geleneksel hesaplamaların gerektirdiğinden daha büyüktür.

Bu sonuçlar, IDEA StatiCa'ya yerleşik modelleme varsayımlarının kaldırma kuvveti etkisinin geleneksel hesaplamalardan daha muhafazakâr bir şekilde değerlendirilmesiyle sonuçlandığını ve buna bağlı olarak IDEA StatiCa'nın uzatılmış alın plakası moment birleşiminin bu iki bileşeninin muhafazakâr bir tasarımını sağladığını göstermektedir.

Şekil 10 Plaka kalınlığı - kiriş ağırlığı ilişkisi

Şekil 11 Cıvata çapı - kiriş ağırlığı ilişkisi

5 Özet

Bu çalışma, uzatılmış alın plakası moment birleşimlerinin tasarımını ABD uygulamasında kullanılan geleneksel hesaplama yöntemleri ve IDEA StatiCa kullanılarak karşılaştırmıştır. Çalışmadan elde edilen temel gözlemler şunlardır:

• IDEA StatiCa, uzatılmış alın plakası moment birleşimleri için geleneksel hesaplamalarla benzer mevcut dayanım değerleri üretmektedir.
• Dayanım farklılıkları esas olarak kaldırma kuvveti etkisinden ve yükleme gerilmesinin dağılımından kaynaklanmakta olup her ikisi de geleneksel hesaplamalarda basitleştirilmiş varsayımlarla ele alınmakta, IDEA StatiCa'da ise açıkça modellenmektedir.
• Varsayılan parametreler kullanıldığında, IDEA StatiCa'dan elde edilen gövde panel bölgesi dayanımı, plastik panel bölgesi deformasyonlarının çerçeve stabilitesi üzerindeki etkisinin gerekli dayanımları belirlemek için yapılan analizde dikkate alındığı durumdaki AISC Şartnamesi'nden elde edilen dayanıma benzerdir. Plastik panel bölgesi deformasyonlarının çerçeve stabilitesi üzerindeki etkisinin gerekli dayanımları belirlemek için yapılan analizde dikkate alınmadığı durum için AISC Şartnamesi'nde verilen daha düşük dayanım, IDEA StatiCa'daki plastik gerinim sınırı ayarlanarak elde edilebilir.
• IDEA StatiCa'nın kapasite tasarımı kapasiteleri, AISC 358'de tanımlanan prosedüre göre muhafazakâr olan cıvata çapı ve plaka kalınlığının seçilmesine olanak tanımaktadır.

6 Kaynaklar

AISC. (2016a). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2016b). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2017). Steel Construction Manual, 15th Edition. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Dowswell, B. (2011). "A Yield Line Component Method for Bolted Flange Connections." Engineering Journal, AISC, (2nd Quarter), 93–116.

Landolfo, R., D'Aniello, M., Costanzo, S., Tartaglia, R., Demonceau, J., Jaspart, J., Stratan, A., Jakab, D., Dubina, D., Elghazouli, A., and Bompa, D. (2018). Equaljoints PLUS – Volume with information brochures for 4 seismically qualified joints, European Convention for Constructional Steelwork (ECCS), Brussels, Belgium.

Murray, T. M. and Sumner, E. A. (2003). Extended End-Plate Moment Connections: Seismic and Wind Applications, Second Edition. Design Guide 4, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.