IPE 450 kirişten HEB 340 kolonuna

Birleşim türü: Tek taraflı nervürlü birleşim

Birim sistemi: Metrik

Tasarım standardı: EN 1993-1-8 ve EN 1998-1

İncelenen: Levhalar, cıvatalar

Çelik: S355 sınıfı

Cıvatalar: M30 10.9 sınıfı

Örnek, R. Landolfo ve diğerlerinin "Design of Steel Structures for Buildings in Seismic Areas, ECCS Eurocode Design Manual" adlı eserinden alınmıştır. Wiley, 2017.

Geometri

IPE 450 kirişi, nervürlü alın levhalı birleşim aracılığıyla HEB 340 kolonuna bağlanmaktadır. Nervür, gövde ile 35° açı yapacak şekilde konumlandırılmış olup gövde ve başlık kalınlıkları sırasıyla 9,4 mm ve 18 mm'dir. Nervürün yüksekliği 178 mm, uzunluğu ise 250 mm'dir. Kolon, 15 mm kalınlığında sürekli levhalarla ve her biri 10 mm kalınlığında çift taraflı gövde takviye levhalarıyla güçlendirilmiştir. Takviye levhalarının yüksekliği, alın levhasının yüksekliğiyle aynıdır. Alın levhasının kalınlığı 35 mm'dir.

Uygulanan yük

Birleşim, kirişte plastik mafsal oluşumu sırasındaki olası eğilme momenti M_Ed = γ_sh ⋅ f_y,ov ⋅ W_pl ve buna karşılık gelen kesme yükü V_Ed = 2 ⋅ M_Ed / L_h ile yüklenmektedir; burada:

• γ_sh = 1,2 – gerinim pekleşmesi katsayısı
• f_y,ov = γ_ov ⋅ f_yk = 1,25 ⋅ 355 = 443,75 MPa – kirişin olası akma dayanımı
• γ_ov = 1,25 – aşırı dayanım katsayısı
• f_yk = 355 MPa – karakteristik akma dayanımı
• L_h = 6 150 mm – kirişteki plastik mafsallar arasındaki mesafe

Kirişteki yük konumu, beklenen plastik mafsal konumuna göre ayarlanmıştır.

Elle hesap

Birleşimin bileşenleri, kolon yüzündeki eğilme momenti ile yüklenmektedir; yani M_j,Ed = 981,5 kNm.

Nervürlü kesimin plastik eğilme dayanımı: 955,6 kNm – Yetersiz

Kolon gövde panelinin kesme dayanımı: Kesme kuvveti V_wp,Ed = 1581,2 kN ile yüklenmekte olup bileşen dayanımı V_wp,Rd = 1631,5 kN – Yeterli

Negatif eğilme momenti için alın levhası T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 1018,8 kNm – Yeterli

Pozitif eğilme momenti için alın levhası T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 1080,6 kNm – Yeterli

Negatif eğilme momenti için kolon başlığı T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 876,1 kNm – Yetersiz

Pozitif eğilme momenti için kolon başlığı T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 929,2 kNm – Yetersiz

Negatif eğilme momenti için birleşim dayanımı M_j,Rd = 876,1 kNm, pozitif eğilme momenti için ise M_j,Rd = 929,2 kNm'dir.

Kiriş için aşırı dayanım ve gerinim pekleşmesi katsayıları olmaksızın kolon yüzündeki moment: M_Ed = 654,3 kNm, buna karşılık gelen kesme kuvveti V_Ed = 196,5 kNm. Bu yük için tüm bileşen kontrolleri sağlanmaktadır.

Makrobileşenler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

• kolon gövde paneli – güçlü
• birleşim – dengeli

IDEA StatiCa Sonuçları

Tüm bileşen ve enerji yutmayan levhalardaki gerinim kontrolleri sağlanmakta olup makrobileşenler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

• kolon gövde paneli: güçlü
• birleşim: güçlü

IDEA Connection'da maksimum yük dayanımını belirlemek amacıyla, kontroller yetersiz kalana kadar uygulanan yükle birlikte gerinim pekleşmesi yinelemeli olarak artırılmıştır. Bu birleşimin yük dayanımı, kolon yüzünde 1 016 kNm ve buna karşılık gelen kesme kuvveti 305 kN'dur.

Karşılaştırma

Bileşen yöntemine (EN 1993-1-8) göre yapılan elle hesap, dönme ekseninin nervür yüksekliğinin ortasında olduğu ve yalnızca en uzaktaki üç sıranın eğilme dayanımına katkıda bulunduğu varsayımlarıyla birleşimin eğilme dayanımını M_j,Rd = 876,1 kNm olarak belirlemektedir. Dolayısıyla birleşim dengeli olarak sınıflandırılmaktadır.

IDEA Connection, Bileşen Tabanlı Sonlu Elemanlar Yöntemini kullanarak kolon yüzündeki eğilme dayanımını M_j,Rd = 1 016 kNm olarak belirlemektedir. Elle hesaba kıyasla fark %15'tir. CBFEM yöntemine göre birleşim güçlü olarak sınıflandırılmaktadır.

Kaynaklar

Kaynaklar kontrol edilmemektedir; zira kaynak detaylandırması Equaljoints'e göre belirlenmiştir (R. Landolfo ve diğerleri, European pre-QUALified steel JOINTS – EQUALJOINTS, Final report, 2016). IDEA projesinde tüm kaynaklar tam nüfuziyetli kaynak olarak tanımlanmıştır.

IPE 360 kirişten HEB 280 kolonuna

Birleşim türü: Tek taraflı nervürlü birleşim

Birim sistemi: Metrik

Tasarım standardı: EN 1993-1-8 ve EN 1998-1

İncelenen: Levhalar, cıvatalar

Çelik: S355 sınıfı

Cıvatalar: M27 10.9 sınıfı

Örnek, EQUALJOINTS No. 264 örneğinden alınmıştır: https://itunes.apple.com/us/app/equal-joints/id1406825195?mt=8

Geometri

IPE 360 kirişi, nervürlü alın levhalı birleşim aracılığıyla HEB 280 kolonuna bağlanmaktadır. Nervür, gövde ile 45° açı yapacak şekilde konumlandırılmış olup gövde ve başlık kalınlıkları sırasıyla 8 mm ve 12,7 mm'dir. Nervürün yüksekliği ve uzunluğu 200 mm'dir. Kolon, 12 mm kalınlığında sürekli levhalarla ve her biri 10 mm kalınlığında çift taraflı gövde takviye levhalarıyla güçlendirilmiştir. Takviye levhalarının yüksekliği, alın levhasının yüksekliğiyle aynıdır. Alın levhasının kalınlığı 25 mm'dir.

Uygulanan yük

Birleşim, kirişte plastik mafsal oluşumu sırasındaki olası eğilme momenti M_Ed = γ_sh ⋅ f_y,ov ⋅ W_pl ve buna karşılık gelen kesme yükü V_Ed = 2 ⋅ M_Ed / L_h ile yüklenmektedir; burada:

• γ_sh = 1,2 – gerinim pekleşmesi katsayısı
• f_y,ov = γ_ov ⋅ f_yk = 1,25 ⋅ 355 = 443,75 MPa – kirişin olası akma dayanımı
• γ_ov = 1,25 – aşırı dayanım katsayısı
• f_yk = 355 MPa – karakteristik akma dayanımı
• L_h = 7 320 mm – kirişteki plastik mafsallar arasındaki mesafe

Kirişteki yük konumu, beklenen plastik mafsal konumuna göre ayarlanmıştır.

Elle hesap

Birleşimin bileşenleri, kolon yüzündeki eğilme momenti ile yüklenmektedir; yani M_j,Ed = 572,8 kNm.

Nervürlü kesimin plastik eğilme dayanımı: 582,3 kNm – Yeterli

Kolon gövde panelinin kesme dayanımı: Kesme kuvveti V_wp,Ed = 1 034,6 kN ile yüklenmekte olup bileşen dayanımı V_wp,Rd = 1 202,8 kN – Yeterli

Negatif eğilme momenti için alın levhası T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 573,0 kNm – Yeterli

Pozitif eğilme momenti için alın levhası T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 697,5 kNm – Yeterli

Negatif eğilme momenti için kolon başlığı T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 545,4 kNm – Yetersiz

Pozitif eğilme momenti için kolon başlığı T-takozu (yalnızca en uzaktaki 3 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 579,5 kNm – Yetersiz

Negatif eğilme momenti için birleşim dayanımı M_j,Rd = 545,4 kNm, pozitif eğilme momenti için ise M_j,Rd = 579,5 kNm'dir.

Kiriş için aşırı dayanım ve gerinim pekleşmesi katsayıları olmaksızın kolon yüzündeki moment: M_Ed = 381,9 kNm, buna karşılık gelen kesme kuvveti V_Ed = 98,9 kNm. Bu yük için tüm bileşen kontrolleri sağlanmaktadır.

Makrobileşenler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

• kolon gövde paneli – güçlü
• birleşim – dengeli

IDEA StatiCa Sonuçları

Tüm bileşen ve enerji yutmayan levhalardaki gerinim kontrolleri sağlanmakta olup makrobileşenler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

• kolon gövde paneli: güçlü
• birleşim: güçlü

IDEA Connection'da maksimum yük dayanımını belirlemek amacıyla, kontroller yetersiz kalana kadar uygulanan yükle birlikte gerinim pekleşmesi yinelemeli olarak artırılmıştır. Bu birleşimin yük dayanımı, kolon yüzünde 657,4 kNm ve buna karşılık gelen kesme kuvveti 170,3 kN'dur.

Karşılaştırma

Bileşen yöntemine (EN 1993-1-8) göre yapılan elle hesap, dönme ekseninin nervür yüksekliğinin ortasında olduğu ve yalnızca en uzaktaki üç sıranın eğilme dayanımına katkıda bulunduğu varsayımlarıyla birleşimin eğilme dayanımını M_j,Rd = 545,4 kNm olarak belirlemektedir. Dolayısıyla birleşim dengeli olarak sınıflandırılmaktadır.

IDEA Connection, Bileşen Tabanlı Sonlu Elemanlar Yöntemini kullanarak kolon yüzündeki eğilme dayanımını M_j,Rd = 657,4 kNm olarak belirlemektedir. Elle hesaba kıyasla fark %20'dir. Ağ yoğunluğunun artırılması birleşim dayanımını hafifçe azaltmaktadır. Yoğun ağ ile – eleman gövdesinde 24 eleman – cıvataların kullanım oranı %99 ve alın levhasındaki plastik gerinim, belirlenen yük altında %4,1'dir. Bu nedenle, kolon yüzündeki M_j,Ed = 572,8 kNm değeri sınır dayanıma çok yakındır. Bu dayanım, varsayılan ağ yoğunluğuna göre %15 daha düşük ve elle hesaba göre %5 daha yüksektir. Uzun alın levhaları için ağ yoğunluğunun artırılması önerilmektedir. CBFEM yöntemine göre birleşim güçlü olarak sınıflandırılmaktadır.

IPE 600 kirişten HEB 500 kolonuna

Birleşim türü: Tek taraflı nervürlü birleşim

Birim sistemi: Metrik

Tasarım standardı: EN 1993-1-8 ve EN 1998-1

İncelenen: Levhalar, cıvatalar

Çelik: S355 sınıfı

Cıvatalar: M36 10.9 sınıfı

Örnek, EQUALJOINTS No. 267 örneğinden alınmıştır: https://itunes.apple.com/us/app/equal-joints/id1406825195?mt=8

Geometri

IPE 600 kirişi, nervürlü alın levhalı birleşim aracılığıyla HEB 500 kolonuna bağlanmaktadır. Nervür, gövde ile 35° açı yapacak şekilde konumlandırılmış olup gövde ve başlık kalınlıkları sırasıyla 12 mm ve 19 mm'dir. Nervürün yüksekliği ve uzunluğu sırasıyla 270 mm ve 386 mm'dir. Kolon, 20 mm kalınlığında sürekli levhalarla ve her biri 15 mm kalınlığında çift taraflı gövde takviye levhalarıyla güçlendirilmiştir. Takviye levhalarının yüksekliği, alın levhasının yüksekliğiyle aynıdır. Alın levhasının kalınlığı 35 mm'dir.

Uygulanan yük

Birleşim, kirişte plastik mafsal oluşumu sırasındaki olası eğilme momenti M_Ed = γ_sh ⋅ f_y,ov ⋅ W_pl ve buna karşılık gelen kesme yükü V_Ed = 2 ⋅ M_Ed / L_h ile yüklenmektedir; burada:

• γ_sh = 1,2 – gerinim pekleşmesi katsayısı
• f_y,ov = γ_ov ⋅ f_yk = 1,25 ⋅ 355 = 443,75 MPa – kirişin olası akma dayanımı
• γ_ov = 1,25 – aşırı dayanım katsayısı
• f_yk = 355 MPa – karakteristik akma dayanımı
• L_h = 6 658 mm – kirişteki plastik mafsallar arasındaki mesafe

Kirişteki yük konumu, beklenen plastik mafsal konumuna göre ayarlanmıştır.

Elle hesap

Birleşimin bileşenleri, kolon yüzündeki eğilme momenti ile yüklenmektedir; yani M_j,Ed = 2 105,4 kNm.

Nervürlü kesimin plastik eğilme dayanımı: 1 903,3 kNm – Yetersiz

Kolon gövde panelinin kesme dayanımı: Kesme kuvveti V_wp,Ed = 2 446,8 kN ile yüklenmekte olup bileşen dayanımı V_wp,Rd = 2 773,7 kN – Yeterli

Negatif eğilme momenti için alın levhası T-takozu (yalnızca en uzaktaki 4 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 1 998,9 kNm – Yetersiz

Pozitif eğilme momenti için alın levhası T-takozu (yalnızca en uzaktaki 4 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 2 317,7 kNm – Yeterli

Negatif eğilme momenti için kolon başlığı T-takozu (yalnızca en uzaktaki 4 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 2 015,1 kNm – Yetersiz

Pozitif eğilme momenti için kolon başlığı T-takozu (yalnızca en uzaktaki 4 cıvata sırası dikkate alınmaktadır): M_T,Rd = 2 106,5 kNm – Yeterli

Negatif eğilme momenti için birleşim dayanımı M_j,Rd = 1 903,3 kNm, pozitif eğilme momenti için ise M_j,Rd = 1 903,3 kNm'dir. Nervürlü kesimin eğilme dayanımı belirleyici olmaktadır. Aşırı dayanım katsayısı kirişin tamamı için kullanılmakta olup artırılmış akma dayanımı nervürlü kesim için de kullanılabilir ve bu durumda eğilme dayanımı daha yüksek olacaktır. Bir sonraki zayıf bileşenler alın levhası ve kolon başlığının T-takozlarıdır. Negatif ve pozitif eğilme momenti için birleşim dayanımı sırasıyla M_j,Rd = 1 998,9 kNm ve M_j,Rd = 2 106,5 kNm olacaktır. Bu varsayım altında, EN 1998-1 tarafından önerilen γ_sh = 1,1 değeri için birleşim tam dayanımlı olacaktır.

Kiriş için aşırı dayanım ve gerinim pekleşmesi katsayıları olmaksızın kolon yüzündeki moment: M_Ed = 1 403,6 kNm, buna karşılık gelen kesme kuvveti V_Ed = 374,3 kNm. Bu yük için tüm bileşen kontrolleri sağlanmaktadır.

Makrobileşenler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

• kolon gövde paneli – güçlü
• birleşim – dengeli

IDEA StatiCa Sonuçları

Deformasyon ölçeği 5 ile deforme olmuş şekil gösterilmekte olup plastik mafsal açıkça görülmektedir. Cıvataların kullanım oranı %100'ün biraz üzerindedir ve en fazla zorlanmış levhalardaki maksimum plastik gerinim; genişletici başlığı, alın levhası ve kolon başlığı için sırasıyla %1,4, %1,1 ve %1,1'dir. Dayanımın belirlenen yüklerin biraz altında olması beklenmektedir. Makrobileşenler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

• kolon gövde paneli: güçlü
• birleşim: dengeli

Karşılaştırma

Bileşen yöntemine (EN 1993-1-8) göre yapılan elle hesap, dönme ekseninin nervür yüksekliğinin ortasında olduğu ve yalnızca en uzaktaki üç sıranın eğilme dayanımına katkıda bulunduğu varsayımlarıyla birleşimin eğilme dayanımını M_j,Rd = 1 903,3 kNm olarak belirlemektedir. Dolayısıyla birleşim dengeli olarak sınıflandırılmaktadır. Kirişin alın levhası yüzündeki akma dayanımındaki artış dikkate alındığında, belirleyici bileşenin dayanımı daha yüksek olacaktır. Bir sonraki belirleyici bileşen, M_j,Rd = 1 998,9 kNm değeriyle alın levhasıdır.

IDEA Connection, Bileşen Tabanlı Sonlu Elemanlar Yöntemini kullanarak kolon yüzündeki eğilme dayanımını M_j,Rd = 2 100 kNm olarak belirlemektedir. Elle hesaba kıyasla fark %5'tir. Ağ yoğunluğunun artırılması birleşim dayanımını hafifçe azaltmaktadır. Yoğun ağ ile – eleman gövdesinde 16 eleman – dayanım yalnızca %2 düşmektedir. CBFEM yöntemine göre birleşim dengeli olarak sınıflandırılmaktadır.