Geçici Ek Birleşimi (AISC)

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

1 Giriş

Bu çalışmada, geçici bir ek birleşiminin (Şek. 1 ve Şek. 2) tasarımı için bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemi (CBFEM) ile ABD uygulamasında kullanılan geleneksel hesaplama yöntemleri arasında bir karşılaştırma sunulmaktadır. Birleşim, iki eleman arasındaki kalıcı kaynaklı ek birleşimi yapılırken üst kolonun alt kolon üzerinde geçici olarak desteklenmesi amacıyla tasarlanmıştır. Kolonlar, dıştan 32 inç kare kesitli ve 2,5 inç et kalınlıklı, özel yapım kutu elemanlardır. Her iki kolonun (üst ve alt) her köşesine yakın konumlara köşe kaynağıyla kamalar (lug) birleştirilmiş, ardından her bir çift (üst ve alt) kamaya iki bant plaka cıvatalanmıştır. Tüm plakalar ASTM A572 Gr. 50, tüm cıvatalar standart deliklerde 7/8 inç çapında A325 (kesme düzleminden dişler hariç tutulmamış) ve tüm kaynak malzemesi E70XX'tir. Üst kolona etkiyen yükler; eksenel basınç, iki yönde kesme, iki eksenli eğilme momenti ve burulmadan oluşan birleşik yüklerdir.

Şek. 1 Bu çalışmada incelenen kolon ve geçici ek birleşiminin şematik plan görünümü

Şek. 2 Bu çalışmada incelenen geçici kama ek birleşiminin şematik detayı

Bu birleşim için yerleşik geleneksel hesaplama yöntemleri bulunmamaktadır. Bu çalışmanın amacı; bir mühendisin geleneksel hesaplamalar kullanarak probleme nasıl yaklaşabileceğini, geleneksel hesaplamalar kullanılırken karşılaşılabilecek sınırlamaları ve CBFEM sonuçlarına güven oluşturmak için geleneksel hesaplamalardan nasıl yararlanılabileceğini açıklamaktır.

Bu çalışmadaki geleneksel hesaplamalar, AISC Şartnamesi'ndeki (2016) yük ve direnç faktörü tasarımı (LRFD) gerekliliklerine dayanmaktadır. CBFEM sonuçları IDEA StatiCa Sürüm 21.1'den elde edilmiştir. Birleşimin modeli Şek. 3'te gösterilmektedir. Üst ve alt kolonlar arasındaki temas basıncı ihmal edilmiş olup üst kolondaki eğim IDEA StatiCa'da modellenmemiştir.

Şek. 3 IDEA StatiCa'da modellenen geçici ek birleşimi.

Bu birleşimdeki yük yolu üst kolonda başlamaktadır. Yükler; üst köşe kaynakları aracılığıyla üst kama plakalara, ardından üst cıvata grupları aracılığıyla bant plakalara, ardından alt cıvata grupları aracılığıyla alt kamalara ve son olarak alt köşe kaynakları aracılığıyla alt kolona aktarılmaktadır. Bu çalışma kapsamında kolonların yeterli dayanıma sahip olduğu varsayılmakta; dolayısıyla bu birleşimin değerlendirilmesi aşağıdaki bileşenlerin her birinin kontrolünü içermektedir:

• Üst köşe kaynakları
• Üst kama plakalar
• Üst cıvata grupları
• Bant plakalar
• Alt cıvata grupları
• Alt kama plakalar
• Alt köşe kaynakları

Yükleme koşulu, bu bileşenlerin her birine hangi sınır durumların uygulanacağını belirlemektedir. Üst kolona uygulanan karmaşık birleşik yükleme, geleneksel hesaplamalar kullanılarak değerlendirmeyi güçleştirmektedir. IDEA StatiCa genel yükleme koşulunu güçlük çekmeksizin ele alabilirken, birleşimin davranışını daha iyi anlamak ve analiz sonuçlarına güven oluşturmak amacıyla karşılaştırma noktaları olarak basitleştirilmiş yükleme koşulları incelenecektir.

Her yük türü için önce geleneksel hesaplamalar değerlendirilecek ve bu sayede birleşimin davranışı ve dayanımına ilişkin bir hipotez oluşturulacaktır. Ardından hipotezi test etmek amacıyla IDEA StatiCa analizleri gerçekleştirilecektir. Geleneksel hesaplamalar ile IDEA StatiCa sonuçları arasındaki uyum, hipotezi doğrular ve her iki yönteme olan güveni artırır. Geleneksel hesaplamalar ile IDEA StatiCa arasındaki uyumsuzluk ise daha ileri araştırma gerektirmektedir.

2 Eksenel Yük

Bu birleşimin elle değerlendirmesine yaklaşmak için, elle hesaplamaların yapılabileceği basitleştirilmiş bir birleşim modeli geliştirilmelidir. Eksenel basınca maruz kaldığında, her kama ek birleşimi Şek. 4'te gösterildiği gibi iki boyutlu bir kiriş modeline makul ölçüde basitleştirilebilir. Modeli statik olarak belirli hale getirmek için kolon yüzünden "x" mesafesinde mafsallar eklenmiştir.

Şek. 4 Eksenel yükler için kama ek birleşiminin basitleştirilmiş modeli

Bu model ile her bileşenin gerekli dayanımı hesaplanabilir ve kaynaklar, kaynak yanındaki kama plaka malzemesi ve cıvatalardan başlayarak tasarım kontrolleri yapılabilir. Hem kaynaklar hem de cıvata grupları dışmerkezli yüklemeye maruzdur. Kaynakların dayanımı, AISC El Kitabı'nın (AISC 2017) Tablo 8-4'ü kullanılarak x'in bir fonksiyonu olarak belirlenebilir. Kaynak yanındaki kama plaka malzemesinin dayanımı, kesme ve eğilme akması tarafından kontrol edilmekte olup Drucker (1956)'a dayanan aşağıdaki etkileşim denklemi kullanılarak değerlendirilebilir.

 \[ \left ( \frac{V_u}{\phi V_n} \right ) ^4 + \frac{M_u}{\phi M_n} \le 1 \]

burada, V_u kama plakanın gerekli kesme dayanımı olup üst kolona uygulanan basınç yükünün dörtte birine eşittir; ϕV_n kama plakanın tasarım kesme dayanımı olup 480 kip'e eşittir; M_u kama plakanın gerekli eğilme dayanımı olup V_ux'e eşittir; ϕM_n ise kama plakanın tasarım eğilme dayanımı olup 2.880 kip-inç'e eşittir.

Cıvata grubunun dayanımı, AISC El Kitabı'nın (AISC 2017) Tablo 7-10 ve 7-11'i kullanılarak x'in bir fonksiyonu olarak belirlenebilir. Cıvatalar yatayda 4 inç aralıklı olduğundan bu tablolar arasında interpolasyon gerekmektedir. Bu birleşimdeki tek bir cıvatanın tasarım kesme dayanımının, cıvata kesme kopması sınır durumu için 48,7 kip olduğuna dikkat edilmelidir (bu birleşimde basınç ve yırtılma kontrol etmemektedir). Her bir sınır durumu için her kamada izin verilen maksimum düşey yük Şek. 5'te çizilmiştir.

Şek. 5 Seçili sınır durumlar için mafsalın konumunun bir fonksiyonu olarak tasarım dayanımı

Mafsalların "gerçek" konumu bilinmemekte ve varsayılması gerekmektedir. Limit analizinin alt sınır teoremine göre, bir birleşim içinde dış yükle denge halinde olan ve sınır durumları sağlayan bir kuvvet dağılımı bulunabilirse, dışarıdan uygulanan yük birleşim göçmesine yol açacak yükten küçük veya en fazla ona eşittir (Tamboli 2016). Bu nedenle, mafsalın konumuna ilişkin herhangi bir varsayım güvenli bir tasarımla sonuçlanacaktır. En elverişli varsayılan konum yaklaşık olarak x = 5 inç'tir; burada kaynakların ve cıvata grubunun dayanımı yaklaşık 360 kip'e eşittir. Tasarımı tamamlamak için, kama plakanın kesme kopması ve bant plakalarla ilgili olanlar dahil diğer sınır durumların bu yük için değerlendirilmesi gerekmektedir. Ancak bu diğer sınır durumlar belirleyici olmadığından, kolona izin verilen maksimum basınç yükü 4×360 kip = 1.440 kip'tir.

Eksenel yük altında birleşimin davranışı ve dayanımına ilişkin bir hipotez oluşturulduktan sonra, hipotezi değerlendirmek amacıyla birleşim IDEA StatiCa kullanılarak analiz edilebilir. IDEA StatiCa'ya göre izin verilen maksimum eksenel basınç yükü 1.324 kip'tir. Bu değer, programın güvenli kabul ettiği ancak küçük bir miktar (örn. 1 kip) artırıldığında güvensiz sayacağı bir değere uygulanan yük girdisi yinelemeli olarak ayarlanarak belirlenmiştir. IDEA StatiCa'da kaynakların ve cıvataların dayanımı, her ikisi de %100 kullanım oranıyla belirleyici olmaktadır.

IDEA StatiCa sonuçlarında gözlemlenen birleşim davranışı, geleneksel hesaplamalarda varsayılan davranışla tutarlıdır. Deformasyonlu şekil ve plastik gerinim sonuçları (Şek. 6), kama ek birleşimlerinin ve kaynak gruplarının düzlem içi eğilmesini göstermektedir. Cıvata kuvvetleri (Şek. 7), cıvata gruplarının düzlem içi eğilmesini göstermektedir. IDEA StatiCa'ya göre dayanım, geleneksel hesaplamalarla tahmin edilenden %8 daha düşük olup bu, dışmerkezli yüklü cıvata ve kaynak gruplarına ilişkin önceki araştırmalarla tutarlı, görece yakın bir karşılaştırmadır.

Şek. 6 1324 kip uygulanan basınçta plastik gerinim (deformasyon ölçek faktörü = 10)

Şek. 7 1324 kip uygulanan basınçta bant plakadaki cıvata kuvvetleri

Geleneksel hesaplamalar ile IDEA StatiCa arasındaki yakın uyum, her iki sonuca da güven vermektedir. Ancak IDEA StatiCa sonuçlarının daha ayrıntılı incelenmesi ek güven sağlayabilir. Geometrik doğrusal olmayan etkilerin (yani P-Δ etkilerinin) ihmal edilmesinin uygunluğunu doğrulamak amacıyla bir burkulma analizi yapılabilir. Bu birleşimin izin verilen maksimum eksenel basınç yükündeki burkulma faktörü 19,56'dır. Burkulma faktörü, elastik burkulmanın meydana geldiği yükün uygulanan yüke oranıdır; bu denli yüksek bir değer, geometrik doğrusal olmayan etkilerin ihmal edilebilir düzeyde olduğunu göstermektedir. İzin verilen maksimum çekme yükünün basınç yüküne neredeyse eşit olduğu bulunmuş olup bu durum, geleneksel hesaplamalarda kullanılan modelden beklenen simetrik davranışı doğrulamaktadır.

3 Eğilme Momentleri

Üst eleman eğilme momentlerine maruz kaldığında, her bir kama ek birleşiminin davranışı ve dayanımının eksenel yük durumuna benzer olması beklenmektedir. Buna göre, geleneksel hesaplamalarda elemanın z-ekseni etrafındaki eğilme için moment dayanımı, tek bir kama ek birleşiminin eksenel dayanımının iki katı ile kama çiftleri arasındaki kol uzunluğunun çarpımı olarak hesaplanabilir (yani 2×360 kip×29 inç = 20.880 kip-inç). Benzer şekilde, elemanın y-ekseni etrafındaki eğilme için moment dayanımı, tek bir kama ek birleşiminin eksenel dayanımının iki katı ile varsayılan mafsal konumları arasındaki kol uzunluğunun çarpımı olarak hesaplanabilir (yani 2×360 kip×39 inç = 28.080 kip-inç).

Eksenel basınç için IDEA StatiCa sonuçları kullanıldığında, z-ekseni etrafındaki eğilme için moment dayanımı 2×(1.324 kip/4)×29 inç = 19.200 kip-inç ve y-ekseni etrafındaki eğilme için moment dayanımı 2×(1.324 kip/4)×39 inç = 25.800 kip-inç'tir. IDEA StatiCa'ya göre izin verilen maksimum uygulanan eğilme momentleri, sırasıyla z-ekseni ve y-ekseni etrafındaki eğilme için 18.810 kip-inç ve 25.065 kip-inç'tir. Bu değerler daha önce açıklandığı şekilde yinelemeli olarak belirlenmiştir. Yine geleneksel hesaplamalar ile IDEA StatiCa sonuçları arasında yakın bir uyum bulunmakta olup bu durum, varsayılan davranışın doğru olduğunu göstermektedir.

Eksenel yük ile eğilme momenti arasındaki varsayılan ilişkiyi daha ayrıntılı incelemek ve doğrulamak amacıyla IDEA StatiCa kullanılarak etkileşim dayanımı değerlendirilmektedir. Varsayılan davranışa göre etkileşim, her eksenel yük artışının moment dayanımını sabit bir miktar azaltmasıyla doğrusal olmalıdır. IDEA StatiCa'ya göre etkileşim dayanımı Şek. 8'de çizilmiştir. Beklendiği gibi, eksenel yük ile z-ekseni etrafındaki eğilme arasındaki etkileşim ilişkisi doğrusaldır. Eksenel yük ile y-ekseni etrafındaki eğilme arasındaki etkileşim ilişkisi ise neredeyse doğrusaldır. y-ekseni etrafındaki eğilme etkileşimindeki doğrusallıktan küçük sapma daha ayrıntılı incelenebilir; ancak basitleştirilmiş varsayılan davranış ile IDEA StatiCa sonuçları arasında bazı farklılıkların beklenmesi gerekmektedir.

Şek. 8 Eksenel basınç - eğilme momenti etkileşim dayanımı

4 z-Ekseni Boyunca Kesme

z-ekseni boyunca kesmеye maruz kaldığında birleşimin değerlendirilmesi, farklı bir basitleştirilmiş davranış modeli gerektirmektedir. Bu değerlendirme için Şek. 9'da gösterilen iki boyutlu kiriş modeli kullanılacaktır. Sıfır moment noktasını temsil eden bir mafsal, bant plakaların orta yüksekliğine eklenmiştir.

Şek. 9 z-ekseni boyunca kesme için kama ek birleşiminin basitleştirilmiş modeli

Daha önce eksenel yüklerin değerlendirilmesinde olduğu gibi, kaynaklar, kaynak yanındaki kama plaka malzemesi ve cıvata grupları önce değerlendirilecektir. Kaynaklar, AISC El Kitabı'nın (2017) Tablo 8-5'i kullanılarak değerlendirilebilir. İnterpolasyonla elde edilen C değeri kullanılarak, tek bir kama ek birleşimi için maksimum kesme 218 kip olarak belirlenmiştir.

Kaynak yanındaki kama plaka malzemesinin dayanımı, eksenel ve eğilme akması tarafından kontrol edilmekte olup plastik gerilme dağılımına dayanan aşağıdaki etkileşim denklemi kullanılarak değerlendirilebilir.

\[ \left ( \frac{P_u}{\phi P_n} \right ) ^2 + \frac{M_u}{\phi M_n} \le 1 \]

burada, P_u kama plakanın gerekli eksenel dayanımı olup üst kolona uygulanan kesme yükünün dörtte birine eşittir; ϕP_n kama plakanın tasarım eksenel dayanımı olup 720 kip'e eşittir; M_u kama plakanın gerekli eğilme dayanımı olup P_u×(10 inç)'e eşittir; ϕM_n ise kama plakanın tasarım eğilme dayanımı olup 2.880 kip-inç'e eşittir. Kaynağın dayanımı için etkileşim denkleminin değerlendirilmesi (yani P_u = 218 kip) 1'den küçük bir değerle sonuçlanmakta olup bu durum, kaynak yanındaki kama plaka malzemesinin dayanımının belirleyici olmadığını göstermektedir.

Cıvata grubunun dayanımı, AISC El Kitabı'nın Tablo 7-11'i kullanılarak belirlenebilir. İnterpolasyonla elde edilen C değeri kullanılarak, tek bir kama ek birleşimi için maksimum kesme 186 kip olarak hesaplanmış olup bu değer, şimdiye kadar değerlendirilen sınır durumlar arasında belirleyici olmaktadır. Tasarımı tamamlamak için, kama plakanın çekme kopması ve bant plakalarla ilgili olanlar dahil diğer sınır durumların bu yük için değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu sınır durumların belirleyici olmadığı görülmüş olup kolonun z-ekseni boyunca izin verilen maksimum uygulanan kesme 4×186 kip = 744 kip'tir.

IDEA StatiCa'ya göre z-ekseni boyunca izin verilen maksimum uygulanan kesme yükü 694 kip'tir. Bu değer daha önce açıklandığı şekilde yinelemeli olarak belirlenmiştir. Kesmenin, sıfır moment noktasının üst ve alt kolonlar arasında konumlanacağı şekilde uygulandığına dikkat edilmelidir. IDEA StatiCa'da cıvataların dayanımı belirleyici olmuştur.

Daha önce olduğu gibi, IDEA StatiCa sonuçlarında gözlemlenen birleşim davranışı, geleneksel hesaplamalarda varsayılan davranışla tutarlıdır. Deformasyonlu şekil, plastik gerinim sonuçları ve cıvata kuvvetleri (Şek. 10 ve Şek. 11), kama ek birleşimlerinin, kaynak gruplarının ve cıvata gruplarının basitleştirilmiş davranış modeliyle (Şek. 9) tutarlı düzlem içi eğilmesini göstermektedir. IDEA StatiCa'ya göre dayanım, geleneksel hesaplamalarla tahmin edilenden %7 daha düşüktür. Bu sonuçlar, geleneksel hesaplamalar tarafından oluşturulan hipotezi doğrulamaktadır.

Şek. 10 z-ekseni boyunca 694 kip uygulanan kesmede plastik gerinim (deformasyon ölçek faktörü = 10)

Şek. 11 z-ekseni boyunca 694 kip uygulanan kesmede bant plakadaki cıvata kuvvetleri

5 y-Ekseni Boyunca Kesme

y-ekseni boyunca kesmеye maruz kaldığında birleşimin değerlendirilmesi, yine farklı bir basitleştirilmiş davranış modeli gerektirmektedir. Ancak bu davranış modeli diğerlerinden daha az basittir. Bu değerlendirme için Şek. 9'da gösterilen kiriş modeli kullanılacak; ancak yük kama birleşimine dik olarak uygulanacak ve bu durum kama plakada düzlem dışı moment, düzlem dışı kesme ve burulmayla sonuçlanacaktır. AISC Şartnamesi (2016), bu karmaşık yükleme koşulu için sınırlı sayıda hüküm içermektedir. Birleşimin dayanımına ilişkin bir fikir edinmek amacıyla Dowswell (2019) tarafından geliştirilen öneriler kullanılacaktır. Dowswell aşağıdaki etkileşim denklemini sunmaktadır.

\[ \left ( \frac{T_u}{\phi T_n} \right ) ^2 + \left ( \frac{V_u}{\phi V_n} \right ) ^4 + \frac{M_u}{\phi M_n} \le 1 \]

burada, T_u, V_u ve M_u gerekli burulma, kesme ve eğilme dayanımları; ϕT_n, ϕV_n, ϕM_n ise tasarım burulma, kesme ve eğilme dayanımlarıdır. Şek. 9'da sunulan model esas alınarak ve mafsalda her iki yönde de moment olmadığı varsayılarak, V_u üst kolona uygulanan kesme yükünün dörtte birine eşit, T_u = V_u×(10 inç) ve M_u = V_u×(8 inç)'tir. ϕ = 0,9 varsayılarak, ϕT_n Dowswell tarafından önerilen denklemler kullanılarak şu şekilde hesaplanabilir:

\[ \phi T_n = \phi \left ( \frac{ 0.6 F_y d t^2}{2} \right ) \left ( 1+ \frac{d}{2.4 L} \right ) \]

burada, F_y kama plakanın akma dayanımı (50 ksi), d kama plakanın yüksekliği (16 inç), t kama plakanın kalınlığı (1 inç) ve L kama plakanın uzunluğudur (Şek. 9'da sunulan modele göre 8 inç). Bu değerler kullanılarak ϕT_n = 396 kip-inç. AISC Şartnamesi'ndeki (2016) standart denklemler kullanılarak ϕV_n = 480 kip ve ϕM_n = 180 kip-inç. Bu tasarım dayanımlarıyla, etkileşim denklemini sağlayan V_u'nun maksimum değeri V_u = 17,9 kip. Kama plaka akmasının belirleyici olduğu varsayılarak, kolonun z-ekseni boyunca izin verilen maksimum uygulanan kesme 4×17,9 kip = 71,6 kip'tir.

Bu dayanım, IDEA StatiCa sonuçları kullanılarak değerlendirilecek hipotezin bir parçasıdır. Ancak bir mühendis, bu beklenen dayanıma diğer yükleme koşullarına kıyasla daha az güven duymalıdır. Daha az sayıda potansiyel belirleyici sınır durum değerlendirilmiş, kama ek birleşiminin düzlem dışı davranışı muhtemelen Şek. 9 tarafından iyi temsil edilmemekte ve kama plakanın dayanımının hesaplanmasında çeşitli varsayımlar yapılmıştır. Bununla birlikte, önceden bir hipotez oluşturmak yararlıdır. Ayrıca hipotez, yalnızca dayanım sonucundan ibaret değildir. Kama plakanın belirleyici olacağı ve birleşik burulma, düzlem dışı kesme ve düzlem dışı eğilme momentine maruz kalacağı şeklindeki beklenen davranış da hipotezin bir parçasıdır. Her bileşenin rijitliği ve dayanımının açık olarak modellenmesi, geleneksel hesaplamaların belirsizliklerini aşacak ve farklı bir dayanım sonucu verecek olsa da genel davranış tutarlı olmalıdır.

IDEA StatiCa'ya göre y-ekseni boyunca izin verilen maksimum uygulanan kesme yükü 249 kip'tir. Bu değer daha önce açıklandığı şekilde yinelemeli olarak belirlenmiştir. Kesmenin, sıfır moment noktasının üst ve alt kolonlar arasında konumlanacağı şekilde uygulandığına dikkat edilmelidir. IDEA StatiCa'ya göre dayanım, geleneksel hesaplamalarla tahmin edilenden önemli ölçüde yüksektir. Birleşimin deformasyonlu şeklinin incelenmesi (Şek. 12), bu farkın nedenini ortaya koymaktadır. Bant plakalar görece rijittir; bu nedenle kama plakaların burulmasının ve düzlem dışı eğilmesinin büyük bölümü, birleşimin basitleştirilmiş kiriş modelinde (Şek. 9) varsayılandan çok daha kısa bir uzunluk üzerinde gerçekleşmektedir. Bununla birlikte, birleşimin dayanımı kama plakadaki plastik gerinim tarafından kontrol edilmekte olup kama üzerindeki talep türleri varsayılan davranışla tutarlıdır.

Geleneksel hesaplamalar kullanılarak kama plakanın dayanımının L = 8 inç yerine L = 2 inç uzunlukla yeniden hesaplanması, kolonun z-ekseni boyunca izin verilen maksimum uygulanan kesme için IDEA StatiCa sonuçlarına daha yakın olan 227 kip değerini vermektedir. Ancak bu değere ulaşmak, önceden güvenle belirlenmesi bir yana, başlı başına güç olacaktır.

Şek. 12 y-ekseni boyunca 249 kip uygulanan kesmede plastik gerinim (deformasyon ölçek faktörü = 10)

6 Burulma

Üst kolona burulma uygulanmasının, her bir kama ek birleşimine, üst kolonun y-ekseni boyunca kesmеye maruz kaldığında deneyimlediğine benzer talepler yüklediği beklenmektedir. Dolayısıyla, birleşimin eğilme dayanımında olduğu gibi, burulma dayanımı da tek tek kamaların dayanımından ve kesit geometrisinden tahmin edilebilir. Örneğin burulma dayanımı, her kamanın dayanımının 4 katı ile kolon ağırlık merkezinden her kamaya olan mesafenin çarpımı olarak tahmin edilebilir. Ancak bu, aşırı basitleştirilmiş bir yaklaşım olabilir. Kamalar kolonun köşelerine yakın konumda olup yüzlerin ortasında değildir; bu nedenle kolonun burulması, düzlem dışı taleplere ek olarak kamaya düzlem içi talepler de yükleyecektir. Ayrıca her kol uzunluğunun kama üzerinde hangi noktadan ölçülmesi gerektiği belirsizdir. Daha ayrıntılı bir analizden elde edilecek daha iyi bir anlayış ve karakterizasyon olmaksızın bu birleşimin burulma dayanımına ilişkin doğru ve güvenilir bir sonuca ulaşmak muhtemelen mümkün değildir.

IDEA StatiCa'ya göre izin verilen maksimum uygulanan burulma 9.045 kip-inç'tir. Bu değer daha önce açıklandığı şekilde yinelemeli olarak belirlenmiştir. Kaynak kullanım oranı dayanımı kontrol etmektedir. Şek. 13'te görüldüğü üzere, kolon y-ekseni boyunca kesmеye maruz kaldığında (Şek. 12) her kama ek birleşiminin deformasyonlu şekli benzerdir. Ancak davranışta farklılıklar mevcuttur; en dikkat çekici olanı, kesme yüklü durumda kama plakadaki plastik gerinim sınırının belirleyici olmasının aksine, burulma durumunda kaynak kullanım oranının belirleyici olmasıdır. Bu yükleme koşulu için daha az karşılaştırma yapılabilse de diğer yükleme koşullarıyla yapılan karşılaştırmalar, modelin iyi tanımlandığını ve geleneksel yöntemlerle uyumlu sonuçlar üretme kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir.

Şek. 13 9.045 kip-inç uygulanan burulmada plastik gerinim (deformasyon ölçek faktörü = 10)

7 Özet

Yapısal birleşimlerin tasarımı veya değerlendirilmesi, iyi bir mühendislik yargısı gerektirmektedir. İyi bir mühendislik yargısı ise birleşimin nasıl davranacağının anlaşılmasını gerektirir. Bu anlayışın geliştirilmesi, yerleşik tasarım prosedürleri bulunmayan özgün birleşimlerin değerlendirilme sürecinin bir parçasıdır. Pek çok durumda, geleneksel hesaplamaların dayandırılabileceği basitleştirilmiş davranış modelleri geliştirmek için mantıksal çıkarım kullanılabilir. Ancak bu yaklaşımın sınırlamaları vardır. CBFEM gibi daha gelişmiş araçlar aynı sınırlamalara tabi değildir ve geniş bir birleşim türü yelpazesini daha iyi anlamak ve ardından tasarlamak için kullanılabilir. Ancak sonuçların anlamlı olmasını sağlamak için model tanımlanırken ve analiz gerçekleştirilirken dikkatli olunmalıdır. Bu çalışmada sunulanlar gibi, basitleştirilmiş davranış modelleri ve geleneksel hesaplamalarla yapılan karşılaştırmalar, modelin iyi tanımlandığını ve analizin doğru şekilde gerçekleştirildiğini doğrulamaya yardımcı olabilir.

8 Kaynaklar

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

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

Dowswell, B. (2019). "Torsion of Rectangular Connection Elements." Engineering Journal, AISC, 56(2), 63–87.

Drucker, D. C. (1956). "The Effect of Shear on the Plastic Bending of Beams." Journal of Applied Mechanics, 23(4), 509–514.

Tamboli, A. (2016). Handbook of Structural Steel Connection Design and Details, Third Edition. McGraw Hill, New York, NY.