Blok kesme dayanımı her yönetmelikte biraz farklı hesaplanmaktadır. Bu örnekte, CBFEM ile elde edilen blok kesme dayanımı, Kanada'daki Alberta Üniversitesi'nde hazırlanan ayrıntılı raporda tanımlanan deneysel programa karşılaştırılmaktadır.

Malzeme ve geometri

Plaka malzemesi: 350W (\(f_y = 350\,\textrm{MPa},\,f_u = 450\,\textrm{MPa}\))

Çelik dayanım faktörü: \(\phi=0.9\)

Gerçek malzeme özellikleri, nominal değerlerin şaşırtıcı biçimde altındadır (Tablo, rapordan alınmıştır). CBFEM'de dayanım faktörü ile birlikte nominal değerler kullanılmaktadır.

Plaka kalınlığı: 6,4 mm

Cıvatalar: 1/2 inç çapında, A325 sınıfı, cıvata deliği çapı = cıvata çapı

Deney düzeneği, güçlendirilmiş bir birleşimden (üst kısım) ve test birleşiminden (alt kısım) oluşmaktadır. CBFEM'de yalnızca test birleşimi modellenmektedir. Aşağıdaki şekil rapordan alınmıştır.

İki farklı geometri varyantı mevcuttur:

• Birbirine yakın cıvatalar (aralık 51 mm; numuneler T1A, T1B ve T1C)

• Daha geniş aralıklı cıvatalar, 152 mm (numuneler T2B ve T2C)

Sonuçlar

CBFEM'deki deformasyonlar, deplasman görselleştirmesinin mümkün olduğu geliştirici modunda deneydekine benzer konumlardan okunmaktadır. Değerler ölçekten okunduğundan deformasyonlar tam olarak hassas değildir.

Yük-deformasyon eğrileri, rapordan alınan deneysel grafiklerle oldukça iyi örtüşmektedir. Farklılıklar, CBFEM'de kullanılan nominal değerler ve dayanım faktöründen kaynaklanmaktadır. Model ayrıca yalnızca ihmal edilebilir pekleşmeli iki doğrulu malzeme diyagramı kullanmaktadır. Bunun yanı sıra, CBFEM ile elde edilen deformasyonlu şekil deneyle iyi uyum sağlamakta ve plastik gerinim cıvatalar arasındaki üst kısımda yoğunlaşarak çekme kırılmasının yanlardaki kesme kırılmasından önce gerçekleşeceğine işaret etmektedir. 

%5 sınır plastik gerinimine (aşağıdaki grafiklerde turuncu nokta) çok küçük bir deformasyonda ve herhangi bir kırılmadan çok önce ulaşıldığını belirtmek önemlidir. Çekme kırılması, T1 ve T2B/C geometrileri için sırasıyla %45 ve %42 plastik gerinimde meydana gelmektedir. Kesme düzlemleri daha da sünek olmakla birlikte yük dayanımı bu noktada zaten önemli ölçüde azalmıştır.

Sonuç

CBFEM'de, bir cıvata grubunun blok kesme dayanımı sonlu elemanlar analizi ile belirlenir ve %5 sınır plastik gerinim ile kontrol edilir. Araştırma raporundaki deneysel sonuçlarla yapılan bu karşılaştırma, CBFEM'de görece kaba bir mesh ve basitleştirilmiş malzeme modeli kullanılmasına karşın yük-deformasyon diyagramının yakından uyum sağladığını göstermektedir. Bir diğer önemli bulgu ise %5 sınır plastik gerinimine herhangi bir kırılmadan çok önce çok küçük bir deformasyonda ulaşılmasıdır. 

CBFEM, birleşimlerin gerçek davranışını mükemmel biçimde yansıtmak yerine tasarım dayanımını belirlemek amacıyla tasarlanmıştır. %5 sınır plastik gerinimi bu iki blok kesme dayanımı durumunda oldukça güvenli tarafta kalsa da kullanıcılar bu sınırı artırmamalıdır.

Kaynaklar:

Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Erişim adresi: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00