Kolon gövde takviye levhası

Açıklama

Bu çalışmanın amacı, Dlubal RFEM yazılımında oluşturulan araştırma SEY modeli (RFEM) ve bileşen yöntemi (BY) ile kiriş-kolon birleşimindeki sınıf 4 kolon gövde takviye levhasının bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemi (CBFEM) doğrulamasıdır.

Araştırma SEY modeli

CBFEM modelini doğrulamak için araştırma SEY modeli (RFEM) kullanılmaktadır. Sayısal modelde, köşelerinde düğüm noktaları bulunan 4 düğümlü dörtgen kabuk elemanlar uygulanmaktadır. Geometrik ve malzeme bakımından doğrusal olmayan kusurlu analiz (GMNIA) uygulanmaktadır. Eşdeğer geometrik kusurlar birinci burkulma modundan türetilmekte ve genlik, EN 1993-1-5:2006 Ek C'ye göre belirlenmektedir. Sayısal model Şekil 6.3.1'de gösterilmektedir.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Research FEA model of a beam-to-column joint with slender column web stiffener}}}\]

CBFEM

İnce plakalar için tasarım prosedürü bölüm 3.10'da açıklanmaktadır. Doğrusal burkulma analizi yazılımda uygulanmaktadır. Tasarım dayanımlarının hesabı tasarım prosedürüne göre yapılmaktadır. F_CBFEM, ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 değeri 1'e eşit olana kadar kullanıcı tarafından interpolasyon yoluyla belirlenmektedir. İnce kolon gövde takviye levhasına sahip bir kiriş-kolon birleşimi incelenmektedir. Kiriş ve kolon için aynı kesit kullanılmaktadır. Kolon gövde takviye levhasının kalınlığı değişmektedir. Örneklerin geometrisi Tab. 6.3.1'de açıklanmaktadır. Birleşim eğilme momenti ile yüklenmektedir.

Tab. 6.3.1 Örneklere genel bakış

Genel davranış ve doğrulama

CBFEM modelinde moment-dönme diyagramı ile tanımlanan 3 mm kalınlığındaki ince kolon gövde takviye levhasına sahip kiriş-kolon birleşiminin genel davranışı Şekil 6.3.2'de gösterilmektedir. Odak noktası temel karakteristiklerdir: tasarım dayanımı ve kritik yük. Diyagram, akmanın başladığı nokta ve %5 plastik gerinim ile elde edilen dayanım ile tamamlanmaktadır.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Moment-rotation curve of example t3}}}\]

Dayanım doğrulaması

CBFEM Idea StatiCa yazılımı ile hesaplanan tasarım dayanımı RFEM ile karşılaştırılmaktadır. Karşılaştırma tasarım dayanımı ve kritik yük üzerine odaklanmaktadır. Sonuçlar Tab. 6.3.2'de sıralanmaktadır. Şekil 6.3.3 c)'deki diyagram, incelenen örneklerde kolon gövde takviye levhası kalınlığının dayanımlar ve kritik yükler üzerindeki etkisini göstermektedir.

Tab. 6.3.2 RFEM ve CBFEM'in tasarım dayanımları ve kritik yükleri

Sonuçlar, kritik yük ve tasarım dayanımı açısından çok iyi bir uyum göstermektedir. 3 mm kalınlığındaki gövde takviye levhasına sahip birleşimin CBFEM modeli Şekil 6.3.3a'da gösterilmektedir. Birleşimin birinci burkulma modu Şekil 6.3.3b'de gösterilmektedir.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Geometrical model b) First buckling mode c) Influence of stiffener's thickness on resistances and critical loads}}}\]

Doğrulama çalışmaları, kolon gövde takviye levhası davranışının tahmininde CBFEM modelinin doğruluğunu teyit etmiştir. CBFEM sonuçları RFEM sonuçlarıyla karşılaştırılmaktadır. Tüm prosedürler birleşimin benzer genel davranışını öngörmektedir. Tasarım dayanımındaki fark tüm durumlarda %10'un altındadır.

Kıyaslama örneği

Girdiler

Kiriş

• Çelik S235
• Başlık kalınlığı t_f = 20 mm
• Başlık genişliği b_f = 400 mm
• Gövde kalınlığı t_w = 12 mm
• Gövde yüksekliği h_w = 600 mm

Kolon

• Çelik S235
• Başlık kalınlığı t_f = 20 mm
• Başlık genişliği b_f = 400 mm
• Gövde kalınlığı t_w = 12 mm
• Gövde yüksekliği h_w = 560 mm
• Kesit yüksekliği h = 600 mm

Üst kolon gövde takviye levhası

• Çelik S235
• Takviye levhası kalınlığı t_w = 20 mm
• Takviye levhası genişliği h_w = 400 mm

Alt kolon gövde takviye levhası

• Çelik S235
• Takviye levhası kalınlığı t_w = 3 mm
• Takviye levhası genişliği h_w = 400 mm

Kod ayarları – Model ve mesh

• En büyük eleman gövdesi veya başlığındaki eleman sayısı 24

Çıktılar

• Plastik dayanım CBFEM = 589 kNm
• Tasarım burkulma dayanımı CBFEM (kNm) = 309 kNm
• Kritik burkulma faktörü (tasarım burkulma dayanımı = 309 kNm için) α_cr = 0,97
• %5 plastik gerinim yük faktörü α_ult,k = Plastik dayanım CBFEM / Tasarım burkulma dayanımı CBFEM = 589/309 = 1,91