Dairesel İçi Boş Profil (CHS) Birleşim Dayanımının Karşılaştırmalı Analizi: CBFEM ile Tasarım Yönetmelikleri (EN, FprEN ve AISC)

Açıklama 

Bu çalışmada, dairesel içi boş profil (CHS) birleşimlerinin normal kuvvet dayanımı; bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemi (CBFEM) sonuçları ilgili Avrupa ve Amerikan tasarım yönetmelikleri (EN 1993-1-8 ve AISC 360-22) ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Karşılaştırmalar ayrıca en güncel bilgi birikimini içeren yeni Avrupa yönetmeliği taslağı (FprEN 1993-1-8) ile de yapılmıştır.

Çalışma, tasarım yönetmeliklerinde tanımlanan geçerlilik aralığının tamamını doğrulamıştır. Bu aralık, araştırma ve deneysel çalışmalar aracılığıyla belirlenen geometrik ve malzeme özelliklerine dayanarak yönetmeliklerin kapsadığı birleşim kesit spektrumunu tanımlamaktadır. Dairesel içi boş profiller (CHS) için bu özellikler çap, et kalınlığı ve çelik sınıfını kapsamaktadır. Geçerlilik aralığı, yalnızca öngörülen göçme modlarının birleşim davranışına hâkim olmasını sağlar; örneğin yerel burkulmanın birleşim dayanımını etkileyeceği durumları dışarıda bırakır.

Çalışmada, hem yönetmelik tabanlı prosedürler hem de bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemi (CBFEM) kullanılarak geniş bir kesit çifti seti değerlendirilmiştir. Analizler; kesit boyutları, çelik sınıfı, başlık ön yüklemesi ve diyagonal açısı gibi geometrik ve malzeme parametrelerindeki değişimleri kapsamaktadır. Tüm hesaplamalar Python betikleriyle uygulanmış ve bir Python ortamında çalıştırılmıştır. CBFEM analizleri IDEA StatiCa Connection REST API aracılığıyla gerçekleştirilmiştir.

Sonuçlar

EN 1993-1-8 ve AISC 360-22, aynı metodolojiye dayandıklarından neredeyse özdeş sonuçlar üretmektedir. Bununla birlikte, taslak standart FprEN 1993-1-8, dairesel içi boş profil (CHS) birleşimleri için iyileştirmeler getirmektedir. Taslak, seçilen parametreler için EN 1993-1-8'e kıyasla genel olarak %55'e kadar daha az muhafazakâr bir dayanım öngörmekte ve sonuçları bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemi (CBFEM) ile daha iyi örtüşmektedir.

Başlıkta normal gerilme ile CBFEM'in FprEN 1993-1-8 ile karşılaştırıldığı X birleşimi örneği

Başlık ön yüklemesi olmayan durumlar için CBFEM sonuçları genel olarak yönetmelik hükümleriyle örtüşmektedir. Ancak başlık elemanının ön yüklü olduğu durumlarda CBFEM sonuçları yönetmeliklerden ayrışmaktadır. Ön yüklü başlıklar için yönetmeliklerdeki mevcut dayanım azaltma fonksiyonunun iyileştirilmesinin gerekip gerekmediğini belirlemek amacıyla ileri araştırmalar yapılacaktır.

Doğrulama örnekleri:

• Çelik birleşimlerin bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemiyle tasarımı: kitap bölümü CHS 
• Çelik birleşimlerin bileşen tabanlı sonlu elemanlar yöntemiyle tasarımı: kitap bölümü RHS 

Tezin tamamına buradan erişin: İçi Boş Profil Birleşimlerinin Tasarımı: Tasarım Yöntemlerinin Karşılaştırması

Projenin tamamını içeren GitHub: İçi Boş Profil Birleşimlerinin Tasarımı: Tasarım Yöntemlerinin Karşılaştırması