Yaygın yöntemler
Her yapı mühendisi, kontrol için sınır değer olarak akma dayanımını kullanmaya alışkındır; zira temelde her standart ve tasarım kodu bu yaklaşıma dayanmaktadır.
Bununla birlikte, bu durum malzemenin saf elastik davranışı için geçerlidir. Bu durum, muhafazakâr tasarıma ve zaman zaman gereksiz aşırı tasarıma yol açarak daha fazla malzeme tüketimine neden olabilir.
Ancak çeliğin gerçek davranışı farklıdır ve akma dayanımının aşılmasının ardından malzemenin plastik davranışını varsaymak kabul edilebilir bir yaklaşımdır.
IDEA StatiCa ve CBFEM yöntemi
Bileşen Tabanlı Sonlu Elemanlar Yöntemi (CBFEM), Bileşen Yöntemi ile Sonlu Elemanlar analizinin bir sentezidir.
Standart bileşen tabanlı yöntemde ve IDEA StatiCa Connection'da kullanılan CBFEM'de bir birleşimin kontrolü, birleşimin tüm parçalarının — bileşenlerin — kontrolüne dayanmaktadır. Bileşenler; cıvatalar, ankrajlar, kaynaklar, levhalar ve temel tabanındaki beton olabilir.
CBFEM, birleşimin tamamını yukarıda belirtilen ayrı bileşenlere ayırır. Ardından analiz modeli, yazılım tarafından her bileşenden otomatik olarak oluşturulur.
Kesit flanşları veya gövdeleri, nervürler, kaburgalar, konsol kiriş uzantıları vb. gibi tüm çelik levhalar sonlu elemanlarla modellenir. SEY, yapı mühendisliğinde yaygın biçimde kabul görmekte olup çok iyi ve güvenilir sonuçlar vermektedir.
Malzeme davranışı, von Mises akma kriterine dayanmaktadır. Tasarım akma dayanımı fyd'ye ulaşılmadan önce elastik davranış varsayılmaktadır.
Burkulma'ya duyarlı olmayan bölgeler için nihai limit durum kriteri, asal membran geriniminin sınır değerine ulaşılmasıdır. %5 değeri önerilmektedir (örn. EN 1993-1-5, Ek C, Md. C.8, Not 1).
ANSI/AISC 360-16, farklı bir yaklaşım kullanmaktadır. B Bölümü – Tasarım gereksinimleri'nde şu madde yer almaktadır: "Birleşim Dayanımı. Bir birleşimin dayanımı, taşıyabileceği maksimum moment olan Mn'dir; Şekil C-B3.2'de gösterildiği gibi. Bir birleşimin dayanımı, birleşimin nihai limit durum modeline veya fiziksel deneylere dayanılarak belirlenebilir. Moment-dönme tepkisi tepe yük sergilemiyorsa, dayanım 0,02 rad dönmedeki moment olarak alınabilir (Hsieh ve Deierlein, 1991; Leon ve diğ., 1996)."
Şekiller ANSI/AISC 360-16, Yorum B3, s. 332, 333'ten alınmıştır.
IDEA StatiCa'da kaynaklı bir birleşim örneği sunulmaktadır:
AISC 360'taki bu maddeye göre bu birleşimin tasarım eğilme dayanımı, 20 mrad dönmedeki eğilme momenti olarak belirlenmektedir (MRd = 408,5 kip-in). Bu dayanım, EN 1993-1-5'in önerdiği şekilde plastik gerinimi %5 ile sınırlandırarak belirlenen eğilme dayanımına (MRd = 402,5 kip-in) neredeyse eşittir.
Cıvatalı bir birleşime ait başka bir örnek de benzer sonuçlar göstermektedir:
Yine, 20 mrad dönme ile belirlenen dayanım (MRd = 372 kip-in), plastik gerinimi %5 ile sınırlandırarak belirlenen dayanımla (MRd = 374,7 kip-in) yakından örtüşmektedir.
Sonuç
ANSI/AISC 360, sonlu eleman modellemesini (bkz. Ek 1 – Gelişmiş analizle tasarım ve B Bölümü – Tasarım gereksinimleri – 4. Birleşimlerin ve mesnetlerin tasarımı – Yapısal analiz) mühendislik kararına bırakmaktadır. Çelik levhalar için bilineer elastik-plastik malzeme diyagramının kullanılması ve plastik gerinim sınırlaması, genel yüklü tüm birleşim türlerinin çözülmesine olanak tanıyan basit ve makul bir yaklaşımdır. Sonuçlar, ANSI/AISC 360 tarafından özel olarak önerilen yaklaşımla yakından örtüşmektedir.
Plastik gerinim sınırı Kod kurulumunda düzenlenebilir; ancak doğrulama çalışmaları önerilen %5 değeriyle gerçekleştirilmiştir. Bu değerin birleşim dayanımı üzerindeki etkisi genel olarak düşüktür. Cıvatalı birleşimin ikinci örneğinde %2 gerinim sınırı ile %10 gerinim sınırı arasındaki eğilme momenti dayanımı farkı yalnızca %7'dir.
Kaynaklar
ANSI/AISC 360-16 (2016), An American National Standard – Specification for Structural Steel Buildings, AISC, Chicago, 676 s.
EN1993-1-5 (2006), Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-5: General rules - Plated structural elements, CEN, Brüksel, 53 s.
Hsieh, S.H. ve Deierlein, G.G. (1991), "Nonlinear Analysis of Three-Dimensional Steel Frames with Semi-Rigid Connections," Computers and Structures, Elsevier, Cilt 41, No. 5, ss. 995–1.009.
Leon, R.T. (1994), "Composite Semi-Rigid Construction," Engineering Journal, AISC, Cilt 31, No. 2, ss. 57–67.