Çelik Bileşimler ve Bileşim Araçları
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
ÇELİK YAPILAR I
Dr. Kağan YEMEZ
[email protected]
Birleşim detay tipleri ve tasarım Perçinli Birleşimler Bulonlu Birleşimler Kaynaklı Birleşimler Birleşim Analizleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
1
Çelik Yapılar 1
Birleşim detay tipleri Bileşenler - Kaynak
Birleşim detay tipleri
Yük
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
2
3
Birleşim detay tipleri Bileşenler - Bulonlar
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Kaynak bölgesine ulaşım için geçici platform gerekebilir. Hava koşulları… Elektrik hattı gerekli… Geçici bulonlar veya köşebentler gerekebilir. Kontrol maliyeti... Daha uzun montaj süresi…
Çelik Yapılar I
4
Birleşim detay tipleri Bileşenler – L,T,levha,…
Yerine göre bulonlar çekme, kesme veya kombinasyonuna karşı kullanılabilir. Genelde montaj kolaylığı için delik çapı => D+2mm Özel uygulamalar için sürtünmeli veya öngerilmeli bulon uygulamaları… İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
5
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
6
Birleşim detay tipleri Bileşenler – L,T,levha,…
Birleşim detay tipleri Birleşim tipleri
Dolayısıyla bazı bölgeleri güçlendirmek gerekebilir.
Bileşenlerin kapasiteleri doğrultusunda zayıflıklar göçme modunu, ve dolayısıyla moment aktarım kapasitesini belirler. İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
Kiriş-Kiriş birleşimler
Kiriş-Kolon birleşimler
Kolon ekleri
Kolon tabanları
Çaprazların birleşimleri
7
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Birleşim detay tipleri Birleşim tipleri Kiriş-Kiriş birleşimler
Kiriş-Kiriş birleşimler
Kiriş-Kolon birleşimler
Kiriş-Kolon birleşimler
Kolon ekleri
Kolon ekleri
Kolon tabanları
Kolon tabanları
Çaprazların birleşimleri
Çaprazların birleşimleri
Çelik Yapılar I
9
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Birleşim detay tipleri Birleşim tipleri Kiriş-Kiriş birleşimler
Kiriş-Kiriş birleşimler
Kiriş-Kolon birleşimler
Kiriş-Kolon birleşimler
Kolon ekleri
Kolon ekleri
Kolon tabanları
Kolon tabanları
Çaprazların birleşimleri
Çaprazların birleşimleri
Çelik Yapılar I
Çelik Yapılar I
10
Birleşim detay tipleri Birleşim tipleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
8
Birleşim detay tipleri Birleşim tipleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
11
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
12
Birleşim detay tipleri Birleşim tipleri
Kiriş-Kiriş birleşimler
Kiriş-Kolon birleşimler
Kolon ekleri
Kolon tabanları
Çaprazların birleşimleri İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Birleşim detay tipleri Birleşim Ekonomisi
Tasarım yüklerinin elemanlar arası güvenli aktarımı Yeterince güçlü olmalı Yükü aşırı gerilme birikmeleri yaratmayacak şekilde aktarmalı Tasarlanan esneklik veya rijitliği sağlamalı Birleştirme elemanları montaj kolaylığı sağlayacak şekilde tasarlanmalı. (Kutu, boru Çelik Yapılar Ibirleşimlerine dikkat) 13 profil
Material Calculation Drawings Fabrication Protection Erection İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Birleşim detay tipleri Birleşim Ekonomisi
Karşılık Maliyet Varsayımları 1cm3 kaynak = 0,7 kg çelik. Berkitme levhası imalatı = kaynak maliyeti İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çelik Yapılar I Bir delik delme = 2 kg çelik
B ve C alternatiflerinde daha az malzeme olmasına rağmen yüksek imalat maliyetinden dolayı 15 daha pahalı.
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
20 - 40% } } } } }
60 - 80%
Çelik Yapılar I
14
Birleşim detay tipleri Birleşim Ekonomisi - öneriler
Maliyetlerin dağılımı
Delik çaplarını, cıvata boylarını ve cıvata kalitelerini mümkün olduğu kadar azalt. Kaynak bölgesine rahat ulaşım sağla ki kaynak kolay yapılabilsin. İnce ayar gerektiren dar tolerans uygulamalarını minimize et. Aynı tip standart birleşim detaylarını kullanmaya çalış. Kolay şantiye bulonlaması yapılabilecek montaj detayları kullan. Şantiye vinç kullanımını hızlandırmak için elemanın zati ağırlığını taşıyabilecek geçici destek detayları, elemanları kullan. Düzgün ve doğrusal montaj kolaylığı sağla. Bakım gerekecek kritik yerleri dikkate al.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
16
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
Yapısal Davranış Gereksinimleri:
Dayanım, Rijitlik, Süneklik veya şekil değiştirme kapasitesi
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
17
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
18
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
Dayanım
Rijitlik
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
19
Çelik Yapılar I
21
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
Şekil değiştirme kapasitesi
Çelik Yapılar I
20
Birleşimlerin sınıflandırılması
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
22
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
Birleşimlerin sınıflandırılması
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
Birleşimlerin sınıflandırılması
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Esnek (mafsallı) – yeterli dönme kapasitesine sahip olacak kadar esnek, düşük moment aktarımı Rijit – dönme rijitliği => ihmal edilebilir birleşim dönmesi, yüksek moment aktarımı Yarı-rijit
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Birleşim detay tipleri Tasarım Prensipleri
Birleşim elemanları tasarım yüklerini aktaracak dayanımda olmalı
23
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Dayanım Yönünden
Rijitlik yönünden
Çelik Yapılar I
24
Birleşim detay tipleri
Birleşim detay tipleri
Tasarım Prensipleri – Yük aktarımı
Tasarım Prensipleri – Yük aktarımı
İç kuvvetlerin uygulanan yük ile dengesi Her bileşen kuvvetlere dayanacak kapasitede Şekil değiştirmeler birleşim araçlarının (bulon, kaynak) ve diğer bileşenlerin şekil değiştirme kapasitelerine göre dağılır.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
25
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
Birleşim detay tipleri
Birleşim detay tipleri
Tasarım Prensipleri – Yük aktarımı
Tasarım Prensipleri – Yük aktarımı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
27
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Tasarım Prensipleri – Yük aktarımı
Çelik Yapılar I
28
Çelik Bileşimler ve Bileşim Araçları
Birleşim detay tipleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
26
29
Birleşim detay tipleri ve tasarım Perçinli Birleşimler Bulonlu Birleşimler Kaynaklı Birleşimler Birleşim Analizleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
30
Perçinli Birleşimler
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
Perçinli Birleşimler
31
Perçinli Birleşimler
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
33
Çelik Yapılar 1
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
34
Çelik Yapılar I
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Birleşim detay tipleri ve tasarım Perçinli Birleşimler Bulonlu Birleşimler Kaynaklı Birleşimler Birleşim Analizleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
32
Çelik Yapılar I
Perçinli Birleşimler
Çelik Bileşimler ve Bileşim Araçları
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
ÇELİK YAPILAR I Dr. Kağan YEMEZ
[email protected]
35
36
Bulonlu Birleşimler Kesme kuvveti aktarımı
Bulonlu Birleşimler
Normal Bulonlu birleşimler
Öngermeli Bulonlu birleşimler
Kesme ve Ezilmeye karşı Sürtünme ile Kesme ve Ezilmeye karşı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
37
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Bulonlu Birleşimler Çekme kuvveti aktarımı
Bulonlu Birleşimler
Çekme ve Kesme kuvveti aktarımı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
39
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Bulonlu Birleşimler
Altıgen Başlı Bulonlar < 68 mm M ile adlandırılır
M20 x 60 => yivsiz kısmın çapı 20 mm, yivli ve yivsiz kısmın toplam boyu 60 mm Boy aşağıdaki koşulları sağlayacak şekilde hesaplanacak;
Çelik Yapılar I
40
Çelik Yapılar I
Bulon Kaliteleri Grade
4.6
5.6
6.5
6.8
8.8
10.9
fyb (MPa) fub (MPa)
240 400
300 500
300 600
480 600
640 800
900 1000
6 x 8 x 10 = 480 => (fyb) 6 x 100 = 600 =>(fub)
Somun sıkıldıktan sonra en az bir dişten fazlası somundan dışa uzayacak En az bir tam diş somun ile yivsiz kısım arasında kalacak.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Kesme gerilmelerinin düzgün yayıldığı varsayılır. Kesme düzlemi yivlere denk geliyorsa => Azaltılmış Kesme Alan
Bulonlu Birleşimler
Bulon Çapları
38
Çelik Yapılar I
41
Uygulamalarda 8.8 kalitesi sıklıkla kullanılır.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
42
Bulonlu Birleşimler Gerilmeler
Bulonlu Birleşimler
Bulon Çapları
Uygun bulonlar (D=d) dışında, kaba bulonlar için;
d+1mm for M12 and M14 bolts
d+2mm aşağıdaki koşullarda izin verilebilir; 4.8, 5.8, 6.8 or 10.9 kaliteleri için Fv,Rd kesme dayanımı 0.85’i kabul edilir. Azaltılmış Fv,Rd > Fb,Rd ezilme dayanımı
d+2mm for M16 to M24 bolts d+3mm for M27 and larger bolts.
Matkap veya Zımbalama (d kesme/çekme/lokal eğilme ; bulon sayısı => Fv,Rd (daha az) L => Fv,Rd 45
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
46
Bulonlu Birleşimler Uzun Birleşimler
Yük dağılımı
Kesme düzlemi yivli kısımda ise;
Bulonlu Birleşimler Uzun Birleşimler
44
Çelik Yapılar I
Uzun birleşimler
Dıştaki bulonlar daha fazla yük taşıyor ! Akma sonrası daha düzgün kesme dağılımı… Dıştakiler koptuktan sonra ardışık göçme… Birleşim boyu kesme kapasitesini etkileyen önemli bir parametredir.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
47
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
48
Bulonlu Birleşimler Uzun Birleşimler
Bulonlu Birleşimler Uzun Birleşimler
Uzun birleşimler
Uzun birleşimler
Bulonlar rijitse;
Bulon 1 ve 4 tüm yükü taşır.
Levha rijitse;
Eşit dağılım
Gerçek durum uygun d/t oranları (1,5~2) için; (d~7√tmin – 2 mm)
4 bulon =>29-21-21-29 6 bulon => 25-15-10-10-15-25 8 bulon => 24-13-8-5-5-8-13-24
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
49
βLf ≤1,0 ve βLf ≥ 0,75
Düzgün dağılım varsa uygulanmaz ! (örn. Kiriş gövdesinden kolon başlığına kesme kuvveti aktarımı) İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
51
Fb.Rd = 2,5αfudt/γMb )
e2 > 1,5do ve p2 > 3do olmalı e2 = 1,2do ve/veya p2 = 2,4do ise kesme dayanımı => 2/3 Fb.Rd İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
52
Çelik Yapılar I
Bulonlu Birleşimler Ezilme Dayanımı
Fb.Rd = 2,5αfudt/γMb α = min(1;
Ezilme basıncı; bulon çapı ve levha kalınlığına bağlı… Yeteri kadar e1 mesafesi olmalı… Yivler direk etkilemez ama şekil değiştirmeyi etkiler. Levha şekil değiştirme kapasitesi yüksekse “Sünek”; Bulon kesilirse “gevrek” davranış
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Bulonlu Birleşimler Ezilme Dayanımı
50
Çelik Yapılar 1
Bulonlu Birleşimler Ezilme Dayanımı
Lj > 15 d ise kesme dayanım azaltma katsayısı:
Levhanın deformasyon kapasiteleri daha fazla olduğu için bulonların kesmesinden önce levhaların ezilme dayanımına ulaşması sağlanacak şekilde tasarım yapılmalı.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Bulonlu Birleşimler Uzun Birleşimler
Öneriler:
Çelik Yapılar I
53
α = min(1;
)
p2
e2 > 1,5do ve p2 > 3do olmalı e2 = 1,2do ve/veya p2 = 2,4do ise kesme dayanımı => 2/3 Fb.Rd İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
54
Bulonlu Birleşimler Çekme Dayanımı
Bulonlu Birleşimler Kesme ve Çekme Dayanımı ≤ 1,0
Ft.Rd = 0,9fubAs/γMb
Ayrılma etkisinden dolayı ek çekme kuvveti…
Birleşimin geometrisine ve bulon ve birleşim elemanlarının rijitliğine bağlı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
55
Bulonlu Birleşimler Bulon mesafeleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
t, min. Kalınlık Lokal burkulma gereklilikleri… Korozyon koşulları => 40 mm + 4t
Lokal burkulma gereklilikleri…
Çekme durumu; Dış sıra; 2,2 do < p1 < 14t veya 200 mm İç Sıra; 2,2 do < p1 < 28t veya 400 mm
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
57
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
p1
≤ 2,5 do
≥ 5,0 do
β2 β3
0,4 0,5
0,7 0,7
Çelik Yapılar I
58
Bulonlu Birleşimler Öngermeli Bulonlu Birleşimler Daha fazla rijitlik Fatigue (Yorulma) yüklemelerine karşı daha iyi performance
Normal Bulonlu birleşimler
1 bulon: Nu,Rd = 2,0(e2 - 0,5do)tfu/γM 2 bulon: Nu,Rd = β2Anetfu/γM 3+ bulon: Nu,Rd = β3Anetfu/γM
Korozyon yoksa => max değer x 1.5 Çelik Yapılar I
Bulonlu Birleşimler
Simetrik değil => azaltma
Basınc durumu; 2,2 do < p1 < 14t veya 200 mm 3,0 do < p2 < 14t veya 200 mm
56
Çelik Yapılar I
Bulonlu Birleşimler Bir kenarı bağlı köeşebentler
1,2 do < e1 < 12t veya 150 mm 1,5 do < e2 < 12t veya 150 mm
V < %30 x Fv.Rd => T = Ft Yivler bulon imalatçısı tarafından standardına uygun açılmaması durumunda 0,85 katsayısı kullanılır.
Kesme ve Ezilmeye karşı
Öngermeli Bulonlu birleşimler
Sürtünme ile Kesme ve Ezilmeye karşı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
59
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
60
Bulonlu Birleşimler Öngermeli Bulonlu Birleşimler
Bulonlu Birleşimler Öngermeli Bulonlu Birleşimler
Levhaların ayrılma rijitliği bulonun rijitliğinin 4 katı
Genellilkle 10.9 kalite kullanılır. Öngerme kuvveti;
Öngerme yöntemleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
61
Çelik Yapılar I
Bulonlu Birleşimler Öngermeli Bulonlu Birleşimler
Torq yöntemi
1. adım: tüm bulonlar %75 x Ma 2. adım: tüm bulonlar %100xMa
Somun sıkma turu yöntemi
63
Çelik Yapılar I
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
d+2mm for ≤ M24 d+3mm for > M24
64
Kesme ve Çekme Dayanımı
Sürtünme dayanımı
Çelik Yapılar I
Bulonlu Birleşimler Öngermeli Bulonlu Birleşimler
Delik çapları
Daha kalın somun Kopmayı sağlamalı Diş atmamalı
1. adım: tüm bulonlar %75 x Ma 2. adım: tüm bulonlar %75 x Ma Son adım: 90° - 120° tur
Bulonlu Birleşimler Öngermeli Bulonlu Birleşimler
Somun ve Pul
1. adım: tüm bulonlar “el sıkılığı" 2. adım: tüm bulonlar 2. kez “el sıkılığı" Son adım: gerekli tur sayısı
Kombine Yöntem
62
Çelik Yapılar I
Öngerme yöntemleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Torq yöntemi Somun sıkma turu yöntemi Kombine yöntem
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Bulonlu Birleşimler Öngermeli Bulonlu Birleşimler
Fp.Cd = 0,7 fub . As
Fs,Rd = nµ(Fp.Cd - 0,8Ft) /γms Moment aktaran birleşimlerde çekme kuvveti basınç ile karşılanıyorsa sürtünme azaltması uygulanmaz.
Fs,Rd = nµFp.Cd /γms
İşlem görmemiş yüzey => Kumlanmış yüzey => Kumlanmış, ethyl-zinc silicate (kalınlık 30 - 60 µm) ile boyanmış => Kumlanmış, sıcak daldırma galvanizlenmiş =>
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
µ = 0,20 µ = 0,50 µ = 0,30 µ = 0,10 65
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
66
Bulonlu Birleşimler Pratik uygulama önerileri
Bulonlu Birleşimler Pratik uygulama önerileri
Geniş ve oval delikler
Geniş ve oval delikler
İmalat sonrası ön montaj kontrolü Kısa oval ve geniş deliklerde %15 kayma dayanımı azalması Uzun oval deliklerde %30 kayma dayanımı azalması Fs,Rd = [(ksµ)n/γms]. Fp.Cd
Kısa oval ve geniş ks = 0,85; uzun ks = 0,70 Kısa oval delik sınırları
Bulonlu Birleşimler Pratik uygulama önerileri
+ + + +
1) 2) 2) 3)
mm mm mm mm
by by by by
(d (d (d (d
+ + + +
4) mm for M12 and M14 bolts 6) mm for M16 and M22 bolts 8) mm for M24 bolts 10) mm for M27 and larger bolts
Uzun oval delik sınırları
67
(d (d (d (d
(d + 1) mm by 2,5 d for M12 and M14 bolts (d + 2) mm by 2,5 d for M16 and M24 bolts (d + 3) mm by 2,5 d for M27 and larger bolts
68
Bulonlu Birleşimler Pratik uygulama önerileri Uygun ve Enjeksiyonlu bulonlar
Step < 2 mm => dayanım azaltması yok Ara plakası
Korozyon koşulu yoksa t > 2 mm Dış hava koşulları t > 4 mm
EC ‘da özel hesap yöntemi
69
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
TC (Çekme kontrollü) – Yük göstergeli pullar
Korozyon koruması yapılmış levhalar;
71
Boya kalınlığı >15 µm (örn. sıcak daldırma galvanizli levhalar) ön gerilmeli bulonlar 1 veya 2 defa sıkılmalı. Pratik olarak birincisi montajdan 2 hafta sonra ve ikincisi 3 ay sonra.
Korozyon koruması yapılmış bulonlar;
Çelik Yapılar I
70
Bulonlu Birleşimler Pratik uygulama önerileri
Bulonlu Birleşimler Pratik uygulama önerileri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
Yivlerin sıkılaştırır. Yağlama yapılabilir.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
72
