Click here to load reader

Kutu Prof Birl

  • View
    131

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Kutu Prof Birl

YILDIZ TEKN K N VERS TES FEN B L MLER ENST TS

NCE C DARLI KAPALI ENKES TL UBUKLARDAN OLUAN S STEMLER N DM NOKTASI B RLE MLER N N NCELENMES

naat Mhendisi Fevzi Frat BOZACIFBE naat Mhendislii Anabilim Dal Yap Programnda Hazrlanan

YKSEK L SANS TEZ

Tez Danman : Prof. A. Zafer ztrk

STANBUL, 2007

NDEK LER Sayfa S MGE L STES ....................................................................................................................... iv KISALTMA L STES .............................................................................................................viii EK L L STES ........................................................................................................................ ix ZELGE L STES ..................................................................................................................xii NSZ ZET ..............................................................................................................................xiii .............................................................................................................................. xiv

ABSTRACT ............................................................................................................................. xv 1. 2. 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.1.1 2.3.1.2 2.3.1.2.1 2.3.1.2.2 2.3.1.3 2.3.1.4 2.3.1.5 2.3.2 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 3. 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 4. 4.1 4.2 4.3 4.3.1 G R ....................................................................................................................... 1 KUTU ve BORU PROF L B RLE MLER NDE KAYNAK ............................... 3 Kaynaklanabilirlik ................................................................................................... 3 Kutu ve Boru Profil Birleimlerinde Kaynak Yntemleri....................................... 4 Kutu ve Boru Profillerin U Hazrl ..................................................................... 6 Kesim....................................................................................................................... 6 Testere ile Kesim ..................................................................................................... 7 Oksijenli Kesim ..................................................................................................... 10 Elle Yaplan Oksijenli Kesim ................................................................................ 10 Otomatik Oksijenli Kesim ..................................................................................... 11 Yiv Ama............................................................................................................... 12 Lazerli Kesim......................................................................................................... 12 Plazma Kesimi ....................................................................................................... 12 Yasslatrma.......................................................................................................... 13 Kutu ve Boru Profillerde Kaynak Az Hazrl .................................................. 13 Az Aza Birleimler ........................................................................................... 14 Kafes Kiri Birleimleri......................................................................................... 16 Kaynak Pozisyonlar ve Sralar ............................................................................ 16 KUTU ve BORU PROF L B RLE MLER NDE KAYNAK TASARIMI ......... 19 Ke Kaynak Tasarm .......................................................................................... 19 Boru Profil Birleimleri ......................................................................................... 21 Kutu Profil Birleimleri ......................................................................................... 22 Saysal rnekler..................................................................................................... 23 Kt Kaynak Tasarm............................................................................................. 25 BORU PROF L B RLE MLER N N TASARIMI ............................................. 26 Boru Profil Birleimlerinin Yk Tama Kapasitesini Etkileyen Parametreler..... 26 Boru Profil Birleimlerinin Gme Biimleri ....................................................... 28 Boru Profil Birleimlerinin Tama Gc ............................................................. 30 Boru Profillerin Tek Dzlemli Kafes Kiri Birleimleri ....................................... 31 ii

4.3.1.1 4.3.1.2 4.3.1.3 4.3.1.4 4.3.1.5 4.3.2 4.3.2.1 4.3.2.2 4.3.2.3 5. 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.1.1 5.3.1.2 5.3.1.3 5.3.1.4 5.3.2 5.3.2.1 5.3.2.2 5.3.2.3 5.3.2.4 6.

T ve Y Tipi Birleimler.......................................................................................... 31 X tipi Birleimler ................................................................................................... 34 Boluklu K ve N tipi Birleimler ........................................................................... 37 rten K ve N tipi Birleimler............................................................................. 41 Moment Birleimleri.............................................................................................. 45 Tek Dzlem Kafes Kirilerin zel Birleim Tipleri.............................................. 47 Boru Profillerin Dier Birleimleri........................................................................ 47 Dm Noktas Levhal ya da Balk Elemanna Dorudan Kaynakl I, H veya Kutu Profil Birleimleri ......................................................................................... 48 Boru Profillerin Az Dzletirilmi ve Altrlm Birleimleri ......................... 51 KUTU PROF L B RLE MLER N N TASARIMI ............................................. 53 Kutu Profil Birleimlerinin Yk Tama Kapasitesini Etkileyen Parametreler..... 53 Kutu Profil Birleimlerinin Gme Biimleri ....................................................... 54 Kutu Profil Birleimlerinin Tama Gc ............................................................. 54 Kutu Profillerin Tek Dzlemli Kafes Kiri Birleimleri ....................................... 55 T, Y ve X tipi Birleimler ...................................................................................... 55 Boluklu K ve N tipi Birleimler ........................................................................... 67 rten K ve N tipi Birleimler............................................................................. 71 Moment Birleimleri.............................................................................................. 76 Kutu Profiller iin Tek Dzlemli Kafes Kirilerin zel Birleim Tipleri ............. 78 Kutu Profiller in Tek Dzlemli KT tipi Kafes Kiri Birleimleri.......................... 78 Kutu Profillerin Tek Dzlemli Dm Noktas Levhal ya da Balk Elemanna Dorudan Kaynakl I veya H Profil Birleimleri................................................... 80 Kutu Profillerin Dirsek ekilli Birleimleri........................................................... 82 Kutu Profillerin Elemanl Dirsek ekilli Birleimleri...................................... 84 SONULAR.......................................................................................................... 87

KAYNAKLAR......................................................................................................................... 89 ZGEM .............................................................................................................................. 90

iii

S MGE L STES a Ai AV be be(ov) bep bi bj Ce Cipb CK CK,g CT CT,c CT,t CX CX,c d di e E fa Kaynak kalnl i inci elemann enkesit alan, i = 0, 1, 2, 3 Balk elemannn etkin kesme kuvveti alan rg ubuunun etkin genilii rten kutu profil birleimlerinde rten elemann etkin genilii Etkin kesme zmbalamas genilii i inci kutu profilin dtan da genilii, i = 0, 1, 2, 3 j inci kutu profilin dtan da genilii, j = 0, 1, 2, 3 Kutu ve boru profil birleimleri iin verim faktr Moment aktaran Vierendeel tipi boru profil birleimleri iin verim faktr Boru profillerin rten ve boluklu K ve N tipi birleimleri iin verim faktr Kutu profillerin boluklu K tipi birleimleri iin verim faktr Boru profillerin T ve Y tipi birleimleri iin verim faktr Kutu profillerin basn etkisindeki T ve Y tipi birleimleri iin verim faktr Kutu profillerin ekme etkisindeki T, Y ve X tipi birleimleri iin verim faktr Boru profillerin X tipi birleimleri iin verim faktr Kutu profillerin basn etkisindeki X tipi birleimleri iin verim faktr D ap i inci boru profilin d ap, i = 0, 1, 2, 3 Dmerkezlilik Elastisite modl Boru profillerin dm noktas levhal veya balk elemanna dorudan kaynakl I, H ya da kutu profil birleimlerinde, dm noktas levhasnda, I, H ya da Kutu profilde eksenel ykten oluan normal gerilme fb Boru profillerin dm noktas levhal veya balk elemanna dorudan kaynakl I, H ya da kutu profil birleimlerinde, dm noktas levhasnda, I, H ya da Kutu profilde momentten oluan normal gerilme f(n) f(m) Kutu profillerin balk elemanna paralel dm noktas levhal birleimi hari tm kutu ve boru profil birleimleri iin balk u kuvveti fonksiyonu Kutu profillerin balk elemanna paralel dm noktas levhal birleimi iin balk u kuvveti fonksiyonu fop fr Balk elemannda mevcut yklemeden doan normal gerilme Azaltma faktr iv

fui , fuj fy fyi, fyj f(,g) g g h hi L Mi Mipb M*ipb

Srasyla i ve j elemanlarnn kopma gerilmesi, i,j = 0, 1, 2, 3 Akma gerilmesi Srasyla i ve j elemanlarnn akma gerilmesi, i, j = 0, 1, 2, 3 Boluk rtme fonksiyonu Boluklu K, N ve KT tipi birleimlerde, balk eleman yzeyinde, rg ubuklar arasndaki mesafe, boluk Boluk deerinin balk eleman cidar kalnlna oran, g = g / t0 Kutu profiller iin dtan da ykseklik i inci kutu profil iin dtan da ykseklik Kaynak kolu uzunluu i inci elemana etkiyen moment, i = 1, 2, 3 i inci elemann maruz kald moment, i = 1, 2, 3 i inci eleman birleiminin moment tama kapasitesi, i = 1, 2, 3 i inci elemann plastik moment tama kapasitesi i inci elemann moment tama kapasitesi Balk elemannda mevcut yklemeden doan normal gerilmenin balk eleman akma gerilmesine oran, n =f op f yo

Mpl,i Mri n

N*

0

Boru profillerin T, Y ve X tipi birleimlerinin balk elemannda kesme zmbalamas gme biimini esas alarak hesaplanan tama gc

N*

0i

Boru profillerin boluklu K ve N tipi birleimlerde, i inci eleman birleiminin balk elemannda kesme zmbalamas gme biimini esas alarak hesaplanan tama gc, i = 1, 2

N*

1

Kutu profil birleimlerinin balk elemannda oluan gme biimleri esas alnarak hesaplanan tama gc

N*

1T

Boru profillerin T ve Y tipi birleimlerinin balk eleman plastiklemesi gme biimini esas alarak hesaplanan tama gc

N*

1X

Boru profillerin X tipi birleimlerinin balk eleman plastiklemesi gme biimini esas alarak hesaplanan tama gc

Ni N*i

i inci elemana etkiyen eksenel kuvvet, i = 1, 2, 3 Kutu profil birleimlerinin rg ubuklarnda oluan gme biimleri esas

v

alnarak hesaplanan tama gcN*iK

Boru profillerin boluklu K ve N tipi birleimlerinde, i inci eleman birleiminin balk eleman plastiklemesi gme biimini esas alarak hesaplanan tama gc, i = 1, 2 Herhangi bir birleimin karakteristik tama gc Boru profillerin boluklu K ve N tipi birleimlerinin tama gc i inci elemann eksenel yk tama kapasitesi Boru profillerin T tipi birleimlerinin tama gc Boru profillerin X tipi birleimlerinin tama gc Herhangi bir birleimin tama gc rtme yzdesi, Ov = (q/p)x100 rten birleimlerde, rten elemann rtlen elemann olmamas halinde, balk eleman yzeyine birletii burun ve topuk noktalar arasndaki mesafe Kaynak tasarm dayanm rten birleimlerde, rten ve rtlen elemanlarn balk eleman yzeyine birletirilmesi halinde (rten eleman sanal olarak uzatlr), burun noktalar arasnda kalan mesafe Karakteristik yk Boru profil balk elemannn d yarap i inci boru profilin i yarap, i = 1, 2, 3 Etkin kaynak uzunluu Kalnlk iinci elemann cidar kalnl, i = 0, 1, 2, 3 Etkin cidar kalnl Elemana etkiyen kesme kuvveti Etkidii elemanda kayma akmas meydana getiren kuvvet Kutu profil balk elemannn plastik mukavemet momenti (1) Birleimi yaplacak elemana ve birleimde kullanlacak kaynaa ait malzeme gvenlik faktrlerini de ieren boyutsuz bir byklk (2) Dirsek ekilli kutu profil birleimlerinde ( eit olabilecei byklk vi

NK N* Nri N*T K

* NX

N* Ov p

pw q

QK r0 ri' s t ti teff V Vp Z1

Ni Mi + ) deerinin kk ya da N ri M ri

Balk eleman apnn ya da geniliinin rg ubuu ap ya da geniliine oran

=

d 1 b1 d + d 2 b1 + b 2 + h 1 + h 2 , , (T, Y, X), = 1 (K, N) b0 b0 2b 0 4b 0 d0 2t 0

Boru profil balk eleman yarapnn etkalnlna oran, = Malzeme gvenlik katsays Birleim gvenlik katsays Kaynak gvenlik katsays Yk gvenlik katsays rg eleman ile balk eleman arasndaki dar a

M MJ MW S i

vii

KISALTMA L STESCEV CHS EC EN IIW MAW RHS SHS Karbon Edeeri (Carbon Equivalent Value) Dairesel Boluklu Kesitler (Circular Hollow Sections) Eurocode Euronorm Uluslararas Kaynak Enstits (International Institute of Welding) Metal Ark Kayna (Metal Arc Welding) Dikdrtgen Boluklu Kesitler (Rectangular Hollow Sections) Yapsal Boluklu Kesitler (Structural Hollow Sections)

viii

EK L L STES ekil 2.1 ekil 2.2 ekil 2.3 ekil 2.4 ekil 2.5 ekil 2.6 ekil 2.7 ekil 2.8 ekil 2.9 ekil 2.10 ekil 2.11 ekil 2.12 ekil 3.1 ekil 3.2 ekil 3.3 ekil 3.4 ekil 4.1 ekil 4.2 ekil 4.3 ekil 4.4 ekil 4.5 ekil 4.6 ekil 4.7 ekil 4.8 ekil 4.9 ekil 4.10 ekil 4.11 ekil 4.12 ekil 4.13Gaz alt metal ark kayna ..................................................................................... 6 rg eleman ucunda tek dzlemli kesim ve uygulanabilirlik artlar ................. 7 Yntem A iin kesim dzlemlerinin tayini............................................................ 9 Yntem B iin kesim dzlemlerinin tayini, iki kesim ........................................... 9 Yntem B iin kesim dzlemlerinin tayini, kesim ......................................... 10 Profil kesim iin kesiim erisinin belirlenmesi.................................................. 11 Profil kesim iin gerekli ablon alm ............................................................... 12 Yasslatrma eitleri ......................................................................................... 13 Farkl cidar kalnlkl kutu ve boru profiller iin az aza kaynak hazrl ..15 Kutu ve boru profiller iin destek halkas detaylar............................................. 16 Kutu ve boru profillerin kafes kiri birleimleri iin kaynak az hazrlklar .... 17 360 dnen kaynak, 1800 yukar dey kaynak, dey kaynak, yatay kaynak ... 18 Kutu profil birleimlerinde tipik gerilme dalm .............................................. 21 Kutu profiller iin birleim tipleri........................................................................ 23 Saysal rnek iin boluklu kutu profil birleimi................................................. 24 Saysal rnek iin rten boru profil birleimi .................................................. 25 Temel birleim tipleri .......................................................................................... 27 Balk eleman plastiklemesi gme biimi ....................................................... 28 Balk elemannda kesme gme biimi.............................................................. 28 Balk elemannda kesme zmbalamas gme biimi ........................................ 29 rg ubuu etkin genilik gmesi ................................................................... 29 rg ubuu ya da balk elemannda yerel burkulma ......................................... 29 T ve Y tipi birleim ve (4.3) n geerlilik aral artlar .................................. 31f (n ' ) fonksiyonu ............................................................................................... 32 T ve Y tipi birleimler iin verim faktr ........................................................... 33 X tipi birleim ve (4.8) in geerlilik aral artlar ........................................... 34 X tipi birleimler iin verim faktr ................................................................... 35 Dmerkezlilik...................................................................................................... 37 Boluklu K ve N tipi birleim ve (4.10) un geerlilik aral artlar ................ 38

ekil 4.14a Boluklu K ve N tipi birleimler iin g' = 2 olmas halinde verim faktr ........ 39 ekil 4.14b Boluklu K ve N tipi birleimler iin g' = 6 olmas halinde verim faktr ........ 39 ekil 4.14c Boluklu K ve N tipi birleimler iin g' = 10 olmas halinde verim faktr ...... 40ix

ekil 4.15 ekil 4.16 ekil 4.17 ekil 4.18 ekil 4.19 ekil 4.20 ekil 4.21 ekil 4.22 ekil 4.23

Tipik rten K- ve N- tipi birleim ve (4.10) un geerlilik aral artlar ...... 42 Ov deeri ............................................................................................................. 42 rten K ve N tipi birleimler iin verim faktr ............................................. 43 f ( , g ' ) fonksiyonu ............................................................................................. 43 Birleim verimlilii iin limit deerler ............................................................... 45 Tipik Vierendeel Birleimi ................................................................................. 45 Vierendeel birleimleri iin verim faktr ......................................................... 46 Boru Profillerin zel birleimleri I .................................................................. 47 Boru Profillerin zel birleimleri II ................................................................. 48

ekil 4.24a Balk elemanna dik dm noktas levhal birleim ......................................... 49 ekil 4.24b Balk elemanna paralel dm noktas levhal birleim ................................... 49 ekil 4.24c Balk elemanna dorudan kaynakl I, H veya kutu profil birleimleri.............. 49 ekil 4.25 ekil 4.26 ekil 5.1 ekil 5.2 ekil 5.3 ekil 5.4 ekil 5.5 ekil 5.6 ekil 5.7 ekil 5.8 ekil 5.9 ekil 5.10 ekil 5.11 ekil 5.12 ekil 5.13 ekil 5.14 ekil 5.15 ekil 5.16Az dzletirilmi boru profillerin rten K tipi birleimleri iin tama gc deeri .................................................................................................................. 52 Az dzletirilmi boru profillerin rten K tipi birleimi .............................. 52 Balk elemannda cidar burkulmas.................................................................... 54 Tipik K tipi birleim ............................................................................................ 55 Tipik X tipi birleim ............................................................................................ 55 Balk u kuvveti fonksiyonu, f(n) ...................................................................... 57 ekme etkisinde Y tipi birleim .......................................................................... 59 ekme etkisinde bulunan T,Y ve X tipi birleimlere ait verimlilik faktr, CT,t 62 Basn etkisinde Y tipi birleim........................................................................... 63 Basn etkisinde bulunan T ve Y tipi birleimlere ait verimlilik faktr, CT,c .... 64 Basn etkisinde X tipi birleim........................................................................... 65 Basn etkisinde bulunan X tipi birleimlere ait verimlilik faktr, CX,c ............ 65 T, Y ve X tipi birleimler iin rg ubuu etkin genilik gme biimini esas alan birleim verimlilik grafii ............................................................................ 67 Hesap rnei iin boluklu K tipi birleim .......................................................... 70 Boluklu K tipi birleimlere ait verimlilik grafii, CK,g....................................... 71 bi, be, bov ve bp byklklerinin fiziksel anlatm ................................................ 72 Hesap rnei iin ksmi rten K tipi birleim .................................................. 73 Ksmi rten K tipi birleimler iin rg ubuu etkin genilik gme biimini esas alan birleim verimlilik grafii .................................................................... 74

ekil 5.17 Tam rten K tipi birleimler iin rg ubuu etkin genilik gme biiminix

esas alan birleim verimlilik grafii .................................................................... 76

ekil 5.18 ekil 5.19

Tipik Vierendeel birleimi ................................................................................... 77 KT tipi birleim rnekleri .................................................................................... 79 fonksiyonu, f(m) .................................................................................................. 82

ekil 5.20 Balk elemanna paralel dm noktas levhal birleim iin u kuvveti ekil 5.21 ekil 5.22 ekil 5.23 ekil 5.24 ekil 5.25 ekil 5.26Dirsek ekilli birleimlerin tekili........................................................................ 83 Malzemeli ekseninde eilmeye maruz kutu profillerin dirsek ekilli birleimleri iin gerilme azaltma faktr ................................................................................ 83 Malzemesiz ekseninde eilmeye maruz kutu profillerin dirsek ekilli birleimleri iin gerilme azaltma faktr ................................................................................ 84 Bir Pratt makasnda profilli dirsek ekilli birleim ......................................... 85 elemanl dirsek ekilli birleimin rten K tipi birleime benzetirilmesi ... 85 Hesap rnei iin profilli dirsek ekilli birleim............................................. 86

xi

ZELGE L STESizelge 2.1 Kutu ve boru profiller iin kimyasal bileim ve CEV ........................................... 4 izelge 2.2 Destek halkasz az aza balantlar .................................................................. 14 izelge 2.3 Destek halkal az aza balantlar .................................................................... 15 izelge 3.1 Tama gc esasna gre kaynak kalnlklar ..................................................... 19 izelge 3.2 Kaynak tasarm dayanm .................................................................................... 20 izelge 3.3 Azaltma faktr ................................................................................................... 20 izelge 3.4 Farkl akma gerilmeleri iin minimum kaynak kalnlklar ................................. 22 izelge 4.1 Dm noktas levhal ya da balk elemanna dorudan kaynakl I, H veya kutu profil iin tama gc formlleri ........................................................................ 50 izelge 4.2 Az dzletirilmi boru profil birleim deneylerinde denenen ebat ve parmetreler ........................................................................................................... 51 izelge 5.1 T, Y ve X tipi birleimler iin tama gc deerleri .......................................... 56 izelge 5.2 fk, fkn, be, bep, Av ve deerleri............................................................................ 58 izelge 5.3 Balk elemannn kare enkesitli olmas hali iin birleim tiplerine gre ilgili formllerin geerlilik aral................................................................................ 60 izelge 5.4 Balk elemannn dikdrtgen enkesitli olmas hali iin birleim tiplerine gre ilgili formllerin geerlilik aral ....................................................................... 61 izelge 5.5 Boluklu K ve N tipi birleimler iin tama gc deerleri ............................... 69 izelge 5.6 rten K ve N tipi birleimler iin tama gc deerleri ................................. 72 izelge 5.7 Dzlem iinde momente maruz T ve X tipi birleimler iin tama gc deerleri ............................................................................................................... 77 izelge 5.8 Dzlem iinde momente maruz T ve X tipi birleimlerin izelge 5.7 ye gre hesab iin geerlilik aral koullar.................................................................. 78 izelge 5.9 rten KT tipi birleimler iin tama gc deerleri ....................................... 80 izelge 5.10 izelge 5.11 iin geerlilik aral koullar........................................................ 80 izelge 5.11 Kutu profillerin dm noktas levhal ya da balk elemanna dorudan kaynakl I veya H profil birleimleri iin tama gc deerleri........................................ 81

xii

NSZlkemizde inaat sektrnn birok dalnda olduu gibi projecilik blmnde de tamamen bilimsel aratrmalara dayanan, uygulanabilirlii konusunda defalarca fikir alveriinde bulunulan almalar olduu gibi sezgiye dayanan, proje konusuyla ilgili aratrmalarla tesadfen ilikisi olan almalar da bulunmaktadr. Seri retim ve dk maliyet esas alnarak yaplan projecilie bal kalnmann neticesi olarak ortaya kan ve devam eden bu durum projecinin ancak artname ve ynetmeliklerde yer alan hkmlere mmkn olduunca riayet etmesine imkan vermektedir. Bununla birlikte zellikle elik yaplarla ilgili konular, yaptrm nitelii olan yaynlarda yeterince yer almamaktadr. Kapal enkesitli ince cidarl profil birleimleri de artname ve ynetmeliklerimizde henz yerini tam manasyla almam konulardan biridir. Fakat bu tip profiller zellikle kafes kiri yapmnda yer alarak byk aklklarn geilmesinde kullanlmaktadrlar. Ayrca son yllarda mimarlar tarafndan sade birleimlere sahip olmak kouluyla, bu tip profiller kullanlarak imal edilen elik yap elemanlar, yapnn birer grsel esi olarak da sunulmak istenmektedir. Konu seiminde, bu konunun elik yap projeciliinde karlalan fakat artname ve ynetmeliklerce yeterince akla kavuturulmam olmasnn ve kutu ve boru profillerin elik yaplarda daha sk kullanlmasnn etkisi byktr. Bu alma hazrlanrken yararlanlan kaynaklarn bu konuda daha ileri gitmek isteyen okuyuculara faydas olaca inancndaym. Bu almada yazlan her kelimeyi titizlikle inceleyen, ynlendirme ve uyarlaryla srekli yardmc olan tez hocam sayn Prof. A. Zafer ZTRK e teekkr bir bor bilirim.

xiii

NCE C DARLI KAPALI ENKES TL UBUKLARDAN OLUAN S STEMLER N DM NOKTASI B RLE MLER N N NCELENMESFevzi Frat BOZACI naat Mhendislii, Yksek Lisans Tezi nce cidarl kapal enkesitli profillerle (kutu ve boru profiller) tekil edilen elik yap elemanlarnn tasarmndan montajna uzanan srecin tm aamalarnda, uygulanacak birleim tiplerinin hayati fonksiyonu vardr. Seilen birleim tipi birleimi yaplan profillerin tabi tutulaca ilemlerin belirlenmesinde ve birleimin dayanmnda en nemli etkendir. Bu almada kutu ve boru profil birleimlerinin u hazrl, birleimlerin tekilinde en sk kullanlan birleim arac kaynak ve balca birleim tipleri iin dayanm hesab incelenmitir. Birleimlerin dayanm hesab, kaynak yeterlilii ve zmbalama, plastikleme gibi gme biimlerinin tahkiki eklinde ele alnmtr. Kutu ve boru profiller yk etkisinde farkl davran ortaya koyduklarndan, birleim tipleri dayanm formlleri ayr balklar altnda yer almaktadr. Birleim dayanmn ifade eden formllerin yan sra, n boyutlama aamasnda tasarmcya hz kazandran birleim verimlilik faktr kullanlarak dayanm hesab ayrca ifade edilmitir. Birleimlerin gerek dayanm gerekse iilik ykn azaltmak bakmndan sahip olmas gereken malzeme kalitesi, geli as, genilik/cidar kalnl, ap/cidar kalnl gibi parametreler incelenmi ve birleim tiplerinin birbiriyle mukayesesi yaplmtr. Seilen birleim tipinin tekilinde gerekli u ve kaynak az hazrlklar ve bu hazrlklar esnasnda uygulanan metodlara yer verilmitir.

Anahtar Kelimeler: Kutu ve boru profiller, birleim tipleri, u ve kaynak az hazrl, birleim dayanm

xiv

RESEARCH of JOINTS in STRUCTURES with THIN WALLED CLOSED CROSS-SECTION MEMBERSFevzi Frat BOZACI Civil Engineering, M.Sc. Thesis Joint types have vital role in process from design to mounting of steel structure members consist of thin walled closed cross-section profiles (Rectangular and circular hollow sections). The most important factor for fabrication procedure and capacity of connection is joint type. In this study, end fittings of rectangular and circular hollow sections, weld commonly used on structurel hollow section joints as a connecting equipment and capacity calculation of main joint types were researched. Calculation of joints was approached by inspection-analysis of weld sufficiency and checking failure modes such as punching and plastification of chord. Capacity formulae of joint types for rectangular and circular hollow sections were evaluated under seperate sections because of dissimilar behaviour under loading. Additionally, joint efficiency factors, which make fast design possible in preliminary phase, are given for main joint types. Parameters such as material quality, angle between bracings and chord, width to wall thickness ratio, diameter to wall thickness ratio were investigated and joint types were compared with each other. End fittings and welding preparations necessary for constituting joints were explained.

Key Words: Rectangular and circular hollow sections, joint types, end fittings and welding preparations, capacity of joints

xv

1

1.

GR

elik yaplarda; I, H, U, L enkesitli hadde profilleri uzun sredir yaygn olarak kullanlagelmektedir. Gnmzde ise kapal enkesitli ince cidarl (Kutu ve boru enkesitli) profiller de elik yap elemanlar olarak hadde profilleri yannda yerini almtr. Bu tip profiller dayanm/arlk oranlarnn yksek oluu, her iki eksene gre byk atalet yarap, d yzeylerinin ak enkesitli profillere gre ortalama %40 daha az oluunun salad daha dk boya maliyeti gibi avantajlar sayesinde bu yeri edinmitir. Bununla beraber gelien teknoloji ile birlikte kutu ve boru profillerin daha kolay ve yaygn imal edilebilmesi de bu tip profillerin kullanm sahalarnn artmasnda etkili olmutur. Ancak byk aklklarn geilmesinin zorunlu olduu kapal spor salonlar, havaalan bekleme salonlar gibi yaplarda elik yap elemanlarn gizlemek yerine, birer mimari unsur haline getirmek abasnn bu balamda daha cazip grnme sahip kutu ve boru profillerin uygulamada daha sk yer bulmasnda ayr bir yeri olmutur. Kutu ve boru profillerin elik yap eleman olarak kullanld gnmz yaplarnda, bu tip profillerin, tayc konstrksiyonun bir paras olarak statik bakmdan yeterli olmasnn yan sra, yapnn grsel bakmdan da bir paras olmalar aranr zellikleri haline gelmitir. Bu durum mhendis ve mimarlarn daha etkileimli almasn da beraberinde getirmitir. Bilindii zere zellikle kafes kiri tarznda tekil edilen yap elemanlar birok dm noktas iermektedir ve bu noktalar sklkla dm noktas levhas, guse gibi yardmc paralar kullanlarak oluturulmaktadr. Kullanlan bu ilave paralar artk grsel e haline gelmi kutu ve boru profillerden imal edilen yap elemanlarnda, statik adan gerekli olsa dahi estetik kayglar nedeniyle istenmez. Konstrksiyonu oluturan elemanlar yalnzca kesit tesirlerine gre boyutlandrmak, istenmeyen bu paralarn kullanlmasna neden olabilir. Ancak bu durum birleimlerin daha n tasarm aamasnda detayl bir ekilde hesaplanmas anlamna gelmemeli, bununla birlikte birleim dayanmnda nemli rol oynayan bir takm parametreler gz ard edilmemelidir. Tasarmc ilave paralarn bulunmad sade birleime ulamak iin birleim dayanmn etkileyen faktrleri iyi bilmelidir. Ayrca uygulanmas ekonomik bakmdan zor ve uratrc detaylardan kanmaldr. Bunun iin de kutu ve boru profillerin balca birleim arac olan kayna iyi tanmal, kaynak metodlarn ve kaynak dayanm hesabn, kutu ve boru profillerin hangi u ve kaynak az hazrlk proseslerine tabi tutulduunu bilmelidir. Bu almada kutu ve boru profil birleimlerinin tekili iin gerekli n hazrlklar, bu tip profillerin balca birleim arac olan kaynak, kaynak dayanm hesab ve eksenel yk ve

2 moment etkisindeki balca birleim tipleri incelenmitir. Birleim tipleri grnm itibariyle ayn olmasna karn tekil edildikleri profilin kutu ya da boru enkesitli olmasna bal olarak yk etkisinde farkl davran ortaya koyduklarndan kutu ve boru profiller iin farkl blmlerde incelenmitir. Birleim tiplerinin incelenmesinde; ncelikle her birleim tipi iin birleimin dayanmn veren kesin ifadeler, hemen sonrasnda tasarmcya n boyutlama esnasnda nemli lde hz kazandracak grafik yardmyla hesap ve son olarak saysal uygulamalar hemen her tip iin verilmitir. Saysal uygulamalarda seilen kesitler ve ykleme tiplerinin pratikte karlalan nitelikte olmasna gayret edilmitir. Sonu olarak, elik yaplarda mimari unsur haline gelmi kutu ve boru enkesitli profillerin birleimlerinin tekili ncesindeki hazrlk prosesleri, balca birleim tipleri iin dayanm hesab esaslar ve saysal uygulamalar bu almann kapsamnda yer almaktadr. Bu sayede tasarmcnn, gerek hesap gerek imalat ncesi gerekse imalat aamalarn gz nnde bulundurarak tekil edecei konstrksiyonda kullanaca profil ve birleim tipine karar verme srecine k tutulmaya allmtr.

3

2.

KUTU ve BORU PROF L B RLE MLER NDE KAYNAK

Is etkisinde ayn veya benzer alaml metallerin birletirilmesine kaynak denir. Kaynak esnasnda metaller ergime derecelerine kadar stlarak sv kvama getirilir veya stma kzl dereceye ulalncaya kadar yaplr ve plastik kvam elde edilir. Bu birletirme ve stma ilemleri srasnda, baz kaynaklama metodlarnda birletirilen metallerle ayn ya da benzer kimyasal ierie sahip ilave metal kullanlr, baz metodlarda ise kullanlmaz. Gnmz uygulamalarnda ilave metalin yer ald kaynaklama metodlar yaygn olarak kullanlmaktadr. Kapal enkesitli ince cidarl profillerin (kutu ve boru profiller) kaynakl birleimlerinde doru kaynak metodunun seimi kadar kaynaklanabilirlik, birleimi oluturan elemanlarn u ve kaynak az hazrl ile kaynak pozisyonlar ve sras da nem arz eden faktrlerdir.

2.1

Kaynaklanabilirlik

eliin kaynaklanabilirlii, bilinen bir kaynaklama teknii ile metalik bir birleimin oluturulabilmesi demektir. Bununla birlikte, kaynaklanabilirlik terimi malzeme baznda ele alndnda, kaynaa uygunluk anlamna gelmektedir. Temelde, elik snflarnn kimyasal bileimleri eliin kaynaklanabilirliini belirler. Kutu ve boru profiller dk alaml ve yksek alaml (ince taneli elik) elikten imal edilmektedirler. Dk alaml elikten imal edilen profiller dayanmlarnn azalmamas iin sl ileme tabi tutulmazlar ayn zamanda ok dk oranda alam maddesi ierdiklerinden kaynaklama iin zel tedbirler alnmasna da gerek yoktur. Bu tip eliklerin kaynaklanabilirlii daha ok karbon ieriklerine ve az da olsa ihtiva ettikleri slfr, fosfor ve nitrojen miktarna baldr. Yksek alaml elikler dk alaml eliklere oranla kaynaa daha uygundur. Bu tr eliklerin bnyelerinde karbonun yan sra mangan, silikon, vanadyum, alminyum, titanyum, krom, nikel ve molibdenyum da bulunmaktadr. Dk karbon oran ( %0.2) ve gevrek krlmay nleyen ince taneli yaps, yksek alaml eliklerin kaynaklanabilirliini arttran faktrlerdir. Pratikte bir elik tipi iin kaynaklanabilirliin seici kriteri Karbon Edeeri (Carbon Equivalent Value, CEV) dir. Hesaplanmas olduka kolay ve kullanl olan bu deer, Uluslararas Kaynak Enstits (IIW) tarafndan aadaki ifade ile formlze edilmitir: CEV = C +

Mn Cn + Mo + V Ni + Cu + + 6 5 15

(2.1)

Bu formlde C, Mn, Cn, Mo, V, Ni ve Cu srasyla karbon, mangan, silikon, molibdenyum,

4 vanadyum, nikel ve bakr elementlerinin hesaplanacak elik tipindeki miktarlarn yzde cinsinden ifade etmektedir. CEV ne kadar dk olursa bu elik tipinin kaynaklanabilirlii o mertebede yksek olur. izelge 2.1de kutu ve boru profil reticisi bir firmann souk ve scak hadde mamullerine ait kimyasal bileimi ve karbon edeeri yer almaktadr. zellikle Avrupada uygulanan standartlarda CEVe snrlamalar getirilmitir. Bu standartlarda CEV iin maksimum deer %0.54 olarak belirlenmitir. unu belirtmek gerekir ki CEV in yalnzca kaynaklanabilirlii belli bir seviyede tutabilmek iin deil ayn zamanda n stma ileminden kanmak iin de standartlarda belirtilen maksimum deerin altnda olmas gerekir. Bilindii gibi n stma souk atlak oluumunu engelleyen fakat zellikle profillerin geometrisinin deiimine neden olmas ve yksek maliyeti sebebiyle pratikte ska uygulanmayan bir ilemdir. izelge 2.1 Kutu ve boru profiller iin kimyasal bileim ve CEV (Corus Tubes, SHS Welding)Souk Hadde Mamulleri Spesifikasyon C %maks Si %maks Mn %maks P %maks S %maks Ni %maks CEV % t16 Strongbox 235 (EN 10219) 0.170 1.400 0.045 0.045 0.009 0.350 Hybox 355 (EN 10219) 0.220 0.550 1.600 0.035 0.035 0.450 Souk Hadde Mamulleri Celcius 275 (EN 10210) 0.200 1.500 0.035 0.035 0.410 Celcius 355 (EN 10210) 0.220 0.550 1.600 0.035 0.035 0.450

2.2

Kutu ve Boru Profil Birleimlerinde Kaynak Yntemleri

Ergitme kayna kutu ve boru profil birleimlerinde kullanlan en yaygn yntemdir. Bu yntem metal ark kayna, otojen kaynak, elektrik diren kayna, elektrik n demeti ve plazma olmak zere be farkl ekilde tatbik edilir. Kutu ve boru profil birleimlerinde bu be uygulamadan en ok kullanlan metal ark kaynadr. Metal ark kayna (MAW) kutu ve boru profiller iin arlkl olarak ekilde uygulanr. Standart Elektrik Ark Kayna (Elektrod Kayna) Ak Merkezli Ark Kayna Gaz Alt Metal Ark Kayna Bu metodlarn dnda, zellikle ak deniz yaplar gibi zel uygulama alanlarnda, deniz alt

5 ark kayna da kullanlr. Bu metodlarda kaynaklama kaynak ekipman ve makinalar dikkate alnarak ayr ekilde; elle, yar otomatik ve tam otomatik yaplr. Yaygn olarak, elle ve yar otomatik yaplan kaynak metodlar uygulanmaktadr. Standart elektrik ark kayna, hem sahada hem atelyede elle yaplan bir kaynak metodudur. zellikle ya da daha fazla kutu ya da boru profilin birleiminde, yar otomatik veya otomatik yaplan kaynaklama metodlarnn uygulanmasnn hemen hemen imkansz olduu durumlarda tercih edilir. Uygulamas dier yntemlere gre ucuz fakat yava bir metoddur. Bu yntem, kaynaknn el becerisi kaynan kalitesinde belirgin bir rol oynadndan, belli bir kaynaklama eitimi alm sertifikal kaynaklar tarafndan tatbik edilmelidir. Standart elektrik ark kayna uygulamalarnda bir dier nemli husus da elektrod seimidir. Farkl elik snflarnn bir arada kullanlmas halinde sadece hidrojen kontroll elektrodlarn kullanlmas gerekir. Elektrodlar muhafaza ederken elektrod imalatlarnn tavsiyelerine uyulmaldr. Hidrojen kontroll bazik elektrodlar iin stma frnlar kullanlr. Bir baka alternatif de dk hidrojen katkl paket vakum elektrodlarnn kullanlmasdr. Ak merkezli ark kayna, kaynak makinas zerindeki bir makaradan beslenen tel elektrodun kullanld yar otomatik bir yntemdir. Tel elektrod bir takm kimyasal maddeler ierir, bu maddeler ark ve erimi metali oksijen ve nitrojenin zararl etkilerinden korurlar. Bu sistem olduka hzl kaynak imalatna imkan vermesine karn byk yatrmlar anlamna gelen pahal ekipmanlara gereksinim duyar. Gaz alt ark kayna da yar otomatik bir yntemdir. Ak merkezli ark kaynandan farkl olarak, bu yntemde kullanlan koruyucu maddeler, elektrod iinde deildir ve ayr bir iletim borusu vastasyla gaz faznda kaynak yerine tanr. Kullanlan gaz argon, helyum gibi metal soygazlardr yahut daha ucuz olan CO2 veya CO2 nin de yer ald bir gaz karmdr (metal aktif gazlar, %80 Argon + %15 CO2 + %5 O2). Dk alaml elikler iin metal aktif gazlar, yksek alaml gazlar iin metal soygazlar koruyucu gaz olarak kullanlrlar. Gaz alt metal ark kaynann balca avantajlar yle sralanabilir. Hzl kaynak sreci sayesinde dk maliyet Kaynan etkilendii evrenin kk olmas Crufun olmay. Cruf olmadndan, crufu kaldrmak iin gerekli sre de ortadan kalkar. Bu avantajlara karlk; fazla ekipman says ve gaz korumasnn bal nedeniyle, zellikle saha uygulamalarnn zorluu bir dezavantaj olarak belirir.

6

ekil 2.1 Gaz alt metal ark kayna (Dutta vd., 1998) 2.3 Kutu ve Boru Profillerin U Hazrl

Kutu ve boru profillerin birleimlerinde birleimin mukavemeti, iiliin kalitesi ve maliyet bakmndan en nemli alma birleen elemanlarn kaynaklama ncesinde yaplan u hazrldr. zellikle boru profil birleimlerinde u hazrl farkl alar ile birleen rg ubuklar iin ayr bir nem kazanmaktadr. at makas, kolon gibi yap elemanlarnn kafes kiri olarak tekili durumunda imalat, paralarn u hazrlklarnn yaplmas ile balar ki bu da ok eitli kesim ilemlerini iermektedir. Kesim ilemi zaman zaman hayli kark kesiim erilerini uygulamak anlamna gelir. Bu durumdan kanmak iin kesim ilemindeki i ykn azaltan yasslatrma ikinci bir u hazrl tipi olarak ortaya kar.

2.3.1 KesimKesim ilemi neticesinde birleen elemanlarn tipine bal olarak amalanan baz u kesimleri dz kare kesim, al kesim, profil kesim ve konik ulu kesimdir. Bu u kesimlerini elde edebilmek iin kutu ve boru profil elemanlarnn u hazrlnda uygulanan kesim yntemleri

7

u ekilde sralanabilir. Testere ile kesim Oksijenli kesim Yiv ama Lazerli kesim Plazma kesimi

ekil 2.2 rg eleman ucunda tek dzlemli kesim ve uygulanabilirlik artlar (Wardenier vd., 1991) 2.3.1.1 Testere ile KesimTestere ile kesim esas olarak kutu profil birleimlerinin kesitii yzeylerdeki gibi tek dzlemli kesimlerin yapld u hazrlklarnda kullanlr. Bu kesimler dz veya al olabilir. Kesme aleti hidrolik beslemeli dairesel testere, ar grup testeresi veya g vergel testeresidir. Boru kesitlerin dorudan birleimi iin profil kesim yapmak gerekir. Birleim yerindeki borularn yaraplarna dayanan ve birden fazla testere ile dzlem kesim ilemi uygulamak suretiyle uygun kesim az elde edilebilir. En basit kesim ilemi tek dzlemli kesimdir. Fakat bu sadece ok kk d1/d0, d2/d0 oranlarnda uygulanabilir. Bu tarz uygulamalar iin ayrca g1 min (t0; t1; t2) ve g2 3 mm

8 koullar gereklenmelidir. Byk d1,2/d0 oranlarnda tek dzlemli kesim byk kaynak boluklarna neden olacaktr. Kaynak boluklarndan yksek maliyet ve birleimin yk tama kapasitesinin azalmas riski nedeniyle kanlr. ekil 2.2 de tek dzlemli kesim yaplmak suretiyle birleimi yaplabilecek boru profillere ait ana eleman ve rg ubuu aplar verilmitir. Tek dzlemli kesimin yaplamad durumlarda profil kesim yaplr. Profil kesim iin iki yntem uygulanr.

Yntem A

ncelikle c deeri hesaplanr (2.2). Eim as ne olursa olsun c sabittir. c deeri vastasyla hesaplanan n noktasndan hareketle n-m ve n-u dorular izilir. Bunlar kesim dzlemini belirler. ki kesimde tamamlandktan sonra keler gerektii gibi dzeltilerek rg elemannn balk yzne oturmas salanr. Dzeltme ilemi i kelerin talanmas, profil aznn talanmas ve kesip karma aamalarn kapsar (ekil 2.3). c= (r1' ) 2 (2r0 (r1' ) 2 ) (2.2)

Yntem B Bu yntem iki ya da kesim iin geerlidir. Gerekli parametreler ve kesim izgileri ekil 2.4 de ifade edilmitir. Bu yntem daha ok d aplar birbirine yakn boru profillerin birbirine kaynaklanmas iin kullanlr. ki kesim iin gerekli parametreler aada ifade edilen denklemler vastasyla hesaplanabilir. h= d0 2

do '2 r1 4

(2.3)

h sin g = arctan ( ' ) r1 + h cos h sin d = arctan ( ' ) r1 h cos

(2.4)

(2.5)

9

ekil 2.3 Yntem A iin kesim dzlemlerinin tayini (Dutta vd., 1998) kesim iin gerekli parametreler aadaki denklemler vastasyla hesaplanabilir. l=

r1'2 (r1' t 1 ) 2

(2.6) (2.7) (2.8)

2 d0 d0 (r1' t 1 ) 2 h= 2 4

h sin g = arctan ( ' ) r1 + h cos l sin h sin d = arctan ( ' ) r1 h cos l sin

(2.9)

ekil 2.4 Yntem B iin kesim dzlemlerinin tayini, iki kesim (Dutta vd., 1998)

10

ekil 2.5 Yntem B iin kesim dzlemlerinin tayini, kesim (Dutta vd., 1998) 2.3.1.2 Oksijenli KesimBu kesim tipi zellikle boru kesitlere uygulanan profil kesim ilemlerinde tatbik edilir. Elle ve otomatik makina ile olmak zere iki trl yaplr. Elle yaplan kesim byk apl kesitlerde ve atelye dnda uygulanr. Otomatik oksijenli kesim atelyede gerekletirilir. Bu tr kesim her trl ap ve eim as kombinasyonuna uygundur.

2.3.1.2.1 Elle Yaplan Oksijenli KesimBu tr kesimde alev kayna elle tutulur ve profil zerindeki kesim izgisini takip eder. Elle yaplan oksijenli kesim iin i dizilimi yledir:

Kesiim erisinin belirlenmesi ablonun hazrlanmas Borunun markalanmas Kesimin yaplmas Kaynak azlarnn yaplmas Talama yoluyla kaynak azlarnn son haline getirilmesiBu dizilimde en nemli madde kesiim erisinin belirlenmesidir. Kesiim erisinin nasl belirlenecei ekil 2.6 da, gerekli ablonun alm ise ekil 2.7 de ifade edilmitir.

11

2.3.1.2.2 Otomatik Oksijenli KesimOtomatik oksijenli kesim adndan anlalaca gibi bir makina vastasyla otomatik olarak yaplr. Otomatik oksijenle kesme aleti reten Mller irketi (Almanya), bu alana manivela dzenei olan bir makineyla balayarak 1950 lerden itibaren nclk etmitir. Gnmzde piyasada da kolayca bulunabilen bilgisayar kontroll oksijenli kesim makinalar bu sahada yerlerini almlardr. Bu tip makinalarla yksek kesim hassasiyeti elde edilebilir, seri imalat yaplabilir. alma prosedr aadaki gibidir:

Birleim elemanlarna ait ap, cidar kalnl, gelme alar ve kaynak az bilgileri makinaya veri olarak girilir. Malzeme biraz stlr. Bu esnada alevli kesici otomatik olarak kesiim izgisinden atk malzemeye doru hareket eder. Oksijenli kesici atk paradan kp verilen kesme erisine girerek kesim ilemine devam eder.

lenen parann 3600 den biraz fazla dndrlmesi ile kesim tamamlanr.

ekil 2.6 Profil kesim iin kesiim erisinin belirlenmesi (Dutta vd., 1998)

12

ekil 2.7 Profil kesim iin gerekli ablon alm (Dutta vd., 1998) 2.3.1.3 Yiv AmaKutu ve boru profil birleimleri bazen, profillerde alan yivlere yerletirilen dm noktas levhalar vastasyla yaplr. Aln levhal ve bayrak levhal birleimler en ok uygulananlardr. Profillerde yiv ama; zel baklarla entikleme, elle yaplan oksijenli kesim, yar otomatik oksijenli kesim, frezeli kesicilerle kesim ve talama yoluyla gerekletirilebilir. Bu yntemlerden elle ve yar otomatik oksijenli kesim dndaki yntemlerden olabildiince kanmak gerekir. Oksijenli kesim elle yaplmak zorunda ise kesinlikle ablon kullanlmaldr.

2.3.1.4 Lazerli KesimLazerli kesim zellikle son on ylda yksek kalitesi, kesin performans, esneklii ve dk fabrikasyon maliyetleri sayesinde nem kazanmtr; fakat halen yaygn olduunu sylemek mmkn deildir. alma prosedr ve kontrol, oksijenli kesim yapan makinalarla hemen hemen ayndr; sadece kesim arac olarak alevin yerini lazer demeti almtr. Lazerli kesiciler et kalnl 16 mm ve daha az olan profilleri sorunsuzca kesebilir. Kesme hznn 10 m/dk civarnda olmas seri imalata imkan verir ancak ok yksek yatrm maliyetleri nedeniyle, orta ve kk lekli iletmeler bu metodu benimsememilerdir.

2.3.1.5 Plazma KesimiPlazma kesiminde youn elektrik arkyla stlm bir gaz (Ar, N2) veya gaz karm (Ar+N2, H2+ N2) kullanlr. Gaz ince bir akm ve yksek hzla ilenen paraya arpar. Yksek enerji younluundan dolay kesim dier metodlardan daha hzl yaplr ve ou zaman elemanda arplma bklme olmadan kesim gerekletirilebilir. Kesim kalitesi et kalnl 4 ile 35 mm

13 arasndayken olduka iyidir. Kk, tanabilir ve yksek kesim kapasitesine sahip makinalar piyasada bulunabilir.

2.3.2 YasslatrmaPahal ve karmak kesim erileri boyunca kesim yapmay gerektiren durumlarda tercih edilir. Yasslatrma ilemi aktarlan yk deerlerinin dk olduu tali elemanlarda yaplr. Kutu profillerde yaygn bir uygulama deildir.

ekil 2.8 Yasslatrma eitleri (Wardenier vd., 1991)Yasslatrma scak veya souk artlarda yaplabilir. Scak yasslatrmada sadece yasslatrlacak blge 7500 ile 9000 aras bir scakla kadar stlr. Istma ilemi elektrik, oksiasetilen alev makinas veya btan ve propan yanclar ile gerekletirilebilir. Souk yasslatrma pratik ve ekonomik olmas sayesinde daha sk uygulanan bir metod olmutur. Souk yasslatrma srasnda malzeme plastik deformasyona urar ve atlaklara yol aan enine ve boyuna deformasyonlar oluur. atlaklar en byk uzamann olutuu dvlen kelerde oluur. Bu noktalarda kaynak yaplmaz. Atelye imkanlarna ve istenilen birleimin tama gcne bal olarak konik ulu yasslatrma, tam yasslatrma, oyuklu kalpla yasslatrma ve ksmi yasslatrma uygulanabilir. En ok uygulanan yntem olan oyuklu kalpl yasslatrma da ilem boru kesitin aamal yasslamasn salayan iki oyuklu kalpl bir pres yardmyla yaplr. Gei blgesinin uzunluu genelde 2d ye eit yaplr. Bu tr yasslatrma dier yasslatrma yntemlerine gre statik bakmdan daha uygundur.

2.4

Kutu ve Boru Profillerde Kaynak Az Hazrl

Kutu ve boru profillerin kaynakl birleimlerinde, birleen elemanlarn dm noktasna geli alarna ve et kalnlklarna gre farkl kaynak az hazrl yaplr. Kaynak az, birleimde kaynak yaplmasna imkan salayacak boluun oluturulmas iin vazgeilmez bir aratr.

14 Kaynak az tiplerini, az aza birleimler ve kafes kiri birleimleri balklar altnda incelemek mmkndr.

2.4.1 Az Aza BirleimlerKutu ve boru profiller iin az aza birleimler genellikle kt kaynak ile yaplr. Temel olarak durum sz konusudur.

nce cidarl profillerin birleimi; eleman ularnda kaynak az hazrl yaplmaz

Kaln cidarl profillerin birleimi; eleman ular kaynak az iin pahlanr Pahlanacak kenarlar iten bir halka ile desteklenir bu sayede hem kaynan svyken ak nlenir hem de birleen elemanlar hizalanrYukarda sralanan bu birleim destek halkasndan faydalanlarak daha salkl tekil edilebilir. Destek halkasz az aza birleimler izelge 2.2 de, destek halkal az aza birleimler izelge 2.3 de ifade edilmektedir. Zaman zaman birleen elemanlarnn cidar kalnlklar farkl olabilmektedir. Bu duruma ilikin kaynak az hazrlklar da ekil 2.9 da verilmitir. izelge 2.2 Destek halkasz az aza balantlar (Dutta vd., 1998)

15

izelge 2.3 Destek Halkal az aza balantlar (Dutta vd., 1998)

ekil 2.9 Farkl cidar kalnlkl kutu ve boru profiller iin az aza kaynak hazrl (Dutta vd., 1998)

16

ekil 2.10 Kutu ve boru profiller iin destek halkas detaylar (Dutta vd., 1998)

2.4.2 Kafes Kiri BirleimleriKaynakl kafes kiri birleimlerinde ke kaynak ve kt kaynak-ke kaynak kombinasyonlar uygulanabilir. Kaynak tipi seimi daha nce de belirtildii gibi birleen elemanlarn dm noktasna geli alarna ve cidar kalnlklarna baldr. Kutu ve boru profiller iin ke ve kt kaynak uygulamalarna ait kaynak az hazrlklar ekil 2.11 de verilmitir. Topuk blgesinde uygun kaynak penetrasyonunun salanabilmesi iin rg elemannn geli asnn 300 den daha kk olmamas gerekir. Genelde kullanlan kaynak i bkey, d bkey veya dz biimlerde tekil edilebilen ke kaynaktr. Bu noktada unu belirtelim; kaynan ana metale daha aamal bir gei yapmas bakmndan i bkey tekil edilmi kaynaklarda daha iyi bir yorulma davran gzlenmitir.

2.5

Kaynak Pozisyonlar ve Sralar

Kaynakta oluan kalc gerilmeler ve deformasyonlar doru kaynak pozisyonu ve sras ile en aza indirilebilir. Bunu iin zellikle u noktalara dikkat edilmelidir:

Kaynak kutu profil kesi banda ve sonunda balamamaldr Kk et kalnlklar iin ok pasolu kaynaktan kanlmaldr Kaynak dikiinin biti ve balama pozisyonlar iki boru profil arasnda kalan burun ksmnda yer almamaldr ok pasolu kaynaklarda herhangi bir kaynak pasosunun biti ve balama noktas bir sonraki kaynak pasosunun biti ve balama noktasna rastlamamaldr.

17

ekil 2.11 Kutu ve boru profillerin kafes kiri birleimleri iin kaynak az hazrlklar (Dutta vd., 1998)Birleimi oluturan elemanlarn pozisyonlarna ve hareket yeteneklerine bal drt eit kaynak pozisyonu vardr. 1. 3600 dnen kaynak. Kesit 3600 dndrlrken elektrod sabittir. 2. 1800 yukar dey kaynak. zellikle kafes kiri yapmnda uygulanr. Kaynaklama ncelikle boru profiller iin st yarm dairenin evresinde, kutu profiller iin st yzde

18 ve yan cidarlarda yaplr daha sonra kalan ksmlar kafes kiri 1800 dndrldkten sonra tamamlanr. 3. Dey kaynak. Bu pozisyon sadece kutu ve boru profillerin hareket edemedii durumlarda kullanlr. 4. Yatay kaynak. Bu pozisyon birleen elemanlarn dey olduu ve hareket edemedii durumlarda kullanlr. Eer paralar yataysa kaynaklama dey pozisyonda yaplr.

(a)

(b)

(c)

(d)

ekil 2.12 a)360 dnen kaynak, b)1800 yukar dey kaynak, c)dey kaynak, d)yatay kaynak (Dutta vd., 1998)

19

3.

KUTU ve BORU PROF L B RLE MLER NDE KAYNAK TASARIMI

Kaynak, kutu ve boru profillerin birleimlerinde en yaygn kullanlan aratr. Bu aracn tasarmnda birleimde kullanlan kaynak malzemesinin mekanik zellikleri ve birleimin mukavemeti, birleimi tekil edilecek profillerin mekanik zelliklerinden ve mukavemetinden dk olmamaldr. Kutu ve boru profillerin kaynakl birleimlerindeki kaynak tasarm bu esasa dayanr.

3.1

Ke Kaynak Tasarm

Ke kaynak kullanlarak tekil edilen bir kutu veya boru profil birleiminde; EC 3 e gre ke kaynan tasarm dayanm, birleimi yaplan elemann tasarm dayanmndan dk olmamaldr. Yine EC 3 e gre bu koul, kaynak kalnl izelge 3.1 de verilen kullanlarak gerekletirilebilir. izelge 3.1 kutu ve boru profil retimi yapan bir firmann kendi rnlerinin kullanlmas durumunda EC 3 e gre birleimde tekil edilecek kaynak kalnln vermektedir. Tabloda yer alan katsays birleimi yaplacak elemana ve kaynaa ait malzeme gvenlik faktrlerini de ieren boyutsuz bir byklktr. Bu tablo vastasyla, balang iin emniyetli bir kaynak kalnl tespit edilebilir. izelge 3.1 Tama gc esasna gre kaynak kalnlklar (Corus Tubes, SHS Welding)Minimum Kaynak Kalnl a (mm) 0.87 t 1.01 t 0.84 t 1.01 t Minimum Kaynak Kalnl a (mm)x

t

arpmna eit alnarak ve ekme ve akma dayanm bakmndan ana metale edeer elektrod

elik Snf Celcius 275 Celcius 355 Strongbox 235 Hybox 355

t t 0.91 t 1.09 t0.94 1.09

=

1 .1 MJ

x

MW 1.25

=

1 .1 1 .1

x

1.35 = 1.08 1.25

(3.1)

Bir ke kaynan tasarm kapasitesi birletirilecek yzeyler arasndaki ann 30 ila 120 arasnda olmas durumunda (3.2) ile hesaplanr. Kaynak tasarm kapasitesi = pw x a x s (3.2)

Birletirilecek yzeyler arasndaki ann 120 den byk olmas halinde tam penetrasyonlu

20 kt kaynak kullanlmal, 30 den kk olmas halinde ise kaynan yeterlilii deney ile gsterilmelidir. Kaynak tasarm dayanm, pw (N/mm2), elik snf ve EN 499 uyarnca imal edilen elektrod cinslerine gre izelge 3.2 de verilmitir. izelge 3.2 Kaynak tasarm dayanm (Corus Tubes, SHS Welding)

Kaynak kalnl, kaynak kolu uzunluu (L) ayn olduu halde birletirilecek yzeyler arasndaki aya bal olarak deikenlik gsterir (izelge 3.3). Ann 30 ila 120 arasnda olmas durumunda kaynak kalnl, kaynak kolu uzunluunun bir azaltma faktr, fr, ile arpmna eittir ( 3.3). Azaltma faktr deerleri izelge 3.3 de yer almaktadr.a

= fr x L izelge 3.3 Azaltma faktr (Corus Tubes, SHS Welding)

(3.3)

Kaynak tasarm kapasitesinin hesaplanmasnda olduka belirleyici olan etkin kaynak uzunluunun doru tespiti u iki noktaya baldr: 1) Kesiim erisinin gerek uzunluu: Bu deer birleimi yaplacak elemanlar arasndaki aya ve elemanlarn tipine baldr. Birleimler genelde dar al tekil edildiklerinden

21 birleen profilin evre uzunluundan daha byk bir uzunlukta kaynak dikii elde edilir. 2) Kesiim erisinin gerek uzunluunun etkinlii: Kutu ve boru profillerin kaynakl birleimlerinde kaynaklanan yzeyler genellikle incedir. Bu durum kaynaklanan yzeylerde bir miktar deformasyona neden olur, oluan bu deformasyon da birleen ubuun zerindeki yk birleimdeki kaynaa, kaynak uzunluu boyunca deien deerlerde aktarmasna sebep olur. Baka bir deyile birleimdeki kaynan her noktas ayn yke maruz kalmaz, farkl noktalardaki yk deerleri farkldr. zellikle kutu profillerin kaynakl birleimlerinde bu durum belirgindir, boru profillerin kaynakl birleimleri iin ihmal edilebilir.

ekil 3.1 Kutu profil birleimlerinde tipik gerilme dalm (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints) 3.1.1 Boru Profil Birleimleri

Boru profillerden tekil edilen bir birleimde gerekli kaynak kalnl (3.5) den elde edilen etkin cidar kalnl deerinin katsaysyla arplmas sonucu bulunan deerdir. Formlde ubuun aktaraca kuvvet, birleimin aktaraca kuvvete eit alnmtr. Bu yaklamla yaplan hesap, birleim kapasitesi metodu adn alr. Nbirleim = Neleman = x t x (d-t) x fy / 103 (3.4)

d / t 20 olduundan (d-t) = 0.95d alnabilir. Bu kabulle etkin cidar kalnl aadaki formlle bulunabilir. Ayrca teff EC3e gre d/50 deerinden kk olamaz. teff =

335N eleman N eleman 103 = 0.95df y df y

(3.5)

Kaynak kalnlklar (3.5) e gre hesap yaplmas durumunda, bir retici firmann farkl akma

22 gerilmesine sahip rnleri iin izelge 3.4 de yer almaktadr.

izelge 3.4 Farkl akma gerilmeleri iin minimum kaynak kalnlklar (Corus Tubes, SHS Welding)

3.1.2 Kutu Profil BirleimleriDaha nce belirtildii gibi kutu profil birleimlerinde kesiim erisinin gerek uzunluunun etkinlii birleimin tama kapasitesi zerinde olduka belirleyicidir. Etkin kesiim erisi uzunluu (s) farkl tipteki birleimler iin farkldr. Boluklu K ve N tipi birleimler iin etkin kesiim erisi uzunluu aadaki formller ile hesaplanabilir. i 60 o iin s = [(2h i / sin i ) + b i ] i 50 o iin s = [(2h i / sin i ) + 2b i ]

(3.6) (3.7)

50 ila 60 arasndaki a deerleri iin lineer interpolasyon yaplabilir. rten (boluksuz) K ve N tipi birleimlerde rten eleman iin etkin kesiim erisi uzunluu aadaki formllerde verilmitir (Birleim tipleri iin ekil 4.1 e baknz). Ov 80 iin 80 > Ov 50 iin 50 > Ov 25 iin be(ov) = min ( 10f yj t j (b j / t j )f yi t i 10f y 0 t 0 (b 0 / t 0 )f yi t i s = 2hi + bi + be(ov) s = 2hi + be + be(ov) s = (Ov/50)2hi + be + be(ov) , bi ) (3.8) (3.9) (3.10) (3.11)

be = min (

, bi )

(3.12) (3.13)

Ov = (q x sin i /hi) x 100

23 rtlen eleman iin etkin kesiim erisi uzunluu ise aadaki formlde verilmitir. srtlen = min[( srten(hj + bj) / (hi + bi); 2(hj / sin j + bj)- bi)] (3.14)

ekil 3.2 Kutu profiller iin birleim tipleriT, Y ve X tipi birleimler iin biraz da gvenli tarafta kalnarak (3.15) ile etkin kesiim erisi uzunluu hesaplanr. s = [2h i / sin i ] (3.15)

Birleimin kaynak dizayn kapasitesi, uygun forml vastasyla etkin kesiim erisi uzunluu bulunduktan sonra (3.2) ile hesaplanr.

3.1.3

Saysal rneklerBoluklu N tipi birleimi

elik snf: Balk eleman:

S 355 J2H 200x200x8

rg eleman (basn):150x100x5 rg eleman (ekme): 120x80x5

24

ekil 3.3 Saysal rnek iin boluklu kutu profil birleimi (Corus Tubes, SHS Welding)Basn rg eleman iin izelge 3.1 kullanlarak; aa

= 1.09t = 5.5 mm

bulunur. Eleman zerindeki yk dnlerek etkin kesiim erisi uzunluu, s; i 60 o iin s = [(2h i / sin i ) + b i ] = 2x100/sin90 + 150 = 350

bulunur. Kaynak kalnl, a ise;a

= Nbirleim / (pw x s) = 380000 / (250x350) = 4.3 mm

bulunur. Bu iki deerden kk olan birleime etkiyen ykn aktarlabilmesi iin gerekli kaynak kalnlna eittir. ekme rg eleman iin izelge 3.1 kullanlarak;a

= 1.09t = 5.5 mm

bulunur. Eleman zerindeki yk dnlerek etkin kesiim erisi uzunluu, s; i 50 o iin s = [(2h i / sin i ) + 2b i ] = 2x80 / sin40 + 2x120 = 489 mm

bulunur. Kaynak kalnl, a ise;a

= Nbirleim / (pw x s) = 590000 / (250x489) = 4.8 mm

bulunur. Bu iki deerden kk olan birleime etkiyen ykn aktarlabilmesi iin gerekli kaynak kalnlna eittir. rten boru profil birleimi elik snf: rg eleman(basn): S 275 J2H 193.7 x 5.0 Balk eleman: rg eleman(ekme): 273 x 8.0 168.3 x 5.0

25 Basn rg eleman iin izelge 3.1 kullanlarak;a

= 0.94t = 4.7 mm

bulunur. Birleim kapasitesi metodu ile; teff = (1.22 x Nbirleim) / d = (1.22 x 460) / 193.7 = 2.90 mm < d/50 = 3.87a

= x teff = 0.94 x 3.87 = 3.64 mm

bulunur. Bu iki deerden kk olan birleime etkiyen ykn aktarlabilmesi iin gerekli kaynak kalnlna eittir.

ekil 3.4 Saysal rnek iin rten boru profil birleimi (Corus Tubes, SHS Welding)ekme rg eleman iin izelge 3.1 kullanlarak;a

= 0.94t = 4.7 mm

bulunur. Birleim kapasitesi metodu ile; teff = (1.22 x Nbirleim) / d = (1.22 x 650) / 168.3 = 4.71 mm < d/50 = 3.37a

= x teff = 0.94 x 4.71 = 4.43 mm

bulunur. Bu iki deerden kk olan birleime etkiyen ykn aktarlabilmesi iin gerekli kaynak kalnlna eittir.

3.2

Kt Kaynak Tasarm

Kutu ve boru profil birleimlerinde kt kaynak tercih edilmesi durumunda tam penetrasyonlu kt kaynak kullanlmaldr. Kaynak ncesi gerekli kaynak az hazrlnn ve uygun elektrod seiminin yaplmas ile elde edilen kaynak dayanm ana metal dayanmna eit alnabilir. Bu durumda rg eleman kapasitesine eit kaynak kapasitesi elde edilir.

26

4.

BORU PROF L B RLE MLER N N TASARIMI

Boru profil konstrksiyonlarnn tasarmnda, uygulanacak birleim tipi henz n tasarm aamasnda gz nnde bulundurulmaldr. Konstrksiyonu oluturan elemanlar yalnzca eleman kesit tesirlerine gre boyutlandrmak, istenmeyen berkitme ve guse levhalarnn kullanlmasna yol aabilir. Ancak bu durum, birleimlerin daha n tasarm aamasnda detayl bir ekilde hesaplanmas anlamna da gelmemelidir. Bu noktada vurgulanmak istenen, birleimin yeterli tama kapasitesine sahip olabilmesi iin, birleime giren elemanlarn aplarnn oran, cidar kalnlklar oran, rg elemanlarnn bindirme mesafesi, gelme alar gibi bir takm parametrelerin kesit seimi esnasnda dikkate alnmasdr. Tasarmn optimizasyonunun mukavemet, stabilite, imalat sresi ve maliyeti, iletme ekonomisi gibi birden fazla faktre bal olduu unutulmamaldr. Kutu ve boru profillerin kaynakl bileimlerinde yk etkisi altnda birleimin davrannn anlalabilmesi iin, yk aknn ve i gerilme dalmnn incelenmesi gerekir. Yk ak ve gerilme dalm, birleimin tipine ve zellikle rg ubuklarnn gelme alarna baldr. Bu iki noktann bilinmesi ayn zamanda gme biimlerinin de belirlenmesini salar. Bu sayede birleimde hangi noktada ve hangi gme biiminin oluaca tespit edilebilir. Gmenin biimi ve yeri tayin edildikten sonra, birleimin yk tama kapasitesi belirlenir.

4.1

Boru Profil Birleimlerinin Yk Tama Kapasitesini Etkileyen Parametreler

Boru profil birleimlerinin yk tama kapasitesi zerinde etkisi olan parametreler temel olarak birleimin (X, Y, T, K, N, vb) ve yklemenin tipine (ekme, basn, moment) baldr. Bu koullara bal olarak farkl gme biimleri oluur (Blm 4.2ye baknz). Tasarm hemen hemen her zaman birbirleri ile uyum iinde olmayan eitli noktalarn optimizasyonundan elde edilir. Birleime bal olarak u noktalara dikkat edilmelidir.

Cidar kalnl az olan elemann dierine balanmas ve epeevre kaynaklanmas,

aksi durumdan her zaman iin daha yksek birleim kapasitesi elde edilmesini salayacaktr. Bir baka deyile, rg ubuklarnn cidar kalnlklarnn balk elemannnkinden az olmas, yksek olmas haline kyasla daha yksek birleim kapasitesi elde edilmesine imkan verir.

Birleimde, rg ubuklarnn rterek balanmas, aralarnda boluk braklarak

balanmasna kyasla daha yksek tama kapasitesi elde edilmesini salar.

27

ekil 4.1 Temel birleim tipleri (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)

Birleimin kapasitesi tm birleim ve ykleme tipleri iin (tam rten birleimler

hari) daha dk apl ve cidar kalnl yksek balk elemanlarnn, geni apl ve dk cidar kalnlkl balk elemanlarna tercih edilmesiyle artar.

Boluklu birleen rg ubuklarnn olduu bir birleimde, tama kapasitesi rg Ksmi rten rg ubuklar ihtiva eden bir birleimin tama kapasitesi rtlen rg

ubuklar apnn balk eleman apna yakn olmasyla artar.

ubuunun ve balk elemannn mmkn olduu kadar kk apl ve yksek cidar kalnlkl olmasyla artar.

Tam rten rg ubuklarnn yer ald birleimlerde rtlen rg ubuunun kk

apta ve yksek cidar kalnlnda olmas birleimin kapasitesini arttrr. Bu tip birleimlerde balk elemannn ap ve cidar kalnl birleimin kapasitesinde etkili deildir. Tekil edilen kafes kirie bal olarak u noktalara dikkat edilmelidir.

Boru profillerden tekil edilmi bir kafes kiriin tm davran ele alndnda, yanal

stabilite vb. zellikle basn balnn yksek apta ve dk cidar kalnlnda olmas baln mukavemetini arttrr.

Balk aplarnn byk seilmesi rg ubuklarnn u hazrl iin gerekli iilii

azaltr.

28

4.2

Boru Profil Birleimlerinin Gme Biimleri

Daha nce de deinildii gibi birleimin ve yklemenin tipine bal olarak eitli gme biimleri ortaya kar. Bu gme biimleri yle sralanabilir.

Balk eleman plastiklemesi (balk eleman yzey deformasyonu): En yaygn gme

biimidir. zellikle bir rg elemannn yer ald ve K ve N tipi birleimlerde rg ubuu apnn balk eleman apna orannn 0.85den kk olmas halinde gme riski artar.

ekil 4.2 Balk eleman plastiklemesi gme biimi (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)

Balk elemannda kesme: Genellikle kritik gme biimi deildir. Eliptik ekil

verilmi ve elipsin odak noktalarn birletiren dorunun dzleme dik olmas halinde eliptik balk elemannn gme riski artar.

ekil 4.3 Balk elemannda kesme gme biimi (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)

Balk elemannda kesme zmbalamas: Bu gme biimi ounlukla birleimin tama

kapasitesinde belirleyici olmaz. Ancak balk eleman apnn cidar kalnlna orannn ok yksek olmas durumunda kritik olabilir.

29

ekil 4.4 Balk elemannda kesme zmbalamas gme biimi (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)

rg ubuu etkin genilik gmesi: Genellikle boluklu rg ubuu birleimlerinde,

balk eleman apnn rg ubuu apna orannn yksek ve balk eleman cidar kalnlnn kk olmas durumunda bu gme biimi oluabilir.

ekil 4.5 rg ubuu etkin genilik gmesi (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)

rg ubuunun ya da balk elemannn yerel burkulmas: Uniform olmayan gerilme

dalm nedeniyle rastlanr. Pek sk rastlanmasa da bu gme biimini bertaraf edebilmek iin berkitme levhalar kullanmak gerekebilir.

ekil 4.6 rg ubuu ya da balk elemannda yerel burkulma (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)Bu gme biimlerinden en ok balk eleman plastiklemesi ve balk elemannda kesme

30 zmbalamas boru profil birleimlerinde meydana gelir ve birleimin tama kapasitesine esas gme biimi olur.

4.3

Boru Profil Birleimlerinin Tama Gc

Bu blmde ele alnan birleimler tama gc esas alnarak incelenmitir. Bilindii gibi tama gc esas, arttrlm karakteristik yklerin (Qk), birleimin tama gcn (N*) amamas prensibine dayanr. Bu durum (4.1) eitsizliinde ifade edilmitir. s x Qk N* (N* = Nk / m )

(4.1)

Gerek IIW (International Institute of Welding) gerekse Eurocode 3 Drafting Committee tarafndan benimsenen boru profillerin tek dzlemli birleimlerinin balk eleman plastiklemesi gme biimini esas alan tama gc deeri (4.2) ile hesaplanabilir.

f y 0 t 0 f (n ' ) N* = Ce A i .f yi f yi t i sin i

(4.2)

Formlde eitliin sol tarafnda yer alan ifade birleimin verimlilii adn alr. Ce deeri verim faktr olarak isimlendirilir. Verim faktr, rg ubuunun birleime gelme asnn 90 olmas, rg ubuu ve balk elemannn ayn cidar kalnl ve akma gerilmesine sahip olmas ve balk elemanna ekme kuvvetinin uygulanmas durumunda [ f (n ' ) = 1 ], birleimin verimliliini ifade eder. Formlden de kolayca anlalaca gibi Ce deeri [0-1] kapal aralnda yer alr. f (n ' ) fonksiyonu balk elemanndaki yke baldr ve basn etkisinde 1 den kk olur. Formlde bulunan dier parametreler fy0, t0, fyi, ti, ve i ise srasyla balk eleman akma gerilmesi ve cidar kalnl ile balk elemanna balanan rg ubuunun akma gerilmesi, cidar kalnl ve birleime gelme asn ifade eder.Forml 4.2 incelendiinde boru profil birleimlerinin tama gcn arttran hususlar yle sralanabilir:

Balk elemanlarnn rg elemanlarna kyasla daha byk akma gerilmesine sahip rg ubuu kalnlnn mmkn olduu kadar ince seilmesi rg ubuunun birleime gelme asnn 90 den farkl olmas, bu nedenle T tipi

malzemeden seilmesi

birleimler yerine K ve N tipi birleimlerin tercih edilmesi Moment aktaran boru profil birleimleri iin durum bir miktar farkl olmakla birlikte temelde ayndr. Bu tarz birleimlerin tama gcn arttran hususlar, eksenel yk aktaran rg ubuklarnn bulunduu birleimlerinkiyle ayndr.

31

4.3.1 Boru Profillerin Tek Dzlemli Kafes Kiri BirleimleriBu blmde eksenel yk etkisindeki rg ubuklarndan oluan tek dzlemli kafes kirilerin balca birleim tiplerine ait tama gc formlleri verilecektir. Daha nce de belirtildii gibi, boru profil birleimlerinin tama gc hesabna esas olan balca iki gme biimi vardr. Bu gme biimleri balk elemannn plastiklemesi ve balk elemannda kesme zmbalamasdr. Verilecek formller bu iki gme biimine dayanr.

4.3.1.1 T ve Y Tipi BirleimlerBu tip birleimler iin tama gc deeri (4.3) de, ilgili semboller, parametreler ve (4.3) n geerlilik aral ise ekil 4.7 de, verilmitir.* N * = min( N * , N 1T ) T 0

(4.3) (4.4)

N* = 0

f y0 3

t 0 d i

1 + sin i 2 sin 2 i

N 1T =

*

2 f y0 t 0

sin 1

(2.8 + 14.2 2 ) 0.2 f (n ' )

(4.5)

Balk elemannda kesme zmbalamas gme biiminin esas olduu tama gc deeri (4.4), balk elemannn plastiklemesi gme biiminin esas olduu tama gc deeri ise (4.5) ile ifade edilmitir. Her iki forml iin de, kaynaklarn balk eleman akma gerilmesine gre boyutlandrlaca kabul edilmitir.

ekil 4.7 de yer alan fop deeri balk elemanndaki mevcut eksenel yk veya eilmemomentinden kaynaklanan normal gerilmeyi ifade etmektedir.

ekil 4.7 Tipik T- ve Y- tipi birleim ve (4.3) n geerlilik aral artlar (Wardenier vd., 1991)

32 Forml 4.5 de yer alan f (n ' ) fonksiyonu n ' deerine bal olarak ekil 4.8 de grafik olarakifade edilmitir. Fonksiyonun kesin deeri (4.6) ve (4.7) den hesaplanabilir.

ekil 4.8 f (n ' ) fonksiyonu (Wardenier vd., 1991)f (n ' ) = 1 ( n ' 0 , balk elemannda ekme kuvveti)f (n ' ) = 1 + 0.3 n ' - 0.3 n '2 ( n ' < 0 , balk elemannda basn kuvveti) (4.6) (4.7)

Genellikle tama gc hesabna esas olan balk eleman plastiklemesini ifade eden (4.2), uygulamada tasarmcya hz kazandrmas bakmndan olduka nemlidir. Formlde geen Ce faktr grafiklerle d0 ve oranlarna bal olarak her birleim tipi iin ayrca ifade t0

edilmitir. T ve Y tipi birleimlere ait CT katsays ekil 4.9 da yer almaktadr. Aada Forml 4.2 ye gre bir T tipi birleim iin tama gc hesap rnei yer almaktadr. Veriler: fy0 = 275 N/mm2 fy1 = 275 N/mm2

Balk eleman : 219.1x10.0 rg eleman : 168.3x4.5

1 = 90 o , f 0 p = 0.48f y 0

33

ekil 4.9 T- ve Y- tipi birleimler iin verim faktr (Wardenier vd., 1991)

Birleimin verimlilii: f 0p d0 d 1 168.3 d = = 0.77 , =21.9, 1 =37.4, n ' = = 0.48 bulunur ve ekil 4.7 de yer d 0 219.1 t0 t1 f y0

=

alan geerlilik artlarnn saland grlr.

f (n ') =1+0.3x(-0.48)-0.3x(-0.48)2 = 0.79 (Baknz Forml 4.7) f (n ') fonksiyonu ekil 4.8 de de grld gibi n ' = 0.48 iin 0.79 deerini alr. CT deeriekil 4.9 dan =0.77 iin 0.35 olarak okunur. Tm bu deerler Forml 4.2 de yerinekonarak birleimin verimlilik deeri:* N 1T 275x10 = 0.35x x 0.79 0.61 A 1 .f yi 275x 4.5

bulunur. Ayn rnek (4.3) e gre hesaplanrsa:

N* = 0

275 3

x10 xx168.3x

1 + sin 90 o 839472 N 2 sin 2 90 o

34* N 1T =

275x10 2 219.1 0.2 * (2.8 + 14.2 x 0.77 2 ) x ( ) x 0.79 393408 N N * = min( N * , N 1T ) = 393408 T 0 o 2 x10 sin 90

N bulunur. Bu deer (4.2) ye gre hesaplananx168.3 2 x159.3 2 ) x 275 388453 N 4 4 deeriyle olduka yakndr. Bu nedenle profil seimi esnasnda (4.2) ifadesi, birleimin kesin* N 1T = 0.61xA i xf yi = 0.61x (

hesab ncesi kullanabilecek etkin bir aratr.

4.3.1.2 X tipi BirleimlerBu tip birleimler iin tama gc deeri (4.8) de, ilgili semboller, parametreler ve (4.8) in geerlilik aral ise ekil 4.10 da, verilmitir. N * = min( N * , N *X ) X 0 1 (4.8) (4.9)

N 1X

*

2 f y 0 t 0 5.2 = f (n ' ) sin 1 1 0.81

Forml 4.9 balk eleman plastiklemesinin esas olduu gme biimini ifade eder. Balk eleman kesme zmbalamas gme biimi ise Y, T, X ile boluklu K, N ve KT tipi birleimler iin (4.4) de ifade edildii gibidir. Forml 4.5 de yer alan f (n ' ) fonksiyonu yukarda bahsi geen birleim tiplerine ek olarak rten K, N ve KT tipi birleimler iin de geerlidir.

ekil 4.10 X tipi birleim ve (4.8) in geerlilik aral artlar (Wardenier vd., 1991)

35

Forml 4.2 ye gre yaplan hesaplarda kullanlacak verimlilik faktr Ce, blm 4.3.1.1 dekine benzer olarak birleimin tipini vurgulamas bakmndan Cx eklinde ifade edilmitir. Cx faktrnn deerine bal deiimi ekil 4.11 de yer almaktadr.

ekil 4.11 X tipi birleimler iin verim faktr (Wardenier vd., 1991)Aada (4.2) ye gre bir X tipi birleim iin tama gc hesap rnei yer almaktadr.

Veriler: fy0 = 275 N/mm2 fy1 = 275 N/mm2

Balk eleman : 219.1x10.0 rg eleman : 168.3x5.6

1 = 90 o , f 0 p = 0.48f y 0

Birleimin verimlilii: f 0p d d 1 168.3 d = = 0.77 , 0 =21.9, 1 =30.1, n ' = = 0.48 bulunur ve ekil 4.10 da yer d 0 219.1 f y0 t0 t1

=

alan geerlilik artlarnn saland grlr.

36

f (n ') fonksiyonu n ' = 0.48 iin yine 0.79 deerini alr. Cx deeri ekil 4.11 den =0.77 iin0.26 olarak okunur. Tm bu deerler Forml 4.2 de yerine konarak birleimin verimlilik deeri:* N 1x 275x10 = 0.26 x x 0.79 0.37 A 1 .f yi 275x5.6

bulunur. Forml 4.8 kullanlarak birleimin tama gc deeri: N * 839472 N 0* N 1X =

275x10 2 5.2 x o 1 0.81x 0.77 x 0.79 300213 N sin 90

* N * = min( N * , N1X ) = 300213 N X 0

bulunur ki bu deerin de Forml 4.2 ye gre hesaplanan deere bir nceki rnekteki gibi olduka yakn olduu grlr.* N 1X = 0.37 xA i xf yi = 0.37 x (

x168.3 2 x157.12 ) x 275 291246 N 4 4

Blm 4.3.1.1 ve Blm 4.3.1.2 deki iki saysal rnek bu blmlerde incelenen birleim tiplerini kyaslama imkan verir. Sadece rg elemannn cidar kalnlnn farkl olmas sayesinde, genel geerlii olan bir kyaslama yaplabilir. Birleimlerin verimlilii dikkate alndnda T tipi birleimin X tipi birleime oranla olduka mukavim olduu gzlenir. Ayn zamanda X tipi birleim iin verimlilik deeri 0.37 gibi hayli dk bir deerdir, bir baka deyile rg ubuu tama kapasitesinin olduka altnda bir kuvveti aktarabilir. Bu durum rg ubuunun gereinden gl bir kesite sahip olmas ya da birleimde kullanlacak takviye levhalar anlamna gelir. T tipi birleim iin ise verimlilik deeri 0.61 dir, X tipi birleiminkine kyasla daha yksek mertebede yk aktarm anlamna gelir ve ou mhendis iin kabul edilebilir bir birleim tama gcn ifade eder. Sonu olarak T tipi birleimlerin X tipi birleimlere oranla daha mukavim olduu ve birleimin tama gcn arttrmas bakmndan balk elemannn rg ubuuna kyasla daha byk akma gerilmesine sahip malzemeden seilmesinin X tipi birleimler iin daha faydal olduu sylenebilir.

37

4.3.1.3 Boluklu K ve N tipi BirleimlerBu tip birleimler Y, T, X ile rten K, N ve KT tipi birleimlere kyasla daha geni bir uygulama sahasna sahiptir. rg ubuklarnn sadece eksenel yk etkisinde olmas istenilen tek dzlemli kafes kirilerde, genellikle bu tip birleimler tercih edilir. Balk elemanna daha kolay kaynak yaplmasna imkan vermesi de uygulama da kolaylk salar. rg ubuklarnn balk elemanna daha rahat kaynaklanabilmesi iin gerekirse bir miktar dmerkezlilie izin verilir. K ve N tipi birleimlerin tama gc deerlerini ifade eden formllerin geerlilik aralnda da ad geecek olan dmerkezlilik (e) deeri ekil 4.12 de aklanmtr.

ekil 4.12 Dmerkezlilik (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)Boluklu K ve N tipi birleimler iin tama gc deeri (4.10) da, ilgili semboller, parametreler ve (4.10) un geerlilik aral ise ekil 4.13 de, verilmitir.* N * = min( N * , N * , N1K , N *K ) K 01 02 2 * N 1K =2 f y0 t 0 d 1.8 + 10.2 1 sin 1 d0

(4.10) (4.11)

f ( , g' ) f (n ' )

* N *K = N 1K 2

sin 1 sin 2

(4.12)

* N1K ve N *K ifadeleri srasyla birinci ve ikinci rg ubuklarnn neden olduu balk 2

eleman plastiklemesi gme biimini esas alan tama gc formlleridir. f ( , g ' ) fonksiyonu Forml 4.13 de ifade edilmitir. Fonksiyonun ekil 4.18 de ve g' deerlerine bal deiimi grlmektedir.

f ( , g ' ) =

0.2

0.024 1.2 1 + exp(0.5g '1.33) + 1

(4.13)

38

ekil 4.13 Boluklu K ve N tipi birleim ve (4.10) un geerlilik aral artlar (Wardenier vd., 1991)Forml 4.9 iin geerlilik aral snrlamalarna, nceki birleim tiplerinden farkl olarak, g t1+t2 koulu eklenmitir. Bu koul, iki rg elemannn balk zerinde birbirlerine en yakn olduklar noktada, aralarnda yeterli kaynak mesafesi kalmasn salamak amacyla ilave edilmitir. Bu tip birleimlerin tama gc deerleri, g' deerine bal olarak deimektedir. Bu nedenle (4.2) nin kullanlabilmesi iin gerekli verim faktr, g' deerinin 2, 6 ve 10 olmas durumlar iin ekil 4.14a, ekil 4.14b ve ekil 4.14c de ifade edilmitir; g' orannn ara deerleri iin lineer interpolasyon yaplabilir. Aada (4.2) ye gre boluklu K tipi bir birleim iin tama gc hesap rnei yer almaktadr.

Veriler: : 219.1x10.0 : 139.7x6.3 : 114.5x5.0 fy0 = 275 N/mm2 fy1 = 275 N/mm2 fy1 = 275 N/mm2

Balk eleman rg eleman (1) rg eleman (2)

1 = 2 = 40 o , f 0 p = 0.3f y 0 , g = 85 mm

39

ekil 4.14a Boluklu K ve N tipi birleimler iin g' = 2 olmas halinde verim faktr (Wardenier vd., 1991)

ekil 4.14b Boluklu K ve N tipi birleimler iin g' = 6 olmas halinde verim faktr (Wardenier vd., 1991)

40

ekil 4.14c Boluklu K ve N tipi birleimler iin g' = 10 olmas halinde verim faktr (Wardenier vd., 1991)

Birleimin verimlilii:

f 0p d d 1 139.7 d d d 114.5 = = 0.64 ; 2 = = 0.52 ; 0 =21.9; 1 =22.2; 2 =22.9; n ' = = 0 .3 ; t0 t1 t2 d 0 219.1 d 0 219.1 f y0 g=85 t1+t2=6.3+5=11.3; g ' = 85 = 8.5 bulunur ve ekil 4.13 de yer alan geerlilik 10

artlarnn saland grlr.f (n ' ) fonksiyonu n ' = 0.3 iin; f (n ' ) = 1+0.3x(-0.3)-0.3x(-0.3)2 = 0.88 deerini alr. f ( , g ' ) fonksiyonunun deeri ise aada hesapland zere;

0.024x10.9551.2 f ( , g' ) = 10.955 0.2 x 1 + 1.65 exp(0.5x8.5 1.33) + 1bulunur. CK deeri ekil 4.14b ve ekil 4.14c den 0.65 iin okunan deerlerin lineer interpolasyonuyla 0.33 olarak hesaplanr. Forml 4.2 de ilgili deerler yerlerine konularak birleimin birinci rg ubuu iin verimlilii:

41 N *K 275x10 1 1 = 0.33x x x 0.88 0.72 A 1 .f y1 275x 6.3 sin 40 o bulunur. kinci ubuk iin birleimin verimlilii ise:* o N *K N 1K sin 1 0.72 x (2640 x 275) sin 40 2 = x = x = 1.11 A 2 .f y 2 A 2 .f y 2 sin 2 1720 x 275 sin 40 o

deerini alr. N*K deerinin N *K deerinden byk olmas balk eleman plastiklemesine 2 1 bu rg ubuunun neden olmayacan gsterir. Forml 4.10 kullanlarak birleimin tama gc deeri:

N 01 =*

*

275

1 + sin 40 o x10 xx139.7 x 1385271 N 2 sin 2 40 o 3 1 + sin 40 o x10 xx114.5x 1135387 N 2 sin 2 40 o 3

N 02 =*

275

N 1K

275x10 2 = (1.8 + 10.2 x 0.64) x1.65x 0.88 515820 N sin 40 o sin 40 o 515820 N sin 40 o

N *K = 515820 x 2

* N * = min( N * , N * , N 1K , N *K ) = 515820 N K 01 02 2

bulunur. Bu deer Forml 4.2 ile bulunan deerle mukayese edildiinde;* N 1K = 0.72 xA i xf yi = 0.72 x (

x139.7 2 x127.12 ) x 275 522771 N 4 4

iki deerin birbirine hayli yakn olduu grlr.

4.3.1.4 rten K ve N tipi Birleimlerrten K ve N tipi birleimlerin balk eleman plastiklemesini esas alan tama gc forml, boluklu K ve N tipi birleimlerinkiyle ayndr. Bu tip birleimlerde balkta kesme zmbalamas gme biimi daha kritik olmaz. Bu nedenle bu gme biimini esas alan bir tahkik yaplmaz. Bir baka deyile (4.10) da bulunan balk elemannda kesme zmbalamas gme biimini esas alan tama gc terimi ihmal edilir. rten K ve N tipi birleimlere ait semboller, parametreler ve (4.10) un geerlilik aral ekil 4.15 de verilmitir.

42

ekil 4.15 rten K ve N tipi birleim ve (4.10) un geerlilik aral artlar (Wardenier vd., 1991)

ekil 4.16 Ov deeri (Wardenier vd., 1991)

Forml 4.10 un geerlilik aral ifadelerinde yer alan OV deeri ekil 4.16 da tanmlanmtr. rten K ve N tipi birleimlerde verim faktr ekil 4.17 de, boluk ve rtmenin f ( , g ' ) fonksiyonuna etkisi ise ekil 4.18 de ifade edilmitir. Bu tip birleimlerde, boluklu K ve N tipi birleimlerin aksine, tek bir verimlilik faktr (4.2) nin kullanlmas iin yeterlidir.

43

ekil 4.17 rten K ve N tipi birleimler iin verim faktr (Wardenier vd., 1991)

ekil 4.18 f ( , g ' ) fonksiyonu (Wardenier vd., 1991)Aada (4.2) ye gre rten K tipi bir birleim iin tama gc hesap rnei yer almaktadr.

44

Veriler: : 219.1x10.0 fy0 = 275 N/mm2 fy1 = 275 N/mm2 fy1 = 275 N/mm2

Balk eleman

rg eleman (1) : 139.7x6.3 rg eleman (2) : 114.5x5.0

1 = 2 = 40 o , f 0 p = 0.3f y 0 , g = 85 mm, %50 < OV < %100 Birleimin verimlilii:

f 0p d d d2 d 1 139.7 d 114.5 = = 0.64 , 2 = = 0.52 , 0 =21.9, 1 =22.2, =22.9, n ' = = 0 .3 , t0 t1 t2 d 0 219.1 d 0 219.1 f y0 g' = 85 = 8.5 bulunur ve ekil 4.15 de yer alan geerlilik artlarnn saland grlr. 10

f (n ' ) fonksiyonu n ' = 0.3 iin, 0.88; f ( , g ' ) fonksiyonunu ise,

0.024x10.9551.2 f ( , g' ) = 10.955 0.2 x 1 + 2.30 exp(0.5x (8.5) 1.33) + 1deerini alr, CK verimlilik faktr ise ekil 4.17 den 0.44 olarak okunur. lgili deerler Forml 4.2 de yerine konularak birleimin birinci ve ikinci rg ubuklar iin verimlilii: N *K 275x10 1 1 = 0.44 x x x 0.88 0.96 A 1 .f y1 275x 6.3 sin 40 o* o N *K N 1K sin 1 0.96 x (2640 x 275) sin 40 2 = x = x = 1.47 A 2 .f y 2 A 2 .f y 2 sin 2 1720 x 275 sin 40 o

bulunur. Forml 4.10 kullanlarak birleimin tama gc deeri:* N 1K =

275x10 2 (1.8 + 10.2 x 0.64) x 2.30 x 0.88 721135 N sin 40 o sin 40 o 721135 N sin 40 o

N *K = 721135x 2

* N * = min( N1K , N *K ) = 721135 N K 2

bulunur. Bu deer Forml 4.2 ile bulunan deerle mukayese edildiinde;

45* N 1K = 0.96 xA i xf yi = 0.96 x (

x139.7 2 x127.12 ) x 275 697028 N 4 4

her iki ynteminde bu tip birleimlerin tama gc hesabnda rahatlkla kullanlabilecei ortaya kar. Bu noktaya kadar incelenen her bir birleim tipi iin, birleen rg ubuunun akma gerilmesine ve d1/ t1 oranna bal bir verimlilik st snr vardr. Bu snrlarn deeri Forml 4.14 de ifade edilmi, ayn zamanda da ekil 4.19 da tablolatrlmtr.

E t1 N* verimlilik = 0.22 f d A i .f yi y1 1

0.5

1 .0

4.14

ekil 4.19 Birleim verimlilii iin limit deerler (Wardenier vd., 1991) 4.3.1.5 Moment BirleimleriTek dzlemli kafes kiriler, rg ubuklar moment etkisinde kalacak biimde de tasarlanabilirler. Moment etkisindeki rg ubuklar maruz kaldklar moment etkisini birleimlerinin mukavemeti nispetinde aktarrlar. Momente maruz birleimler, genelde T tipi olup Vierendeel Birleimleri olarak da isimlendirilirler. ekil 4.20de bir Vierendeel Birleimi grlmektedir.

ekil 4.20 Tipik Vierendeel Birleimi (Wardenier vd., 1991)Bu tip birleimlerin balk eleman plastiklemesi gme biimini esas alan tama gc

46 deeri eksenel yk aktaran birleimlerinkine benzer olarak (4.15) de ifade edilmitir.M* ipb M pl,1 = C ipb f y 0 t 0 f (n ' ) f yi t i sin i (4.15)

Forml 4.15 kesin hesap ncesi hzl bir ekilde birleimin tahkikine imkan verir. Sol taraf birleimin verimlilii adn alan (4.15) de yer alan Cipb deeri, eksenel yk aktaran birleimlere benzer olarak verimlilik faktr adn alr ve ekil 4.21 de ifade edilmitir. Mpl,1 terimi birleime giren rg ubuunun plastik moment tama kapasitesini, yani plastik mukavemet momenti ile akma gerilmesinin arpmn ifade eder.

ekil 4.21 Vierendeel birleimleri iin verim faktr (Wardenier vd., 1991)Balk elemannda plastikleme ve kesme zmbalamas gme biimlerini esas alan tama gc deerleri T, Y ve X tipi birleimler iin srasyla (4.16) ve (4.17) de yer almaktadr. Bu formllerin geerlilik aral eksenel yke maruz birleimlerinkiyle ayndr. f (n ' ) fonksiyonu (4.6) ve (4.7) de ifade edildii gibidir.2 M * = 4.85 f y 0 t 0 0.5 d 1 ipb

f (n ' ) sin 1

(4.16)

M* ipb

f y0 3

2 t 0 d1

1 + 3 sin 1 4 sin 2 1

(4.17)

Momente maruz boru profil birleimleri ayn zamanda eksenel yke de maruz

47 kalabilmektedir. Bu ykleme halini dikkate alabilmek iin (4.18) kullanlmaldr.

M ipb + * N * M ipb i Ni

1.0

(4.18)

4.3.2 Tek Dzlem Kafes Kirilerin zel Birleim TipleriBoru profillerden tekil edilen ancak bu noktaya kadar deinilmeyen daha bir ok birleim tipi mevcuttur. Bu birleimlerin bazlar bu blme dek incelenenlere benzetilebilir, bazlar iinse daha farkl ve spesifik almalar yapmak gerekmitir.

4.3.2.1 Boru Profillerin Dier BirleimleriBu blmde drt birleim tipi daha, genel hatlaryla incelenmitir.

ekil 4.22a da verilen birleim tipi iin tama gc deeri X tipi birleimden faydalanlarak* * belirlenir. N 1 N1 eitsizlii salanmaldr. N 1 deeri Forml 4.8 kullanlarak bulunur.

(a)

(b)

ekil 4.22 Boru Profillerin zel birleimleri I (Wardenier vd., 1991) ekil 4.22b de verilen tipteki birleimler KT tipi birleimler olarak isimlendirilirler. K tipibirleimlere ait tama gc formlleri bu tip birleimler iin de geerlidir. Boluklu KT tipi birleimlere ait tama gc deeri hesaplanrken d1/d0 yerine (d1+d2+d3)/3d0 konulmaldr. Boluk mesafesi olarak nemli miktarda ters iaretli yk tayan rg ubuklar arasndaki maksimum mesafe alnr. Eer dikey rg ubuu, dier iki rg ubuunun tad yke kyasla ok kk bir yke maruzsa, boluk mesafesi birinci ve ikinci rg ubuklar arasndaki mesafedir. Bu durumda yine d1/d0 deeri kullanlr. rten KT tipi birleimler, boluklu KT tipi birleimlerle benzerlik gsterir. rtme mesafesi olarak en kk rtme deeri alnmaldr. Bu hususlarn dnda KT tipi birleimler ayca Forml 4.19 ve Forml 4.20 ye uygun tasarlanmaldr.* N 1 sin 1 + N 3 sin 3 N1 sin 1

(4.19)

48* N 2 sin 2 N1 sin 1

(4.20)

ekil 4.23 Boru Profillerin zel birleimleri II (Wardenier vd., 1991) ekil 4.23a da grlen birleime ait tama gc deeri X tipi birleimler iin verilenformllerle hesaplanr. lave olarak Eitsizlik 4.21 deki tahkik yaplmaldr.

N 1 sin 1 + N 2 sin 2 N * sin i i N * sin i = min( N 1 sin 1 , N 2 sin 2 ) i

(4.21) (4.22)

ekil 4.23b de grlen birleime ait tama gc deeri K tipi birleimler iin verilen* formllerle hesaplanr. Ek olarak N 1 N1 ve N 2 N * eitsizlikleri salanmaldr. 2

4.3.2.2 Dm Noktas Levhal ya da Balk Elemanna Dorudan Kaynakl I, H veya Kutu Profil BirleimleriTek dzlemli kafes kirilerin dm noktalar, rg ubuklarnn balk elemanna dm noktas levhas kullanlarak birletirilmesi suretiyle de tekil edilirler. Bu durumda levhann balk elemanna aktarabilecei maksimum yk dm noktasnn tama gcn tayin eder. Baz durumlarda ise balk eleman boru profil olmasna karn rg ubuklar I, H veya kutu profil olabilir. Bu profiller arlkl olarak dorudan balk elemanna kaynaklanr. Bahsi geen dm noktas levhal ya da balk elemanna dorudan kaynakl I, H veya kutu profil birleimleri spesifik almalar gerektirmitir. Bu birleimlerin tama glerini ifade eden formller ,esas olarak, Japonya da yaplan testlere dayanmaktadr. Bu testlerin orijinal raporlarnda, birleimler temelde iki tip olarak ayrlmtr. Birinci tip (T tipi) boru profilden tekil edilmi balk elemannn sadece bir tarafna balanty, ikinci tip (X tipi) ise her iki tarafna balanty ifade etmektedir. Her iki tip iin de birleimlerin eksenel yk ve moment etkisinde olmalar durumlar incelenmitir. Bu tip birleimler ekil 4.24a, 4.24b ve 4.24c de,

49 bu birleim tiplerine ait tama gc formlleri Tablo 4.1 de ifade edilmitir. Bu formllerin geerlilik aralklar ve kullanlan parametreler daha nce Blm 4.3.1 de eksenel yk aktaran rg ubuklarna ait birleimler iin tanmlananlar ile ayndr.

ekil 4.24a Balk elemanna dik dm noktas levhal birleim (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)

ekil 4.24b Balk elemanna paralel dm noktas levhal birleim (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)

ekil 4.24c Balk elemanna dorudan kaynakl I, H veya kutu profil birleimleri (Corus Tubes, Design of SHS Welded Joints)izelge 4.1 de yer alan birleimler iin ayn zamanda zmbalama tahkiki yaplmaldr. Bu tahkik Forml 4.31 ve Forml 4.32 ye gre yaplr.

(f a + f b ) t 1

f y0 t 0 3 2f y 0 t 0 3

(Balk elemanna dorudan kaynakl kutu profil birleimleri iin) (4.31)

(f a + f b ) t 1

(Tablo 4.1de yer alan dier birleimler iin)

(4.32)

Forml 4.31 ve Forml 4.32 de bulunan fa ve fb terimleri srasyla dm noktas levhas, I, H veya kutu profilde normal kuvvet ve momentten kaynaklanan gerilmeleri ifade etmektedir.

50

51

4.3.2.3 Boru Profillerin Az Dzletirilmi ve Altrlm Birleimlerincelikle unu belirtmek gerekir ki, bu tip birleimler genellikle kk veya geici konstrksiyonlarda kullanlr. Dzletirme neticesinde, zellikle d 0 / t 0 25 durumunda birleimin basn dayanmnn azald yaplan deneylerde grlmtr. Birleimde yerel burkulmaya mahal vermemek iin dzletirilmi ksm mmkn mertebe ksa tutulmaldr. Bu tip birleimler iin ok fazla sayda deney yaplmamtr. Yaplan deneylerde kullanlan ebat ve parametreler izelge 4.2 de verilmitir. izelge 4.2 Az dzletirilmi boru profil birleim deneylerinde denenen ebat ve parametreler Denenen Ebatlar 114 d 0 169 Denenen Parametreler

14

d0 50 t0 d1 0.8 d0

42 d 1 90

0.35

3 t0 8

d1 t = 1.0 , 1 = 1.0 d2 t20 O v %75 1 = 90 o , 2 = 45 o

3 t 1 4.6 f yi 400 N / mm 2

Aada sralanan deiikliklerin yaplmas halinde, Blm 4.31.1, 4.3.1.2 ve 4.3.1.3 de yer alan formller bu tip birleimlerin tama gc tayininde kullanlabilir. T ve X tipi birleimler iin basn etkisinde d1 yerine d1min kullanlmas Boluklu K tipi birleimlerde d1 yerine (d1+d1min)/2 kullanlmas

Yukardaki maddelerde bulunan parametreler ekil 26 da aklanmtr. Balk elemannda, akma gerilmesinin %80ine kadar ngermenin uygulanmas durumunda birleimlerin dayanm, f (n ' ) deeri ile arplmaldr. ngermenin %80 in de zerine kmas durumu, yeterli sayda deney sonucu bulunmadndan kabul edilemez. f (n ' ) deeri

52 Forml 4.33 ve Forml 4.34 de ifade edilmitir. f ( n ' ) = 1 .0 + 2 .0 n ' f ( n ' ) = 1 .0 n' 0 (0 n ' 0.8) (4.33) (4.34)

rten K tipi birleimler iin tama gc deeri ekil 4.25 de yer almaktadr.

ekil 4.25 Az dzletirilmi boru profillerin rten K tipi birleimleri iin tama gc deeri (Wardenier vd., 1991)

ekil 4.26 Az dzletirilmi boru profillerin rten K tipi birleimi (Wardenier vd., 1991)

53

5.

KUTU PROF L B RLE MLER N N TASARIMI

Kutu profil birleimlerinin tasarmnda esas olan, tasarmcnn pahal ve uzun soluklu almalara neden olmayacak birleim tiplerini semesidir. Arlka minimum kesitlerin seilerek grnen maliyetin azaltlmas, birleimlerde dm noktas levhalarnn kullanlmas sebebiyle bir anda kazan olmaktan kabilir. Zaman zaman sade bir birleim elde edebilmek iin daha byk kesitli profillere tayc konstrksiyonda yer verilebilir. Optimum tasarm kutu profil birleimlerine ait temel prensiplerin ve kritik noktalarn nda gerekletirilmelidir.

5.1

Kutu Profil Birleimlerinin Yk Tama Kapasitesini Etkileyen Parametreler

Boru profil birleimlerinde olduu gibi kutu profil birleimlerinde de yk tama kapasitesi yklemeye, rg ubuklarnn birleime gelme alarna, gerilme dalna vb. parametrelere baldr. Genel olarak u hususlarn gz nnde tutulmas, kutu profil birleimlerinin optimum tasarmna imkan verecektir. Tam rten birleimler dnda, balk elemanlarnn cidar kalnl yksek