of 12/12
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci., 2022; 11(1), 136-147 Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Niğde Ömer Halisdemir University Journal of Engineering Sciences Araştırma makalesi / Research article www.dergipark.org.tr/tr/pub/ngumuh / www.dergipark.org.tr/en/pub/ngumuh * Sorumlu yazar / Corresponding author, e-posta / e-mail: [email protected] (O. Düğenci) Geliş / Recieved: 03.09.2021 Kabul / Accepted: 17.11.2021 Yayımlanma / Published: 14.01.2022 doi: 10.28948/ngmuh.990509 136 Çelik basınç çubuklarında bazı güçlendirme türlerinin basınç dayanımı kapasitelerine katkısının deneysel araştırılması Experimental investigation of contribution of some strengthening types to compressive strength capacities in steel braces Oğuz Düğenci 1,* 1 Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 38039, Kayseri, Türkiye Özet Abstract Eksenel basınç etkisindeki çelik elemanlar burkulma olmayacak şekilde tasarlanır. Ancak yapının kullanım amacının değişmesi veya performans hesapları sonrasında yapının istenilen dayanımları sağlamadığı durumlarda güçlendirilmesi gerekebilir. Bu çalışmada, belirli narin enkesite sahip basınç çubuğu referans alınarak, çubuğun zayıf eksen ataletinin artırılmasına yönelik dört farklı güçlendirme uygulanmıştır. Bunlardan üçü çelik plaka ilavesi, dördüncüsü CFRP sargı yapılmasıdır. Çelik güçlendirmelerin biri kaynaklı diğer ikisi ise bulon destekli güçlendirmedir. Güçlendirilmiş test numuneleri hazırlanan bir düzenekte, yarı statik tersinir tekrarlı eksenel kuvvete maruz bırakılmıştır. Test sonucunda eksenel kuvvet - boyuna deformasyon eğrileri elde edilmiştir. Elde edilen verilerle taşıma kapasiteleri, yer değiştirme kapasiteleri, burkulma yükleri, enerji yutma kapasiteleri ile süneklik parametreleri karşılaştırmalı olarak ortaya konulmuştur. Deneyler sonucunda ek levhaların gövde boyunca kaynaklanmasıyla güçlendirilen kaynaklı numunenin, burkulma dayanımında en büyük artışı gösterdiği, ancak çekmede daha erken göçtüğü görülmüştür. Diğer numunelerin basınç dayanımına katkısının düşük seviyelerde kaldığı görülmüş olup, buna karşılık yapılacak iyileştirmelerle daha iyi performansa ulaşılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Steel members under the effect of axial compression are designed in such a way that there is no buckling. However, these elements should be strengthened in cases where the purpose of use of the structure changes or the building performance does not provide the desired strengths. In this study, four different strengthening were applied to increase the weak moment of inertia of the members by reference to the braces with a certain slender cross-section. Three of them are steel plate addition and the fourth is CFRP wrapping. One of the steel strengthening is welded and the other two are bolt supported strengthening. Strengthened test specimens were subjected to quasi-static cyclical axial loading with a prepared setup. As a consequence of the test, axial force-axial deformation curves were obtained. With the obtained data, bearing capacities, displacement capacities, buckling loads, energy dissipation capacities and ductility parameters are presented comparatively. As a result of the experiments, it was seen that the sample strengthened by welding the additional plate along the body caused the greatest increase in buckling strength compared to the reference sample, but it caused earlier failure in tensile. It was concluded that the contribution of the other samples to the compressive strength remained at low levels, but better performance could be achieved with improvements. Anahtar kelimeler: Çelik basınç çubuğu, Çelik eleman güçlendirme, Burkulma dayanımın artırılması, Enerji yutma kapasitesi, Histeresis eğrisi, Enerji sünekliği, Keywords: Steel braces, Strengthening of steel members, Buckling strength, energy dissipation capacity, Hysteresis curve, Energy ductility 1 Giriş Basınca maruz elemanlarda yapısal beklenti, üzerlerine gelen eksenel basınç kuvvetini burkulmadan bir sonraki taşıyıcı elemana veya mesnete iletebilmesidir. Bu durumda yapısal güvenlik basınç çubukları için sağlanmış olmaktadır. Basınç çubukları çelik yapılarda deprem perdeleri olarak görev yapan çapraz elemanlar ve kafes sistemlerdeki basınca çalışan elemanlardır (Şekil 1). Bir basınç çubuğunun eksenel basınç kuvveti taşıma seviyesi, projelendirmesi sonucunda ortaya konulur. Çubuğun sahip olacağı bu basınç kapasitesi seviyesi, sadece tek hadde profillerin kullanılmasıyla belirli mertebelere kadar sağlanabilir. Çok fazla eksenel basınç kuvvetinin etkimesi durumunda, çubuklara ilave sargı yapılması veya basınç çubuklarının burkulması önlenmiş basınç çubuğu (buckling restrained braced-BRB) [1-5] biçimde tasarlanması gerekir. Böylelikle çubuk, çekme ve basınç etkisinde burkulmadan ve sünek davranışla etkiyen yükleri karşılayabilecektir. BRB ile ilgili çalışmalar, ilk olarak 1970’li yılların başında başlamıştır [6-8]. Farklı kesit ve sargı çeşitleriyle hala davranışın iyileştirilmesi yönünde çalışmalar devam etmektedir. BRB kesitleri, çelik yapı projesindeki gereksinime bağlı olarak, yapının üretimi öncesinde tasarlanır ve atölye ortamında üretilebilir. Ancak üretimi gerçekleştirilmiş bazı

Çelik basınç çubuklarında bazı güçlendirme türlerinin

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Çelik basınç çubuklarında bazı güçlendirme türlerinin

NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci., 2022; 11(1), 136-147
Nide Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi
Nide Ömer Halisdemir University Journal of Engineering Sciences
Aratrma makalesi / Research article
136
kapasitelerine katksnn deneysel aratrlmas
compressive strength capacities in steel braces
Ouz Düenci1,*
Özet Abstract
yapnn istenilen dayanmlar salamad durumlarda
güçlendirilmesi gerekebilir. Bu çalmada, belirli narin
enkesite sahip basnç çubuu referans alnarak, çubuun
zayf eksen ataletinin artrlmasna yönelik dört farkl
güçlendirme uygulanmtr. Bunlardan üçü çelik plaka
ilavesi, dördüncüsü CFRP sarg yaplmasdr. Çelik
güçlendirmelerin biri kaynakl dier ikisi ise bulon destekli
güçlendirmedir. Güçlendirilmi test numuneleri hazrlanan
bir düzenekte, yar statik tersinir tekrarl eksenel kuvvete
maruz braklmtr. Test sonucunda eksenel kuvvet-
boyuna deformasyon erileri elde edilmitir. Elde edilen
verilerle tama kapasiteleri, yer deitirme kapasiteleri,
burkulma yükleri, enerji yutma kapasiteleri ile süneklik
parametreleri karlatrmal olarak ortaya konulmutur.
Deneyler sonucunda ek levhalarn gövde boyunca
kaynaklanmasyla güçlendirilen kaynakl numunenin,
çekmede daha erken göçtüü görülmütür. Dier
numunelerin basnç dayanmna katksnn düük
seviyelerde kald görülmü olup, buna karlk yaplacak
iyiletirmelerle daha iyi performansa ulalabilecei
sonucuna ulalmtr.
Steel members under the effect of axial compression are
designed in such a way that there is no buckling. However,
these elements should be strengthened in cases where the
purpose of use of the structure changes or the building
performance does not provide the desired strengths. In this
study, four different strengthening were applied to increase
the weak moment of inertia of the members by reference to
the braces with a certain slender cross-section. Three of
them are steel plate addition and the fourth is CFRP
wrapping. One of the steel strengthening is welded and the
other two are bolt supported strengthening. Strengthened
test specimens were subjected to quasi-static cyclical axial
loading with a prepared setup. As a consequence of the test,
axial force-axial deformation curves were obtained. With
the obtained data, bearing capacities, displacement
capacities, buckling loads, energy dissipation capacities
and ductility parameters are presented comparatively. As a
result of the experiments, it was seen that the sample
strengthened by welding the additional plate along the body
caused the greatest increase in buckling strength compared
to the reference sample, but it caused earlier failure in
tensile. It was concluded that the contribution of the other
samples to the compressive strength remained at low levels,
but better performance could be achieved with
improvements.
güçlendirme, Burkulma dayanmn artrlmas, Enerji
yutma kapasitesi, Histeresis erisi, Enerji süneklii,
Keywords: Steel braces, Strengthening of steel members,
Buckling strength, energy dissipation capacity, Hysteresis
curve, Energy ductility
gelen eksenel basnç kuvvetini burkulmadan bir sonraki
tayc elemana veya mesnete iletebilmesidir. Bu durumda
yapsal güvenlik basnç çubuklar için salanm olmaktadr.
Basnç çubuklar çelik yaplarda deprem perdeleri olarak
görev yapan çapraz elemanlar ve kafes sistemlerdeki basnca
çalan elemanlardr (ekil 1).
seviyesi, projelendirmesi sonucunda ortaya konulur.
Çubuun sahip olaca bu basnç kapasitesi seviyesi, sadece
tek hadde profillerin kullanlmasyla belirli mertebelere
kadar salanabilir. Çok fazla eksenel basnç kuvvetinin
etkimesi durumunda, çubuklara ilave sarg yaplmas veya
basnç çubuklarnn burkulmas önlenmi basnç çubuu
(buckling restrained braced-BRB) [1-5] biçimde
tasarlanmas gerekir. Böylelikle çubuk, çekme ve basnç
etkisinde burkulmadan ve sünek davranla etkiyen yükleri
karlayabilecektir. BRB ile ilgili çalmalar, ilk olarak
1970’li yllarn banda balamtr [6-8]. Farkl kesit ve
sarg çeitleriyle hala davrann iyiletirilmesi yönünde
çalmalar devam etmektedir.
ortamnda üretilebilir. Ancak üretimi gerçekletirilmi baz
O. Düenci
yüklere maruz kalnmas vb. durumlarda, tayc
elemanlarn tama kapasitelerinin artrlmas gerekebilir.
Kullanm amacndaki deiikliklerde önceki
yönetmeliklerde olduu gibi TÇYY-2016 [9] ve TBDY 2018
[10] ‘e göre ve dier Eurocode 3 (TS EN 1993-1-1) [11, 12]
ve ANSI/AISC 360-16 [13] gibi yabanc standart ve
artnamelere göre de sistemin sismik performansnn
artrlmas için önerilen yöntemler ile hem sistem baznda
hem de eleman baznda güçlendirilmesi önerilmektedir.
Özellikle basnca çalan elemanlarn güçlendirilmesinde,
burkulmann önlenebilmesi için elemann BRB’nin
tasarmna benzer d sarglarla sarlarak güçlendirilmesi
salanmaldr.
farkllklar gösterir. Malzeme özelliine ve birletirme
vastalarnn birleimde gösterdii kolayla bal olarak
çelik sistem güçlendirmeleri, betonarme sistemlere göre
daha kolaydr. Betonarme sistemlerin çelik elemanlar ve
sistemler ile güçlendirilmesi de yaygn kullanlan bir
yöntemdir ve yönetmeliimiz kapsamnda önerilmektedir
[14]. Genellikle geleneksel çelik yap eleman güçlendirme
yöntemleri, çou zaman yapsal elemann söküp
deitirmek veya dardan (sarg veya kaynakl) çelik plaka
veya profil ilave edilmesiyle gerçekletirilir [15]. Bu yöntem
srasyla, kaynak veya cvatal balant onarm ileri, daha
fazla yorulma sorunu ve uzun montaj süresi nedeniyle uygun
bir çözüm olamayabilir [16]. Bununla birlikte kesit kayplar
veya malzemede gevrekleme gerçekleebilecei gibi, kesite
profil ve plaka ilavesi ar kaldrma ekipmanlar gerektirir ve
yapya daha fazla ölü yük ekler. Eklenen çelik plakalarnda
korozyona kar hassasl dikkate alnmal ve bunun
gelecekteki bakmlarda maliyetlerin artmasna neden
olabilecei düünülmelidir [16, 17]. Çou durumda,
kaynaklarla ilgili yorulma sorunlar nedeniyle kaynak,
istenen bir çözüm deildir [18]. Bu gibi geleneksel
yöntemlerin yan sra fiber takviyeli polimer (FRP) ile sargl
güçlendirme çalmalar da yaplmaktadr [3, 16, 17, 19].
Hem burkulmas önlenmi basnç çubuklar hem de dier
sarg çalmalarnda amaç, çelik elemanlarn çekmede
gösterdii performans basnç altnda da gösterebilmesini
salamaktr (ekil 1.)
engellenmi basnç çubuunun eksenel kuvvet-deplasman
ilikisi [2, 20, 21]
çalmalar, basnç altnda burkulma dayanmnn
artrlmasna yöneliktir. Mevcut üretimi yaplm basnç
elemanlarnn basnç kapasiteleri, burkulma dayanmnn
artrlmas esasna göre yaplmaktadr (ekil 2).
ekil 2. Sargl çelik çaprazn ekil deitirme durumu
[2,20]
burkulmann önlenmesi anlamna gelir. Ancak eksenel yükü
bünyesinde barndran esas basnç çubuunun (çekirdek
eleman) balangçta sarg profiline veya sarg sistemine
(çelik tüp ve beton sarg) yaslanmas için gerekli bir boluk
bulunmaldr. Bu boluk enkesitin akma snrn geçmeyecek
ekilde çubuk ortasnn bir balangç sapmas (yer
deitirmesi) (0) yapacak nitelikte olmaldr. Eksenel
kuvvetin artna bal bu balangç sapmas sarg
elemannn da desteiyle birlikte tüm sistemin enine yer
deitirmesinin () artna sebep olur [2, 22].
Bir sistemin güçlendirilmesinde bir nevi sönümleyici
niteliinde olan BRB’lerin sonradan yapya ilavesiyle
güçlendirme eleman olarak kullanlmas mümkündür. Bir
yapnn çelik perdelerle güçlendirilmesi gerektiinde bu
elemanlar rahatlkla kullanlabilir. Ancak eleman baznda
güçlendirme yaplmas gerektiinde, montaj tamamlanm
ve kullanlmakta olan bir çelik basnç çubuunun,
burkulmas önlemi basnç çubuuna dönütürülmesi zordur.
Bu zorluk üretimdeki zorluun yan sra, kesitin beton dolu
arlnn sisteme ilave yük eklinde etkimesi gibi bir
olumsuzluu da yannda getirmektedir. Özellikle çat kafes
kirilerinde bu durum daha da güç bir hal almaktadr. Bu
balamda bahsedilen türdeki elemanlarn güçlendirilmesi
çalmann temelini oluturmaktadr.
esas alarak eksenel basnç dayanm kapasitelerinin
artrlmasn amaçlamaktadr. Bu kapsamda üretimi
tamamlanm basnç çubuklarnn (özellikle kafes
kirilerdeki) güçlendirilmesi düünülerek, farkl
denenmitir. Güçlendirme uygulamas CFRP sarg, levha
kaynaklanmas ve iki farkl geometride bulonlu levha ilavesi
olarak dört farkl ekildedir. Bütün test numuneleri tersinir
tekrarl eksenel yükleme maruz braklmtr. Deney verileri,
test düzeneinde kullanlan yük hücresi ve yer deitirme
ölçerler yardmyla elde edilmitir. Elde edilen verilerle
yapsal elemann karakteristik burkulma kapasiteleri,
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
ve birbirleriyle karlatrlmtr.
(güçlendirilen esas çubuk) 10 mm kalnlnda ayn levhadan
plazma yardmyla kesilen parçalardan tekil edilmitir.
Referans basnç çubuu ile çelik güçlendirme levhalar ayn
malzemedir. Referans numunesinin ortas dikdörtgen formda
ve 65×10 mm enkesitlidir. Balk bölgeleri, orta bölgesine
göre daha geni enkesitli (85×10 mm) olup ayn zamanda
hem rijitlik kazandrmak hem de deney düzeneine art
eklindeki kanala balant salamas amacyla 410×35×10
mm ölçülerinde iki adet levha kaynatlarak art en kesit
formuna getirilmitir. Uygulanan kaynak kalnl 4 mm‘dir.
Bu ölçülerdeki profil, bütün test numuneleri için esas çubuk
niteliindedir ve güçlendirmeler bu kesite yaplmtr.
Numunelerin isimlendirmeleri ve açklamalar Tablo 1’de,
numune ölçü ve görünümleri ise ekil 3 ve ekil 4’de
verilmitir.
Numune Ad Güçlendirme ekli (Orta bölge Güçlendirmesi)
B-REF ---
B-W 2 adet 40×1080×10 mm levhann kaynakl balanmasyla
B-CFRP Çift yönlü CFRP kumann iki kat sarlmasyla
B-B/1 2 adet 40×1080×10 mm levhann üç adet bulonla balanmasyla
B-B/2 2 adet 40×1080×10 mm levhann üç adet bulonla
balanmasyla
2.2 Malzeme özellikleri
2.2.1. Çelik malzemesi
(esas basnç çubuu ve güçlendirme levhalar) 10 mm
kalnlnda çelik levhadan kesilerek oluturulmutur. Bu
levhadan yine TS EN ISO 6892-1’e [20] göre çekme
numuneleri uygun boy ve gerilme ylmas olumayacak
ekilde erisel çapla inceltilerek hazrlanmtr (bkz. ekil
5.). Kalibrasyonlu çekme cihaznda çekme testine tabi
tutulan malzemelerin mekanik özellikleri Tablo 2’de
verilmektedir.
ekil 4. Test edilen elemanlarn görünümü ve ölçüleri (ölçüler mm’dir)
ekil 5. Deney numunelerinin görünümü
(a) Deney öncesi ve (b) Deney sonras
Tablo 2. Çelik malzemenin karakteristik özellikleri
Numune
Genilik
Kalnlk
Akma
Dayanm
fy
Çekme
Dayanm
fu
Uzama
2.2.2. CFRP malzemesi ve uygulamas
Karbon takviyeli güçlendirme için tek yönlü CFRP
malzemesi kullanlmtr. CFPR malzemesi her yüzeyde 2
kat olacak ekilde 20 mm lik bindirme boyu hesaba katlarak
çubuk gövdesi boyunca sarlmas için 1080×320 mm lik
CFRP parças kesilerek yaptrma ilemine hazr hale
getirilmitir. Astar ve yaptrma malzemeleri Mape-Wrap
markadr. Yaptrlacak yüzeyin toz vb. maddelerinden
arndrlmas amacyla üreticinin tavsiye ettii ekilde hassas
terazide tartm yaplarak epoksi astar çubuk gövdesi
boyunca uygulanarak kurumaya braklmtr. Epoksi
astarnn kurumasndan sonra epoksi uygulamasna geçilerek
Mape Wrap 31 Comp A ve B karm malzemelerinden
toplam 75 gram epoksinin 32.5 gram çubuk yüzeyine, kalan
ise CFRP malzemesinin üzerine yedirilmitir. Aralarnda
hava boluu kalmayacak ekilde yüzeye bask yaplarak,
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
kat için de 75 gram epoksi kullanlarak ayn ilemler
uygulanmtr. Son olarak tüm çubuun ikinci katn
uygulamak için hazrlanan 400 gr epoksi reçinesinin 200
gram önce numune yüzeyine geri kalan ksm 200 gram ise
CFRP malzemesinin üzerine, aralarnda hava boluu
kalmayacak ekilde yaplmtr. Bu haliyle 5 gün boyunca
kurumaya braklmtr.
Esas çubuklar, balant levhalarna, M10 çapl 8.8.
snfnda bulonlarla balanmtr. Balant bulonlarnn
haricinde, bulonlu güçlendirme tasarmnda üçer adet M14
8.8 snfnda bulon kullanlmtr. Bulonlar güçlendirme
levhalar arasnda sabit bir mesafe salanmas adna ekil
6.’da gösterilen, ortalarndan bulonlarn geçecei çapta delik
açlm 40 mm çapnda 30 mm boyunda pullar (silindirler)
kullanlmtr.
2.3 Test düzenei ve kullanlan cihazlar malzeme
özellikleri
çalmalarda üç farkl yükleme düzenei kullanlmaktadr.
Bunlardan birincisi test numunesinin düey dorultuda
yerletirildii düzenek, ikincisi yatay konumda
yerletirildii düzenek [21, 23], üçüncüsü ise çapraz eleman
olarak baka bir kolon veya çerçeve sisteme balanan
düzenektir [23]. Bu çalmada seçilen deney düzenei,
basnç çubuklarnn yatay konumda ve eksenel normal
kuvvetle yüklenmesini salayacak ekilde düzenlenmitir ve
bu düzenek tek eksenli deney düzenei olarak
adlandrlmaktadr [23]. Sistemin her iki ucu ötelenmeyi
önleyen rijit yükleme duvar ve rijit çelik destek kolonuna
balanmaktadr. Bu sayede uygulanan kuvvet basnç
çubuuna etki ettirilmi olup bütün deformasyonlar basnç
çubuunda gerçekletirilmektedir. Deney düzeneinin
Eksenel yükleme hidrolik pistona bal manuel krikoyla
yükleme hz sabit tutularak (yaklak 1,5 kN/sn)
uygulanmtr. Hidrolik krikonun ucunda 1000 kN kapasiteli
ve kalibrasyonlu yük hücresi montajlanmtr. Yük deerleri
bu cihaz yardmyla elde edilmitir. Test numunelerinin her
içi ucu numuneler için özel üretilen çelik plakalarna 10’ar
adet M10 8.8. snf cvata ile baldr. Balant plakalar da
6’ar adet M16 8.8. snf bulonla çelik kolona ve yük hücresi
balant parçasna baldr.
ölçümleri (boy uzama ve ksalmas) ise deplasman ölçerler
(LVDT- linear variable differential transformer) kullanlarak
ölçülmütür. LVDT deney düzeneinde 3 adet
kullanlmaktadr. Bunlardan ikisi numunenin dou ve
batsna yerletirilmitir. Toplam boy deiimini ölçebilecek
ekilde montajlanan bu cihazlar, eksenel boy deiimini her
iki yönden ölçmektedir. Üçüncü LVDT ise çk mesafesi ile
boy ksalmasnn kontrolü için piston çkna
yerletirilmitir. Bunun yan sra, numune ortasnn eksen
d yer deitirme deerini (eksenden sapma) ölçmek adna,
baka bir deplasman ölçer olan ipli potansiyometre (P)
kullanlmtr. Çubuk üzerinde gerilme deiimlerini
belirlemek amacyla tek yönlü strain gaugeler (SG)
yaptrlarak gerinim deiimleri ölçülmeye çallmtr.
ekil 7. Deney düzenei
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
yüklemedir. Her iki yükleme durumu için farkl ülkelerin
ECCS (1986) [24], ATC-24 (1992) [25], FEMA-461 (2007)
[26], JISF (2002) [27] ve ANSI/AISC 341-16 (2016) [21]
gibi yönergeleri/artnameleri bulunmaktadr. Bu çalma
kapsamnda FEMA 461 kapsamnda tavsiye edilen
deplasman kontrollü yükleme prosedürü kullanlmtr [5,
26].
FEMA 461 kapsamnda Protocol I ve II olmak üzere iki
farkl yükleme protokolü yer almaktadr. Bunlardan birincisi
yar-duraan yükleme testi (quasi-static loading test),
ikincisi sarsma tablas testidir (shake table test). Protokol I
kapsamnda, yükleme geçmileri tek yönlü (unidirectional)
test, iki yönlü (bidirectional) test ve kuvvet kontrollü (force
controlled) testi olmak üzere üç farkl yükleme prosedürü
verilmektedir. Tek yönlü test, yalnz bir adet numune
kullanlacaksa uygun bir döngüsel deneyin
gerçekletirilmesi amacyla uygulanmas gereken yükleme
aamalarn tarif etmektedir. Tek yönlü yüklemede referans
deer olarak Δm ve Δ0 deerlerinin hesaplanmas
gerekmektedir.
deformasyon genliidir (admdr). Bu deer ilk olarak
gözlenen en düük hasar durumundaki genlikten güvenli bir
ekilde daha düük olmaldr. En düük hasar durumuna
kadar en az 6 döngü gerçekletirilmi olmaldr. Eer
balangç hasar için deformasyon genlii ile ilgili mevcut
data bulunmuyorsa, tavsiye edilen Δ0 deeri 0.0015
civarndadr. (Δ0, kat ötelenme indeksi bakmndan δ/h tr)
Δm= Yükleme geçmiinin hedeflenen maksimum
deformasyon genliidir. Bu deer deneyden evvel
hesaplanmaldr. Bu deer esas deneyler öncesinde yaplacak
monotonik deney yardmyla hesaplanabilir. Eer
hedeflenen deerden daha küçük bir ötelenmede en iddetli
hasar balar ise, gerçek hasar balangç deerindeki
kümülatif hasar etkisinin aslnda numunenin tam yükleme
geçmiinde gerçekletii ile karlatrlp
alnmaldr. Eer en iddetli hasar durumu hedef deerde
henüz ortaya çkmam ise yükleme geçmii 0.3Δ kadar
genlikte daha ileri artlar kullanlarak devam ettirilmelidir.
Önerilen bu genlik deeri monotonik deney sonuçlar gibi
kantlarn eksik olmas durumunda 0.03’tür. (kat ötelenmesi
bakmndan, δ/h), [5, 26]
artan deformasyon genliinde tekrarlanan döngülerden
olumaktadr. Her genlikte (admda) 2 döngü yaplmaldr.
Uygulanacak yer deitirme (veya ötelenme) büyüklüü
(genlii, adm) yükleme balangcndaki a1=0.0048Δm
deerinden alnmaldr. Baka bir deyile ai, döngü genliini
ifade edecek olursa, birinci genlik a1, Δ’ya eit (veya çok
yakn bir deer), ve son planlanan genlik an, Δm’e eit
olmaldr (veya çok yakn bir deerdedir). Tablo 3’de FEMA
461’de [26] verilen bal yükleme geçmii yer deitirme
genlikleri verilmektedir. a1=0.0048Δm deeri için yük
geçmii grafii ekil 8’de verilmektedir.
ekil 8. Önerilen yükleme geçmiinin kavramsal
diyagram [26]
(FEMA461 2007) [26]
n 7 6 5 4 3 2 1
ai/an 0.133 0.186 0.260 0.364 0.510 0.714 1.000
Genlik art bir önceki genliin 1,4 kat olacak ekilde
yaplr. Bu ekilde yaplan yükleme durumunda yükleme
geçmiindeki adm veya art saysn ifade eden döngü art
saysn gösterir n deeri >10 olmaldr. Her bir genlik
deerinde 2 döngü yaplacandan toplam döngü says en az
20 olmaldr.
akma deeri, çekme testi ile ölçülen çelik malzemesinin
akma dayanm dikkate alnarak belirlenmitir. Belirlenen
akma deeri ve akma uzamas deeri dikkate alnarak esas
numunenin boyuna göre orantlanm ve numune Δ0 akma
genlii (akma uzamas) 1,51 mm bulunmutur. 1,4 kat
dikkate alnarak göçmeden en az 10 döngüyü içeren yükleme
protokolü belirlenmitir. Belirlenen yükleme protokolü ekil
9’da verilmektedir.
3 Bulgular ve tartma
ekipman kullanlarak, çubuk kuvvetleri, histeresis erileri,
eksenel yük-eksenel yer deitirme tepkileri, zarf erileri ve
enerji süneklik oranlar, her numune için ölçülen eksenel
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
veya olumsuzluklar birbirleriyle karlatrlmtr.
3.1 Eksenel yük kapasiteleri
gerilmesine ulaamadan burkulmutur (ekil 10). Bu durum
sadece sonraki basnç yük kapasitesini deil, uzama ve
ksalmaya bal, akma sonras eksenel çekme kapasitesini de
etkilemektedir. Sarglanm dier numunelerin de tamam
basnç yüklemesinde burkulmutur (ekil 10). Ancak
burkulma yerleri referans çubua göre farkllk
göstermektedir. Burkulma sonras davran, ilk burkulma
noktasndaki yorulmaya bal baz numunelerde kopma ile
sonuçlanmtr. Numunelerin çekme ve basnç eksenel yük
seviyeleri bu kuvvet deerlerinin yükleme seviyesi ve
referans çubuuna göre artan miktarlar olan Tablo 4'te
verilmitir. Çekme ve basnç bölgelerinde eksenel yük
tepkilerinin deiiminin grafiksel gösterimi ekil 11'de
verilmitir. En yüksek deerler, çekmede yaklak ayn
kalrken, basnç yüklemesinde en yüksek deere B-W
numune ulamtr. Bu numunenin çekme eksenel yük
kapasitesinde de art gözlenmitir.
karlatrlmas
Numune
3.2 Histeresis erileri
elemanlarn yapsal özelliklerini ortaya koymaktadr. Bu
döngüsel davran, özellikle basnca çalan elemanlarda,
burkulmadan yükün tanmasna bal daha tutarl bir
davrann ortaya çkp çkmadnn gözlenmesine ve
karlatrlmasna imkan salamaktadr. Histeresis erileri,
akma noktasna kadar lineer ve lineer olmayan elastik bir
bölgeden ve akma noktasndan sonra plastik bir bölgeden
oluur. Elastik bölgedeki yükselen eim ve plastik bölgedeki
azalan eim, elemann mukavemetini, sünekliini ve enerji
yutma kapasitesini ortaya koyarak genel yapsal
karakteristiini ortaya çkarmaktadr.
protokolüyle eksenel kuvvet-eksenel yer deitirme
deerleri elde edilmi ve bu deerler kullanlarak histerezis
erileri oluturulmutur. Bu eriler her bir numune için ayr
ayr ekil 12’de sunulmutur.
3.3 Zarf erileri
daha net bir biçimde tanmlanmasna olanak salar ve bu
parametreleri belirlemek amacyla kullanlr. Bu eriler, her
bir numunenin histeresis erileri üzerinde hedef
yerdeitirmedeki pik yük deerlerinin birletirilmesiyle
oluturulmutur (bkz. ekil 12). Numuneleri birbirleriyle
karlatrmak amacyla ayn grafik üzerinde ekil 13'te
verilmitir.
ulaan erinin dönüte akma yükü deerine karlk geldii
yerdeitirme deeri, Δu deeri olarak belirlenir. Bir sonraki
çevrimde akma yükünden çok düük deerlere ularsa bir
önceki çevrimin maksimum deeri Δu deeri olarak alnr.
Yük ve gerilme deerleri ikinci çevrimde azalr. Bunun
nedeni çubuklarda oluan plastik mafsal ve malzemede
gelien yorulmadr.
Süneklik ve enerji sönümleme kapasitesi, sismik
tasarmda dikkate alnmas gereken temel parametrelerdir.
Yap süneklii, o yapy oluturan elemanlarn süneklii ile
dorudan ilikilidir [28]. Bir yapnn veya yapsal
elemanlarn sünekliini tanmlamann birçok yolu vardr.
Bunlardan biri, maksimum yerdeitirme deerinin (Δu),
akma veya yerel burkulmann meydana geldii
yerdeitirme deerine (Δy) oran olarak Denklem (1)’de
ifade gibi tanmlanmaktadr [29]. ekil 14'de ekilsel
gösterimine bal hesaplanan süneklik oranlar Tablo 5’de
verilmitir.
u
y
B-W 12.02 7.63
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
ekil 12. Numunelerin histeresis ve zarf erileri
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
ekil 14. Göçme noktasnn ve süneklik
parametlerinin belirlenmesi [29]
Bu durumda süneklik orann Denklem (2)’deki gibi
hesaplanr. Buradaki μ1 deeri, basnç çubuunun, eleman
süneklik orann gösterir.
hesaplanmasndan farkl olarak, enerji yutma kapasitelerine
bal olarak süneklik oranlarnn belirlenmesi de
mümkündür. Bu ekilde hesaplanan süneklik deerleri
numuneler arasndaki fark daha net ortaya koymaktadr.
Deney numunelerine yerdeitirme kontrollü yükleme
protokolü uygulandndan ve yükleme protokolündeki
hedef yer deitirme deerleri her numune için ayn
olduundan, eksenel yer deitirmelere göre süneklik
oranlarnn belirlendii deerler arasnda benzerlikler
olumaktadr. Baka bir deyile direkt olarak süneklik
hesaplanmas, yerdeitirme kontrollü deneylerde
hesaplama yaplmaldr ki bu fark oluturacak parametre ise
eksenel yük seviyesidir.
kyasla farkl eksenel yük deerlerine sahip histeresis
erilerinde görülmektedir. Dier bir deyile, hedef
yerdeitirmelerde yük deerleri deiir. Bu nedenle
numuneler nihai tama kapasite deerlerine ulaana kadar
enerji kayp deerleri dikkate alnarak süneklik oranlarnn
hesaplanmas daha doru bir yaklamdr. Bunun yaplmas
adna ekil 14’deki hesaplama yaklam ile elastik enerji
kayp deerleri, ardndan Denklem (3) kullanlarak süneklik
oran hesaplanmaktadr.
p y
tüketim deeridir. Bu açklamaya göre hesaplanan enerji
süneklik oranlar grafiksel olarak ekil 15’te ve hesap edilen
deerler bakmndan Tablo 6’da verilmitir. Grafik ve
tabloda basnç bölgesindeki enerji deerleri dikkate alnan
deerlerdir. Çekme bölgesinde ise kopma veya yrtlma
gerçekleinceye kadar olan deerler dikkate alnmtr.
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
yitirinceye kadar olan elastik ve plastik enerji tüketimleri
Tablo 6. Enerji süneklii deerleri
Numune Enerji Süneklii Oran
B-W 130.03 75.69
Tablo 6’ya göre çekmede en yüksek enerji süneklii B-
B-1 numunesinde görülmektedir. Enkesit alan bulon delii
sebebiyle azalm olsa da balanan levhalarn katk salad
anlalmaktadr. Basnç bölgesinde bulonlu sarglarn bir
miktar katks görülmütür. Basnç bölgesinde ise en büyük
enerji süneklii B-W numunesinde görülmütür. Bu durum
en yüksek basnç dayanm gerilmesine ulamas sonucudur.
Ancak bu durum uzun sürmeyerek, ileri yerdeitirme
mertebelerinde zayf enkesitte plastik mafsal olumasna
bal, çekmede erken kopmayla sonuçlanmtr.
3.5 Enerji tüketim deerleri
döngülerinden hesaplanarak enerji tüketim deerleri elde
edilmitir. Çekme ve basnç yüklemesinden, her bir adm
için ayr ayr hesaplanan deerler sonrasnda, bir önceki
enerji tüketimi deeriyle hesaplanarak kümülatif (birikimli)
enerji tüketim deerlerine ulalmtr. Test numunelerine ait
kümülatif enerji tüketimi grafikleri, çekme ve basnç
döngüleri için ayr ayr ekil 16 ve ekil 17’de
verilmektedir. Çekme enerjileri birbirine yakn seyrederken,
erken döngülerde kopmasna ramen, B-W numunesinin
toplam enerji tüketimi, dier numunelerin deplasman
seviyesine göre düük kalmasna ramen yine dier
numuneler yakalamtr. Ancak basnç bölgesinde B-W’nn
enerji tüketimi dierlerine göre çok daha fazladr. Basnç
döngülerindeki bir sonraki yüksek deer B-B-1
numunesinde görülmektedir. Kümülatif enerji tüketimi
deerleri enerji süneklii ile paralellik göstermektedir.
ekil 16. Test numunelerinin kümülatif enerji grafii
(çekmede)
(basnçta)
mekanizmalarn dorudan etkilemitir. leri seviyedeki
hasar mekanizmalarnn görülmesi adna tama gücü çok
küçük mertebelere de ulasa da yüklemeye devam edilmitir.
Çubuklar üzerinde en çok gerilme ylmasnn olduu
noktalarda tersinir tekrarl yüklere bal yorulma
gerçeklemi ve kopmutur. Hasar mekanizmalarn her bir
numune için hasar fotoraflar ile birlikte aada
sunulmaktadr.
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
lerleyen döngülerde eksen d yerdeitirmeye bal orta
noktadaki plastik mafsalda yorulma gerçeklemi ve bu
durum çekme kuvvetlerinde bir miktar düüe sebep
olmutur. B-REF numunesinin deney sonras hasar görmü
hali ekil 18’de verilmitir.
ekil 18. B-REF numunesi test sonras hasar görünümü
3.6.2 B-CFRP numunesi
burkulmutur. Öncelikle numune ortasnn üst kuzey
tarafndaki CFRP sargnn (basnç bölgesindeki sarg)
etkiyen basnç kuvvetiyle çelik levhadan ayrlmtr. Bu
zamana kadar dayanmda görülen art, bu andan sonra
dümeye balam ve numunenin eksen d hareketi art
göstermitir. Buna deformasyona bal uçlara yakn CFRP
sarglarnda da açlmalar olumutur. B-CFRP numunesinin
deney sonras hasar görmü hali ekil 19’da verilmitir.
ekil 19. B-CFRP numunesi test sonras hasar görünümü
3.6.3 B-W numunesi
eklenmemi (zayf kalan) güney taraftaki kesitinden,
döngülerdeki yorulmaya bal kopmutur. lk burkulma yine
bu kesitte meydan gelmitir. B-W numunesinin deney
sonras hasar görmü hali ekil 20’de verilmitir.
ekil 20. B-W numunesi test sonras hasar görünümü
3.6.4 B-B-1 numunesi
mesafe ile kenar bulonlarn mesnete olan mesafeleri ayn,
dolaysyla burkulma boylar ayndr. Bu numunede bulon
çapna uygun dairesel bulon delii açld için bulon delikte
bir miktar hareket etse de sonunda levhaya yaslanarak
eksenel kuvvetin iletilmesini salamtr. Enkesitin de delik
sebebiyle zayflam bir enkesit olduu için bu noktada
burkulma gerçeklemitir. Eksen d yer deitirmenin
ilerlemesiyle birlikte üst güçlendirme levhas esas çubua
yaslanm ve serbest ucundan eilmitir. lerleyen
döngülerde ilk burkulmann gerçekletii noktadan çekme
döngüsünde kopmutur. B-B-1 numunesinin deney sonras
hasar görmü hali ekil 21’de verilmitir.
ekil 21. B-B-1 numunesi test sonras hasar görünümü
3.6.5 B-B-2 numunesi
burkulma orta noktaya yakn ve tüm levhalarn eilmesi
eklinde gerçeklemitir. Kenar bulonlarn mesnetlere
yaklatrlmasnn ve kenar bulonlar için esas numunede
açlan deliklerin ksa oval delik olarak açlmasnn, bu
davrann gerçeklemesinde etkili olduu düünülmektedir.
Orta noktada ise oval delik bulunmad için esas
çubuundan gelen yanal yer deitirme kuvveti güçlendirme
elemanlarna daha uygun bir biçimde iletilmi güçlendirme
levhalarna aktarlmtr. lerleyen döngülerde kopma
gerçeklememi ancak bulon deliklerinin açld zayf
enkesitte daralma gerçeklemitir. B-B-2 numunesinin
deney sonras hasar görmü hali ekil 22’de verilmitir.
ekil 22. B-B-2 numunesi test sonras hasar görünümü
NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / NOHU J. Eng. Sci. 2022; 11(1), 136-147
O. Düenci
çubuklarnn eksenel basnç kapasitelerinin sonrada yaplan
güçlendirmelerle artrlmasna yönelik yaplmtr. Bu
kapsamda referans bir basnç çubuuna dört çeit
güçlendirme uygulanarak tersinir tekrarl eksenel yükler
uygulanarak yapsal performanslar incelenmitir.
güçlendirmelerin biri çubua levha kaynaklanmasyla
yaplrken dier ikisi bulon balantl güçlendirmeler
olmutur.
ulalmtr.
olan B-W numunesi göstermitir.
Buna karn çubuun her ki ucunda da gövde kesitine göre
zayf kalan enkesiti çubuun erken kopmasna sebep
olmutur.
• Dier bulonlu numune B-B-2 en düük
performansl numune olmutur. Ancak bulonlu
güçlendirmelerde dayanm art düük mertebelerde kalsa
da bulonlu balantlarn geometrik ve balant yerlerinde
yaplacak deiikliklerle gelitirilebilecei anlalmaktadr.
delii kesit daralmasna sebebiyet verdii için çekme
döngülerinde erken göçmeye sebebiyet verebilmektedir.
• Karbon elyaf sargl numune (B-CFRP) beklenildii
gibi yüksek basnç dayanm gösterememitir. Uygulama
aamasnda esas çubuun daha pürüzlü hale getirilmesinin
davran etkileyebilecei sonucuna varlmtr. Bunun yan
sra esas çubuun enkesit geometrisinin farkl olmas
durumunda yapsal davran artrabilecei düünülmektedir.
Teekkür
örencim ve sevgili kardeim n. Müh. Ali Kemal Düenci
ile yine eski örencim n. Müh. Alperen Ahmet Balta’a
teekkür ederim.
Çkar çatmas
Benzerlik oran (Turnitin): %5
of all-steel buckling restrained braces. Journal of
Constructional Steel Research, 79, 151-158,
2013.https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2012.07.022
[2] Q. Xie, State of the art of buckling-restrained braces in
Asia. Journal of Constructional Steel Research, 61(6),
727-748, 2005. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2004.
strengthening of slender steel members for buckling
control. Journal of Composites for Construction, 24(5),
04020039, 2020. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.
sürtünmesiz çelik basnç çubuklar. Türkiye
Mühendislik Haberleri Dergisi, 436: 47-52. 2005
[5] O. Düenci, Art kesitli çekirdee sahip burkulmas
önlenmi basnç çubuklarnn eksenel yük altnda
deneysel ve numerik aratrlmas, Doktora Tezi,
Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye,
2015.
[6] C. J. Black, N. Makris, and I. D. Aiken, Component
testing, seismic evaluation and characterization of
buckling-restrained braces. Journal of Structural
Engineering, 130 (6): 880–894.2004. https://doi.org/
10.1061/(ASCE)0733-9445(2004)130:6(880).
technical papers of annual meeting, Architectural
Institute of Japan, 11, 403-404, 1971.
[8] M. Wakabayashi, T. Nakamura, A. Katagihara, H.
Yogoyama and T. Morisono, Experimental study on the
elastoplastic behavior of braces enclosed by precast
concrete panels under horizontal cyclic loading—Parts
1 & 2. In Summaries of technical papers of annual
meeting, Architectural Institute of Japan, 10, 1041-
1044, 1973.
Yapm Esaslarna Dair Yönetmelik. 4 ubat 2016 tarih
ve 29614 sayl Resmi Gazete. 2016
[10] TBDY-2018, Türkiye Bina Deprem Yönetmelii. 18
Mart 2018 Tarih ve 30364 Sayl Resmi Gazete, 2018
[11] EN 1993-1-1:2005, Eurocode 3: Design of steel
structures - Part 1-1: General rules and rules for
buildings.
1: Genel kurallar ve binalara uygulanacak kurallar
(Eurocode 3). Türk Standartlar Enstitüsü, 101s, Ocak
2014
Buildings, American Institute of Steel Construction,
Inc. 680 pp. 2016.
[14] S. Naimi and S. Kaya, Betonarme yaplarn çelik çapraz
elemanlar ile güçlendirilmesi. AURUM Journal of
Engineering Systems and Architecture, 3(2), 191-204,
Feb. 2020.
analysis of unstiffened steel I-section beams
strengthened with CFRP under 3-point bending. Thin-
walled structures, 53, 58-71, 2012.https://doi.org/
10.1016/j.tws.2012.01.005.
[16] M. Elchalakani, A. Karrech, H. Basarir, X. L. Zhao, S.
Fawzia, and M.F. Hassanein, Strengthening of mild
steel struts using CFRP sheets subjected to uniform
O. Düenci
112, 2017.https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.03.010.
[17] X.Y. Gao, T. Balendra, and C. G. Koh, Buckling
strength of slender circular tubular steel braces
strengthened by CFRP. Engineering Structures, 46,
547-556, 2013. https://doi.org/10.1016/
Limit states design in structural steel. In:7th Canadian
institute of steel construction, Alliston, Ontario; 2002.
[19] M. Vild and M. Bajer. Strengthening under load:
numerical study of flexural buckling of columns.
Procedia engineering, 190, 118–125,
2017.https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.316.
Türk Standartlar Enstitüsü, 57 s, 2011
[21] ANSI/AISC 341-16, Seismic provision for structural
steel building, American Institute of Steel
Construction, Inc. 480 pp,2016.
[22] E. Ekiz and S. El-Tawil, Using CFRP to achieve
buckling restrained behavior in steel compression
members. In Structural Engineering Research Frontiers
1-11., 2007. https://doi.org/ 10.1061/40944(249)51.
[23] J. Park, J. Lee and J. Kim, Cyclic test of buckling
restrained braces composed of square steel rods and
steel tube, Steel and Composite Structures, 13 (5), 423-
436, 2012 https://doi.org/10.12989/scs.2012.13.5.423
Seismic Design Recommended Testing Procedure for
Assessing the Behaviour of Structural Steel Elements
under Cyclic Loads. 1st Edition, Brussels,1986.
[25] ATC-24, Guidelines for Cyclic Seismic Testing of
Components of Steel Structures for Buildings, Report
No. ATC-24, Applied Technology Council, Redwood
City, CA,1992.
Performance Characteristics of Structural and
Nonstructural Components Through Laboratory
Emergency Management Agency, 2007
Federation,. Testing methods of the evaluation of
structural performance for the steel structures,
Japan,2002
[28] Y. Fukumoto and G. C. Lee, Stability and ductility of
steel structures under cyclic loading CRC press, 3,
1991.
[29] T. Usami, Y. Imai, T. Aoki and Y. Itoh, An
experimental study on the strength and ductility of steel
compression members under cyclic loading. Journal of
Structural Engineering, 37, 93-106, 1991.
2.3 Test düzenei ve kullanlan cihazlar malzeme özellikleri
2.4 Test protokolü
3.5 Enerji tüketim deerleri