CY_Hafta 2

1.7 ) Çelik Yapılarda Yangın (Yüksek Sıcaklık) Etkisi
Çelik yapıların en büyük dezavantajlarından biri yüksek ısı (yangın) etkisi altında mekanik
özelliklerinin hızla olumsuz yönde etkilemesidir. Sıcaklık artıkça çeliğin elastisite modülü ve
akma mukavemeti önemli azalmalar gösterir. Sıcaklık 1000o C’ye ulaştığında ise akma
dayanımı sıfıra yaklaşır, yani çeliğin taşıma kapasitesi tamamen sona erer.
Çelik yapıların yangın güvenliğinin sağlanması amacıyla;
a) Yapıda yangın oluşumunu ve yaygınlaşmasını önleyecek yangın söndürme sistemleri
oluşturulabilir.
b) Yangın etkisi altında meydana gelebilecek sıcaklık değerleri esas alınarak bina tasarımı
yapılabilir. (Bunun için yangın senaryoları hazırlanmalıdır)
c) Çelik taşıyıcı elemanlara yangın etkisine dayanabilecek düzeyde yalıtım uygulanabilir.
(Yalıtım için genellikle alçı sıva, alçı kaplama, perlit vb mineral içerikli sprey kaplamalar
ve perlit içerikli beton kaplamalar kullanılmaktadır.
Isı etkisi altında çeliğin gerilme şekildeğiştirme bağıntısındaki değişim
1
BAÜ MÜH.MİM. FAK. İNŞAAT MÜH. BL.
Yrd.Doç.Dr. Kaan TÜRKER
ÇELİK YAPILAR-I DERS NOTLARI
2.HAFTA (2014)
Yangın sonucu göçen çelik taşıyıcı sistem
Çelik taşıyıcıları yangın (yüksek sıcaklık) etkisinden
korumak amacıyla yapılan yalıtım uygulamaları
Çelik
kolon
Metal
sıva tirizi
Metal
destek
Betonarme
döşeme
Çelik
kolon
İki kat alçı
tabaka
Alçı levha
Alçı sıva
Betonarme için
enine donatı
Çelik
kolon
Beton
2
BAÜ MÜH.MİM. FAK. İNŞAAT MÜH. BL.
Yrd.Doç.Dr. Kaan TÜRKER
ÇELİK YAPILAR-I DERS NOTLARI
2.HAFTA (2014)
1.8) Çeliğin mekanik özellikleri
Çelik homojen ve izotrop (fiziksel ve mekanik özellikleri yükleme doğrultusuna bağlı olarak
değişmeyen) bir yapı malzemesidir.
Elastisite modülü
:
E =2100 000 kg/cm2
Kayma modülü
:
G=E/2(1+ν) = 810 000 kg/cm2
Poisson oranı
:
ν = 0.3
Isısal genleşme katsayısı :
αt = 12.10-6
Çelik Çekme Deneyi
Çelik bir numune aşağıda belirtilen çekme deneyine tabi tutulduğunda, aşağıdaki GerilmeŞekildeğiştirme (σ-ε) grafiği elde edilir.
L
Deneyde hesaplananlar
uzama
F : En kesit alanı
P
P
∆L =L’-L
L’
Gerilme
σ=
P
F
Şekildeğiştirme
ε=
∆L
L
A
Çelik için Gerilme-Şekildeğiştirme (σ
σ-εε) Bağıntısı
3
BAÜ MÜH.MİM. FAK. İNŞAAT MÜH. BL.
Yrd.Doç.Dr. Kaan TÜRKER
ÇELİK YAPILAR-I DERS NOTLARI
2.HAFTA (2014)
P kuvveti sıfırdan itibaren yavaş yavaş arttırılır.
P
gerilmesi σp orantılı sınır gerilmesine varıncaya kadar malzeme
σ=
F
bir karakter gösterir, yani Hook Kanunu geçerlidir.
Hook Kanunu : ε =
lineer-elastik
σ
E
gerilmesi, σp’yi aştıktan sonra, σE elastik sınır gerilmesine varıncaya kadar
malzeme yine elastik kalır, fakat Hook Kanununa uymaz.
σ
σ gerilmesi, σE’yi aştıktan sonra, malzemenin elastik özelliği bozulur.
σ gerilmesi, σF akma sınır gerilmesine ulaştığı zaman, malzemede akma ve büyük
plastik şekildeğiştirme meydana gelir.
(platosu) adı verilir.
F-A arasındaki akma bölgesine akma sahanlığı
Büyük plastik şekildeğiştirmeden sonra malzeme kendini toparlar ve gerilmeler tekrar
artmaya başlar (A-B arası bölge) . Bu olaya pekleşme denir.
Gerilme, σB kopma sınır gerilmesine ulaşılınca numune biraz daha uzayarak kopar.
Çelik malzeme plastik bölgede bir C noktasına kadar yüklendikten sonra gerilme tekrar
sıfıra getirilirse (yük boşaltılırsa), (σ-ε) diyagramı, OP’ye paralel CC’ doğrusuna karşılık
gelir. Mevcut şekildeğiştirmenin bir kısmı (εel) geri döner, bir kısmı ise kalır (εpl).
ε = εpl + εel
Bu yükleme boşaltmadan sonra, OC’ = εpl kadar şekildeğiştirme kalmış malzeme
yeniden yüklenirse, (σ-ε) diyagramı, C’CB olarak elde edilir. Yani malzeme σC
gerilmesine kadar lineer elastik karakter gösterir. Malzemenin sertliği ve akma sınırı
artar, sünekliği ise OC’ kadar azalmış olur.
1.9 ) Çelik yapıların hesabında gözönüne alınan yükler ve Yükleme
Kombinasyonları
Çelik yapılar için
Esas Yükler (EY) :
Öz yükler, faydalı hareketli yükler, kar yükü, kren yükü, makinelerin kütle kuvvetleri
İlave Yükler (İY) :
Rüzgar yükleri, deprem yükleri, krenlerin ve araçların fren yükleri, krenlerin kaldırma yükleri,
montaj ve tamir aşaması yükleri, ısı etkileri
olmak üzere iki yük grubu tanımlanır ve bu yükleri içeren iki yükleme durumu (kombinasyon)
esas alınarak boyutlandırma yapılır. Bu yük durumları;
1) EY Yüklemesi
2) EİY Yüklemesi
: Esas yükler yüklemesi.
: Esas yükler ve ilave yükler yüklemesi.
4
BAÜ MÜH.MİM. FAK. İNŞAAT MÜH. BL.
Yrd.Doç.Dr. Kaan TÜRKER
ÇELİK YAPILAR-I DERS NOTLARI
2.HAFTA (2014)
İlave yükler grubunda yüklerin aynı anda etkimeyecekleri kabul edilir. Buna göre her bir ilave
yük için ayrı ayrı EİY yüklemesi yapılır.
Örneğin; G sabit yükleri, Q hareketli yükleri, E deprem yüklerini, W rüzgar yüklerini göstermek
üzere;
Bir yapıda aşağıdaki yüklemeler için ayrı ayrı boyutlandırma yapılmalıdır.
EY : G+Q
EİY-1 : G+Q+E
EİY-2 : G+Q+W
Not: Yükün özelliğine göre (+) ve (–) yüklemeler ve farklı doğrultular için de gerekli yükleme
yapılır.
1.10) Çelik yapıların boyutlandırma yöntemi
Çelik yapıların boyutlandırılması için günümüzde 3 farklı yöntem bulunmaktadır. Bunlar;
1) Emniyet Gerilmeleri Yöntemi (TS 648)
2) Plastik Boyutlandırma Yöntemi (TS 4561)
Taşıma gücü esaslı yöntemler
3) Yük ve Mukavemet Faktörü Esaslı Yöntem
Ülkemizde çelik yapıların boyutlandırılması için “Emniyet Gerilmeleri Yöntemi ve
“Plastik
Boyutlandırma Yöntemi” öngörülmekte ancak, çok yaygın olarak “Emniyet Gerilmeleri
Yöntemi” kullanılmaktadır.
Emniyet Gerilmeleri Yöntemine göre;
Yapıya etkiyen işletme yüklerinden (Pi) oluşan gerilmeler (σi) belirlenir.
Malzemenin sınır gerilmesi (taşıma gücü) bir emniyet katsayısına (e) bölünerek emniyet
gerilmeleri (σem) belirlenir.
İşletme gerilmesi, emniyet gerilmesinden küçük veya ona eşit olacak şekilde en kesit
boyutları belirlenir.
Pi
σi
≤
σem
σem = σsınır / e
Bu yöntemin esasları ve çelik yapı elemanlarının boyutlandırılmasında kullanılacak olan emniyet
gerilmeleri, çelik sınıflarına bağlı olarak TS 648’de verilmiştir.
5
BAÜ MÜH.MİM. FAK. İNŞAAT MÜH. BL.
Yrd.Doç.Dr. Kaan TÜRKER
ÇELİK YAPILAR-I DERS NOTLARI
2.HAFTA (2014)
TS 648’e göre Çelik yapı elemanları için akma gerilmeleri ve emniyet
gerilmeleri (Esas Yükler için)
Gerilme Türü
Çelik türü
Çekme
emniyet
gerilmesi
Akma
gerilmesi
Kayma
emniyet
gerilmesi
Basınç emniyet gerilmesi
(kg/cm2)
(kg/cm2)
(kg/cm2)
τem
[σbem = σçem / ω(λ) ]
St 37 (Fe37)
2400
1440
831
St 52 (Fe52)
3600
2160
1247
Basınç Emniyet gerilmesi değerleri
elemanın narinliğine bağlı olarak
değişkendir
σF
σçem
Özel gerilme durumları:
1) Eleman en kesitinde, iki eksenli gerilme durumu ortaya çıkması ve kesitte oluşan
kayma gerilmesinin (τ), kayma emniyet gerilmesinin (τem) yarısını aşması halinde:
“Biçim Değiştirme Enerjisi Hipotezi”’ne göre Kıyaslama gerilmesi hesaplanır ve bu gerilme
değeri aşağıda belirtilen sınır değerler ile karşılaştırılır.
Kıyaslama gerilmesi :
σ v = σ 2x + σ 2y − σ x σ y + 3τ 2
≤
Tek eksenli gerilme durumunda aşağıdaki ifade kullanılır.
Kıyaslama gerilmesi :
σ v = σ 2x + 3τ 2
≤
0.75 σF
0.80 σF
0.75 σF
0.80 σF
σF :
(EY Yüklemesinde)
(EİY Yüklemesinde)
Çelik akma gerilmesi
(EY Yüklemesinde)
(EİY Yüklemesinde)
Esas ve İlave Yükler Yüklemesi durumunda Emniyet gerilmeleri:
Esas yüklere ait emniyet gerilmeleri % 15 - %33 artırılarak belirlenir.
Deprem dışındaki diğer ilave yükler için EİY yüklemesinde emniyet gerilmeleri % 15 artırılır
(TS 648).
Deprem yüklerini içeren EİY yüklemesinde emniyet gerilmeleri;
Birleşim ve eklerin tasarımında : % 15
Eleman tasarımında % 33 artırılır
(DBYBHY-2007).
Kaynaklar
•
•
•
•
•
•
“Çelik Yapılar”, H. Deren, E. Uzgider, F. Piroğlu, E. Çağlayan, Çağlayan Kitapevi, 3. baskı, (2008).
“Ahşap ve Çelik Yapı Elemanları”, Y. Odabaşı, Beta Yayınları, (1992).
“Structural Steel Designer's Handbook”, R.L. Brockenbrough, F.S. Merritt, McGraw-Hill1, (1994).
“Design of Steel Structures”, E.H. Gaylord, C.N. Gaylord, J.E. Stallmeyer, McGraw-Hill, (1992).
TS 648 , Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları.
İMO-02.R-01/2008, Çelik Yapılar - Hesap Kuralları ve Proje Esasları” İMO İstanbul Şubesi, Çelik
Yapılar Komisyonu, (2008).
• Deprem Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Binalar Hakkında Yönetmelik (2007)
6
BAÜ MÜH.MİM. FAK. İNŞAAT MÜH. BL.
Yrd.Doç.Dr. Kaan TÜRKER
ÇELİK YAPILAR-I DERS NOTLARI
2.HAFTA (2014)

Download Report