Çekme Elemanlarının Tasarımı

Eksenel çekme kuvvetini taşıyan kafes kiriş elemanları, çapraz ve kolon gibi yapısal elemanlara çekme elemanı denir.

Eksenel çekme kuvveti etkisindeki elemanlar, hesap açısından basit elemanlar olup, üniform eksenel kuvvet etkisinde olduklarından dolayı çekme deneylerinde elde edilen gerilme - şekil değiştirme eğrisine uygun davranış sergilerler.

Yapısal çelik malzeme davranışına uygun olarak doğrusal ve elastik kabulü ile dayanımları belirlenen çekme elemanları; üretim şekilleri nedeniyle kaçınılmaz olan artık gerilme ve başlangıç eğriliği etkileri göz önüne alınarak tasarlanmalıdır.

Eksenel Çekme Kuvveti Etkisindeki Elemanlarda Dayanım

Eksenel çekme etkisindeki elemanların bulonlu birleşimler ile birlikte kullanılması halinde, bulon deliklerinin yer aldığı bölgelerde akma gerilmesine daha önce ulaşılacaktır. Bu durum ise yük – yer değiştirme eğrisi kullanılarak, doğrusal elastik kabulü ile yapılan dayanım hesaplarını etkileyecektir.

Çekme elemanlarında bulonlu birleşim kullanılması durumunda doğrusal olmayan yük – yer değiştirme davranışının kullanılması gerekir.
Çekme elemanlarının bulonlu ve kaynaklı birleşimlerinde, yükün üniform dağılmaması neticesinde, yük transferinde çalışan enkesit alanı, tüm enkesit alanına eşit değildir.

Özellikle makaslarda (kafes kiriş) ve çaprazlarda kullanılan L ve U kesitlerin, tamamının bulon veya kaynak ile bağlanmaması nedeniyle yük transferinde etkili alan olarak adlandırılan belirli bir bölge çalışır. ‘Shear Lag ‘ etkisi olarak isimlendirilen bu fenomen nedeniyle çekme elemanlarının tasarımında etkili net alan kullanılır.

Çekme elemanlarında dayanım hesabında 3 farklı alan kullanılır:

Kayıpsız Alan ( Ag)
Net Alan (An)
Etkili Net Alan (Ae)

Çekme Etkisi için Sınır Durumlar

Çekme kuvveti etkisindeki elemanlarda 3 farklı göçme koşulu vardır:

Akma Sınır Durumu
Kırılma Sınır Durumu
Blok Kırılma Sınır Durumu

Eksenel Çekme Kuvveti Etkisindeki Elemanların Farklı Yönetmelikler ile Tasarımı

Çelik Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları Yönetmeliği – GKT ve YDKT

Çekme elemanı narinliği kontrol edilmelidir. Yönetmeliğin 7.1.1 maddesi gereği narinlik oranı 300’ den küçük olmalıdır.

Akma Sınır Durumu

Tasarım çekme kuvveti dayanımı, ɸ_tT_n, (YDKT) veya elemanın güvenli çekme kuvveti dayanımı, T_n/Ω_t, (GKT),

ɸ_t = 0.90 (YDKT) veya Ω_t = 1.67 (GKT)

Kırılma Sınır Durumu

Tasarım çekme kuvveti dayanımı, ɸ_tT_n, (YDKT) veya güvenli çekme kuvveti dayanımı, T_n/Ω_t, (GKT),

ɸ_t = 0.75 (YDKT) veya Ω_t = 2.00 (GKT)

Etkili net alan hesabı için U değerleri Tablo7.1’den alınmaktadır.
Blok kırılma sınır durumu birleşimler için ek kontroldür.

13.4.3 - Blok Kırılma Dayanımı

Karakteristik blok kırılma dayanımı R_n, kesme yüzeyi veya yüzeyleri boyunca akma ve kırılma sınır durumları ile dik çekme yüzeyi boyunca kopma sınır durumları esas alınarak, Denk.(13.19) ile hesaplanacaktır.

Tasarım blok kırılma dayanımı, ɸRn (YDKT) veya güvenli blok kırılma dayanımı, R_n/Ω (GKT)

ɸ = 0.75 (YDKT) veya Ω = 2.00 (GKT)

AISC 360-10 ASD ve LRFD

Çekme elemanı narinliği kontrol edilebilir. Yönetmeliğin D1 maddesi gereği narinlik oranı 300’ den küçük olmalı. ( Zorunluluk değil, öneri niteliğindedir.)

Akma Sınır Durumu

(a) For tensile yielding in the gross section:

ɸ_t = 0.90 (LRFD) Ω_t = 1.67 (ASD)

Kırılma Sınır Durumu

(b) For tensile rupture in the net section:

ɸ_t = 0.75 (LRFD) Ω_t = 2.00 (ASD)

Etkili net alan hesabı için U değerleri Tablo D3.1’den alınmaktadır.
Blok kırılma sınır durumu birleşimler için ek kontroldür.

Block Shear Strength

The available strength for the limit state of block shear rupture along a shear failure path or paths and a perpendicular tension failure path shall be taken as

ɸ = 0.75 (LRFD) Ω = 2.00 (ASD)

where

A_nt = net area subject to tension, in.² (mm²)

Where the tension stress is uniform, U_bs=1; where the tension stress is nonuniform, U_bs=0.5.

TS EN 1993-1-1

Enkesit sınıfının belirlenmesi gerekir.

Akma Sınır Durumu

The yield limit state of equation 2.2 is given in EC3 as

Kırılma Sınır Durumu

The fracture limit state of equation 2.4 is given in EC3 as

where A_net is the net area of the cross-section and is the partial factor for resistance in tension to fracture, with a value of 1.1 given in the National Annex to EC3. The factor 0.9 in equation 2.20 ensures that the effective partial factor for the limit state of material fracture (N_u,Rd) is suitably higher than the value of for the limit state of yielding (N_pl,Rd), reflecting the influence of greater variability in f_u and the reduced ductility of members which fail by fracture at bolt holes.

According to clause 3.10.3(2) of EC3-1-8, a single angle in tension connected by a single row of bolts, see Figure 3.11, may be treated as concentrically loaded over an effective net section for which the design ultimate resistance should be determined as follows:

Örnek Hesap

Aşağıdaki şekilde bulonlu birleşim detayı verilen 3.5 m uzunluğundaki L 70x70x7 enkesitli korniyer (köşebent) ile boyutlandırılan eleman sabit ve hareketli yükler altında sırasıyla, P_G = 30kN ve P_Q = 55kN eksenel çekme kuvvetleri etkisindedir.

a. Elemanın karakteristik çekme kuvveti dayanımının belirlenmesi

b. Elemanın tasarım çekme kuvveti dayanımının kontrolü (YDKT)

c. Elemanın güvenli çekme kuvveti dayanımının kontrolü (GKT)