KREN RAYLARINI TAŞIYAN KİRİŞLERİN STATİK VE DİNAMİK YÜKLEME ETKİSİ ALTINDA YANAL STABİLİTE DAVRANIŞLARININ NÜMERİK VE ANALİTİK OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

ÖZET

Ülke ekonomilerine önemli katkıları olan ağır sanayi hızlı bir şekilde büyümeye devam etmektedir. Büyüyen ve teknolojik olarak da gelişen endüstrilerde birçok alanda krenler yatay ve düşey taşımada sıklıkla tercih edilmektedir. Kullanılan birçok tip kren olmasına rağmen köprü tipi gezer krenlerin İnşaat Mühendisliği literatürü için yeri oldukça önemlidir. Bunun sebebi yapılara entegre olmaları ve işletme faaliyetleri sırasında hareket ettikleri rayların yapısal bir eleman olan kirişlerle taşınmasıdır. Krenlerin işletme faaliyetlerini yürüttükleri sanayi yapılarında, yürütülen endüstriyel faaliyetler sebebiyle istenilen açıklıklar çok fazla olmaktadır. Açıklıkların artması kren yürüme yolu kirişlerine olan tesiri arttırmakta ve bu sebeple yüksek kirişler teşkil edilmektedir. Bu durum, kren yürüme yollarının; yüksekliği fazla, kesit standartlarının dışında imal edilen kirişlerden teşkil edilmesine sebep olmaktadır. Bu durumdan yola çıkılarak gövde narinlikleri yüksek ve başlıkları kompakt (gövde kesitinde buruşma oluşması muhtemel) enkesitlere sahip kirişler, kren yürüme yolu kirişi olarak modellenerek statik ve dinamik (kren işletme faaliyetleri esnasında ortaya çıkardığı frenaj vb.) etkiler altında analizler gerçekleştirilmiştir.

Ayrıca buruşma ihtimalinin düşük olduğu tıknaz bir kesite sahip kiriş üzerinde de benzer analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda kren yürüme yolu kirişlerinin yanal burulmalı/buruşmalı burkulma kapasiteleri karşılaştırılarak dinamik etkilerin kesit gövdesinin narinleşmesi ve flanşların kompaktlaşması doğrultusunda yanal burulmalı/buruşmalı burkulma kapasitesini ne oranda etkilediğinin belirlenmesi amaçlanmıştır.

Sonlu elemanlar programı Abaqus CAE kullanılarak çelik Amerikan W profillerin yanal burulmalı burkulma davranışları tespit edilmiştir. Plastik analiz yapılan kirişler bir tarafı sabit bir tarafı eksenine paralel yönde harekete müsaade edecek şekilde basit mesnetli olarak teşkil edilmiştir. Yükleme, kirişlerin üst başlığından kiriş eksenine dik olacak şekilde sonlu eleman ağı üzerindeki düğüm noktalarına düşey ve üst başlık yan yüzeyinden kiriş düşey eksenine dik olarak etkitilmiştir.

Yapılan çalışma neticesinde düzenli artış gösteren tekrarlı çevrimsel yüklemelerin ve kiriş zayıf eksenine dik etkiyen yatay yüklerin I kesitli çelik kirişlerde yanal burulmalı burkulma performansını düşürdüğü ve gövde kestinde buruşmalar oluşturduğu görülmüştür. Bunların yanı sıra ani olarak etkiyen yüklemelerde, statik ve/veya daha uzun süreli dinamik yüklemelere göre çok daha büyük dayanımların oluştuğu görülmüştür. Ayrıca Türkiye Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar yönetmeliğinin önerdiği denklemler kullanılarak yapılan analitik çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar sonlu elemanlar analizi sonuçlarıyla kıyaslanmıştır. Uygulanan her yükleme prosedürü için yönetmelik çözümlerinin aşırı emniyetli tarafta kaldığı görülmüştür.

ABSTRACT

Heavy industry, which has important contributions to the country's economy, continues to grow rapidly. Cranes are frequently preferred for horizontal and vertical transportation in many areas in growing and technologically developing industries. Although there are many types of cranes used, bridge type overhead cranes have a very important place in the Civil Engineering literature. The reason for this is that they are integrated into the structures and the rails on which they move during operating activities are carried by beams, which are a structural element. In the industrial structures where the cranes carry out their operating activities, the desired openings are very high due to the industrial activities carried out. The increase in the openings increases the effect on the crane runway beams and therefore high beams are formed. This situation, the crane runways; It causes the beams to be formed from beams that are high in height and manufactured outside the section standards. Based on this situation, beams with high body slenderness and compact heads (with possible wrinkling in the body section) cross-sections were modeled as crane runway beams, and analyzes were carried out under static and dynamic effects (braking caused by crane operation activities, etc.).

In addition, similar analyzes were performed on a chunky cross-section beam with a low probability of wrinkling. In line with the data obtained, it is aimed to determine how much the dynamic effects affect the lateral torsion/wrinkling buckling capacity of the lateral torsional/wrinkled buckling capacities of the crane runway beams in the direction of the slenderness of the section body and the compaction of the flanges.

Lateral torsional buckling behavior of steel American W profiles was determined using the finite element program Abaqus CAE. The beams for which plastic analysis was performed were formed as simply supported, with one fixed side and one side allowing movement in the direction parallel to its axis. The loading was applied vertically to the nodal points on the finite element mesh from the top head of the beams perpendicular to the beam axis, and perpendicular to the beam vertical axis from the top header side surface.

As a result of the study, it has been observed that regular increasing cyclic loading and horizontal loads acting perpendicular to the weak axis of the beam reduce the lateral torsional buckling performance of I-section steel beams and create creases in the body cut. In addition, it has been observed that much greater strengths are formed in suddenly acting loads than in static and/or longer-term dynamic loads. In addition, the results obtained within the scope of the analytical study using the equations proposed by the Turkish Steel Structures Design, Calculation and Construction Regulations were compared with the results of the finite element analysis. It has been observed that the regulation solutions for each applied loading procedure remain on the extremely safe side.