Bir yapısal çelik sistemin güvenliği, elemanların (kiriş, kolon) dayanımından ziyade, bu elemanları birbirine bağlayan düğüm noktalarının (birleşimlerin) davranışına bağlıdır. ÇYTHYE 2016 (Bölüm 13) uyarınca, birleşimlerin tasarımı sadece "tutturmak" değil, kuvvet akışını yönetmelik sınırları içinde güvenle aktarmak üzerine kuruludur.
Kritik Yönetmelik Kuralı (Bölüm 13.1.8)
Bulonların Kaynaklarla Birlikte Kullanımı: Yeni yapılan birleşimlerde, aynı kuvveti paylaşmak üzere bulon ve kaynağın ortak çalışmasına izin verilmez. Kaynak çok rijit (sert), bulon ise esnektir. Yük geldiğinde önce kaynak tüm yükü alır ve kırılır, sonra bulona yük biner. Bu yüzden yükü ya tamamen kaynak ya da tamamen bulon taşımalıdır.
1. Birleşim Sınıflandırması: Mafsal mı, Ankastre mi?
Çelik yapı modellemesi (Tekla Structures vb.) yapmadan önce, mühendisin statik kabulünü bilmek zorundasınız. Yönetmelik (Bölüm 13.1.2 ve 13.1.3) birleşimleri aktardıkları kuvvetlere göre ayırır.
Basit (Mafsallı) Birleşimler
Tanım: Kirişin dönmesine izin verir (Bölüm 13.1.2).
Aktardığı Kuvvet: Sadece Kesme Kuvveti (V) ve Eksenel Kuvvet (N). Moment (M) aktarmaz.
Görüntü: Genelde sadece gövdeden bağlanır, başlıklar serbesttir.
Kullanım: Tali kirişler, rüzgar kolonları.
Moment Aktaran (Ankastre) Birleşimler
Tanım: Kiriş ile kolonu tek parça gibi kilitler (Bölüm 13.1.3).
Aktardığı Kuvvet: Moment (M) + Kesme (V) + Eksenel (N).
Görüntü: Başlıklar ve gövde tamamen kaynaklı veya çok sayıda bulonlu. Alın levhası (End-plate) kullanılır.
Kullanım: Ana taşıyıcı çerçeveler, deprem yükü alan kısımlar.
3. Kısmi Rijit (Yarı Ankastre) Birleşimler
Mühendislik Sırrı: Gerçek hayatta hiçbir birleşim %100 mafsallı (sıfır sürtünme) veya %100 ankastre (beton gibi donmuş) değildir. Kısmi rijit birleşimler, kirişten kolona bir miktar moment aktarırken, aynı zamanda bir miktar da dönmeye (esnemeye) izin verir.
Neden Az Kullanılır? Hesabı çok zordur! Kısmi rijit birleşimin ne kadar moment aktaracağını bulmak için özel "Moment-Dönme (M-θ)" eğrisi grafikleriyle doğrusal olmayan (non-lineer) hesap yapmak gerekir. Bu yüzden mühendisler, sistemi güvenli ve pratik tarafta tutmak için genel olarak "tam mafsal" veya "tam ankastre" olarak çözerler (ÇYTHYE-2016 Bölüm 13.1).
2. Bulon Teknolojisi ve Kaliteler
Sanayide "civata" denir, mühendislikte "Bulon". Yapısal çelikte marketten alınan parlak civatalar kullanılmaz. Yönetmelik (Bölüm 13.3) sadece belirli kalitelere izin verir.
8.8 ve 10.9 Ne Demek?
Bulon kafasındaki bu rakamlar, malzemenin Çekme (Kopma) ve Akma sınırlarını ifade eder.
-
İlk Rakam (8 veya 10): Bu sayıyı 100 ile çarparsanız malzemenin Çekme Dayanımını (Fub) bulursunuz.
Örn: 8 x 100 = 800 MPa (Kopma Anı) -
İkinci Rakam (.8 veya .9): Bu rakam, Akma Dayanımının (Fyb) Çekme Dayanımına oranıdır.
Örn: .8 → %80. Yani 800 x 0.80 = 640 MPa (Akma Sınırı).
Bulon Yerleşimi Altın Kuralları
ÇYTHYE Bölüm 13.3.2 ve 13.3.3 uyarınca kafamıza göre delik açamayız:
- Minimum Aralık: İki bulon merkezi arası mesafe, bulon anma çapının en az 3 katı (3d) olmalıdır. (Örn: M20 için 60mm).
- Minimum Kenar Mesafesi: Bulonun levha kenarına uzaklığı, yönetmelikteki Tablo 13.8'e göre belirlenir. Genellikle delik çapının 1.5 ile 1.75 katı alınır.
Levha Ezilme (Bearing) Tahkiki
Bir bulonun güçlü olması yetmez! Eğer bağlandığı sac çok inceyse, bulon kopmaz ama sacı yırtar veya deliği ovalleştirir.
Rn = 2.4 × d × t × Fu
Bulon çapı (d), levha kalınlığı (t) ve levhanın kopma dayanımı (Fu) ile hesaplanır. Her birleşimde "Bulon Kesmesi" ile "Levha Ezilmesi" kıyaslanıp küçük olan değer kapasite kabul edilir!
Çeliğin Anatomisi: Akma ve Kopma (Çekme) Gerilmesi
Bulon Kapasite Hesaplayıcı
ÇYTHYE 2016 - Bölüm 13.3.9 (Denk 13.10) Uyarınca
* Hesaplamada güvenlik katsayıları (Ω veya φ) hariç, karakteristik (nominal) dayanımlar esas alınmıştır.
Arka Plan Simülasyonu: Bu Kapasite Nasıl Bulunuyor?
Önce seçilen çapın (d) brüt enkesit alanı (A = πd²/4) hesaplanır.
Dişler düzlem içindeyse Kopmanın %45'i, dışındaysa %56.3'ü alınarak Alan ile çarpılır.
Çekme dayanımı, bulonun kopma dayanımının (Fub) her zaman %75'i olarak kabul edilir.
3. Kaynaklar: Çeliğin Tutkalı
Yönetmelik (Bölüm 13.2) kaynakları temelde ikiye ayırır: Küt Kaynaklar (Groove) ve Köşe Kaynaklar (Fillet). Projelerin %80'inde köşe kaynağı kullanılır.
Köşe Kaynağı Altın Kuralları (Bölüm 13.2.2)
-
Minimum Kalınlık (amin):
Yönetmelik Tablo 13.4'e göre; birleşen parça kalınlığı arttıkça, minimum kaynak kalınlığı da artmalıdır. Örneğin 20mm plakayı kaynatıyorsanız, kaynak en az 6mm olmalıdır. -
Etkin Uzunluk (Leff):
Bir kaynağın yük taşıyabilmesi için uzunluğu, kalınlığının en az 6 katı olmalıdır (L ≥ 6a). 40mm'den kısa kaynak yapısal kabul edilmez. -
Kaynak Metalinin Dayanımı (FEXX):
Kaynağın kesme dayanımı, kullanılan elektrodun kendi çekme dayanımının %60'ı kadardır (Fnw = 0.60 × FEXX). Yani kaynak, koptuğu değerin %60'ında makaslanarak kesilir.