Çelik Gömmeli Kompozit Kolonların Sonlu Elemanlar Analizi ile Sayısal Karşılaştırılması

In this study, four prototypical design examples were developed to investigate the behavior and design requirements for concrete-encased composite columns. All columns are square with a fixed transverse reinforcing bar arrangement but with different encased shapes with structural steel ratios of %1, 2, 4 and 8. The longitudinal reinforcing bars were chosen four different diameters of ϕ16, ϕ 20, ϕ24 and ϕ30. Four concrete strengths used fck= 40, 50, 60 and 70 MPa represent low, medium, and high-strength concrete, respectively. Firstly, for each model, moment-axial force interaction graphs defined in Design, Calculation, and Construction of Steel Structures (ÇYTHYE-2016) and American Institute of Steel Construction (AISC 360-16) standards were obtained. The maximum axial compression force it can carry for each different group has been calculated from these graphs. The axial pressure forces, displacements, strains, yield points of concrete, structural steel, and longitudinal reinforcement in the created models were obtained using the ANSYS finite element program. It was observed that as the concrete pressure value increased, the axial carrying capacity increased. Still, the bending moment value was very close to each other, and when only the steel ratio was changed, the bending moment values where the axial compressive strength remained constant. The maximum axial pressure force value calculated using the empirical expressions given in the regulations and the values obtained from ANSYS are compatible with each other. The most important result of the analysis is that the steel profile used in steel embedded sections can be used ultimately.

Bu çalışma, çelik gömmeli kompozit kolonların, beton dayanımı ile boyuna donatı oranının değişimine göre eksenel basınç kuvveti etkisindeki davranışını açıklamaktadır. Bu sebeple, dört farklı boyuna donatı (ϕ16-20-24-30), beton sınıfı (C40-50-60-70) ve yapısal çelik yüzdesi (%1-2-4-8) için on altı farklı grup olmak üzere toplamda altmış dört model oluşturulmuştur. Her bir model için önce Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esasları (ÇYTHYE-2016) ve American Institute of Steel Construction (AISC 360-16) standartlarında tanımlanan eksenel kuvvet-moment etkileşim grafikleri elde edilmiştir. Bu grafiklerden her farklı grup için taşıyabileceği maksimum eksenel basınç kuvveti hesaplanmıştır. Oluşturulan modellerdeki beton, yapısal çelik ve boyuna donatıya ait eksenel basınç kuvvetleri, yerdeğiştirmeler, şekil değiştirmeler, akma noktaları ANSYS sonlu elemanlar programı kullanılarak elde edilmiştir. Beton basınç değeri arttıkça eksenel taşıma kapasitesinin arttığını fakat eğilme momenti değerinin birbirlerine çok yakın gerçekleştiği ve sadece çelik oranı değiştirildiğinde ise eksenel basınç dayanımının sabit kaldığı, eğilme moment değerlerinin arttığı görülmüştür. Yönetmeliklerde verilen ampirik ifadeler kullanılarak hesaplanan en büyük eksenel basınç kuvveti değeri ile ANSYS’den elde edilen değerler birbirleri ile uyumlu çıkmışlardır. Analizlerin göstermiş olduğu en önemli sonuç çelik gömmeli kesitlerde kullanılan çelik profilin taşıma kapasitesinin tamamının kullanılabildiğidir.