INVESTIGATION OF FIXED END MOMENTS UNDER INCREASED LOAD IN STRUCTURAL ELASTOPLASTIC STEEL FRAMES

Abstract

In this study, the change of the fix end moments in the structural systems with elastoplastic material was investigated for beyond elastic behavior. Accordingly, the fix end moments of an element during the hinging have been calculated. During the load increase, beyond elastic behavior occur in the sections of the elements forming the structural system. This should be taken into account in the Structural Analysis of the system. SOMEP and SOEP analysis program, which is a doctoral study, was used to compute this state. In this study, an analysis method was developed to compute the fix end moments by obtaining section plasticization ratio which takes into account the beyond elastic states of the sections. This method was added to the SOMEP analysis program. Section plasticization ratio is a concept that gives the plasticization rate of the section which is the beyond elastic condition. In the analysis, the relations of indicating the change of fix end moments were revealed. The results obtained were presented in graph and charts. The material used was considered as the ideal elastoplastic material. In the study, nonlinear structural analysis of plane frames was performed by second order elasto-plastic analysis. In the examination of nonlinear analysis, in terms of materials and geometry, it was assumed that the plastic sections are accepted as a plastic hinge.

Keywords

• Elasto-Plastic
• Section Plasticization Ratio
• Nonlinear Analysis
• Fix End Moment

ARTAN YÜK ALTINDAKİ ELASTOPLASTİK TAŞIYICI ÇELİK ÇERÇEVELERDE ANKASTRELİK MOMENTLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Bu çalışmada elastoplastik malzemeli taşıyıcı sistemlerdeki ankastrelik momentlerinin değişimi, elastik ötesi davranış için incelenmiştir. Buna bağlı olarak bir elemanın mafsallaşma esnasındaki ankastrelik momentleri hesaplanmıştır. Yük artımı esnasında taşıyıcı sistemi oluşturan eleman kesitlerinde elastik ötesi davranışlar meydana gelmektedir. Bu durum sistem analizi esnasında dikkate alınmalıdır. Bu hali hesaplayan, doktora çalışması olan SOMEP ve SOEP analiz programı kullanılmıştır. Bu çalışmada, kesitlerin elastik ötesi davranışlarını dikkate alan kesit plastikleşme oranı elde edilerek, ankastrelik momentlerini hesaplayan bir analiz yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntem SOMEP analiz programına eklenmiştir. Kesit plastikleşme oranı elastik ötesi davranış olan kesitin plastikleşme oranını veren bir kavramdır. Çubuk uçlarındaki kesit plastikleşme oranını hesaplayan bağıntılar ortaya konularak analizler geliştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar grafik ve tablolar halinde sunulmuştur. Kullanılan malzeme ideal elasto-plastik malzeme olarak kabul edilmiştir. Çalışmada düzlem çerçevelerin ikinci mertebe elasto-plastik hesabı ile doğrusal olmayan analizi yapılmıştır. Malzeme ve geometri bakımından doğrusal olmayan analizler incelenirken, çubuk uçlarında oluşan kesit plastikleşmesi plastik mafsal olarak kabul edilmiştir.

Keywords

• Elasto-Plastik
• Kesit Plastikleşme Oranı
• Nonlineer Analiz
• Ankastrelik Moment

References

1. Açıksarı, H.F., 2019. Çelik Taşıyıcı Sistemlerin Doğrusal Olmayan Analizinde Ankastre Momentlerinin İncelenmesi. Yükseklisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
2. American Institute of Steel Construction, Inc. (AISC) (1999), Seismic Provisions for Structural Steel Buildings Supplement No. Chicago, IL.
3. Aysal SE., 1992. Kapalı dikdörtgen çelik çerçevelerin elastik-plastik analizi. Doktora Tezi, Y.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
4. Çakıroğlu, A., 1980. Özer, E., Malzeme ve Geometri Değişimi Bakımından Lineer Olmayan Sistemler, Cilt I, İ.T.Ü. Kütüphanesi, İstanbul.
5. Daryan, A.S., Palizi, S., 2020. New plastic analysis procedure for collapse prediction of braced frames by means of geneticalgo-rithm, Journal of Structura lEngineering (United States), 146(1), 1–14. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002462.
6. Doan-Ngoc, T., N.,Dang, X.L., Chuc, Q. T.,Balling, R. J., Ngo-Huu, C., 2016. Second-order Plastic-hinge Analysis of Planar Steel Frames Using Corotational Beam-column Element, Journal of Constructional Steel Research, 121, 413–426. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2016.03.016.
7. Hodge, P.G., 1959. Plastic Analysis of Structures, McGraw-Hill series in engineering sciences, New York.
8. İrtem, E., 1991. Uzay çubuk sistemlerde ikinci mertebe limit yükün hesabı için bir yük artımı yöntemi. Doktora Tezi, G.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü İstanbul.

9. Kanchanalai, T., 1977. “The design and behavior of beam-columns in unbraced steel frames.” AISI Project No. 189, Report No. 2, Civil Engineering/Structures ResearchLab., University of Texas at Austin, pp. 300.
10. Liapunov, S., 1974. Ultimate strength of multi story steel rigit frames. J. Struct. Div., 100, (8) , pp.1643.
11. Moy, SSJ., 1996.Plastic Methods for Steel and Concrete Structures, Ed. 2, MACMILLAN, London.
12. Özer, E.,1980. Çakıroğlu A., Malzeme ve Geometri Değişimi Bakımından Lineer Olmayan Sistemler I. Matbaa Teknisyenleri Basımevi, İstanbul.
13. Özer, E., 2004. “Yapı Sistemlerinin Lineer Olmayan Analizi”, Ders Notları, sayfalar 1-238, https://dokumen.tips/documents/yapi-sistemlerinin-dogrusal-olmayan-analizi.
14. Özer, E., 2004. “Yapı Sistemlerinin Lineer Olmayan Analizi Ders Notları”, www.ins.itu.edu.tr/eozer, İstanbul.
15. Parikh, B.P., 1966. The elastic-plastic analysis and design of unbraced multistory steel frames, PhD. Dissertation, Lehigh University, pp.53-63.
16. Tok, H., 2000. Evaluation of Collapse Loads and Mechanisms of Multistory Structures By Nonlinear Analysis Methods. Doctoral Thesis, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir.
17. Tok, H., 2002. Elastoplastik Malzemeli Taşıyıcı Sistemlerde Yük Artımı Oranlarının Göçme Yüküne ve Sistem Davranışına Etkileri.4. Mühendislik-Mimarlık Sempozyumu, sayfa 491-500, Balıkesir, Türkiye, 11-12-13 Eylül.
18. Uslu, F. 2016. İki Boyutlu Çerçevelerin Plastik Analizinde Eksenel Kuvvetlerin Etkisinin İncelenmesi. Yükseklisans Tezi, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya.
19. Uslu, F., Bayer, M.T., Saraçoğlu, M.H., 2021. New Elastoplastic Analysis of Two-Dimensional Frames When Some Plastic Hinges Unload Elastically, Int J Steel Struct 21, 525–538.https://doi.org/10.1007/s13296-021-00453-6.
20. Üçerler, C., 1995. Özet Çok Katlı Çelik Çerçevelerin H. Mertebe Limit Yüklerinin Hesabı.Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Balıkesir.
21. Wood, R.H., 1958. The stability of Tall Buildings, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, pp. 11-69.https://doi.org/10.1680/iicep.1958.2424.
22. Yılmaz, M., 2003. Elasto-Plastik Çerçeve Sistemlerin Dinamik Analizi. Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
23. Yurtsever, M., 2005.Çelik Çerçevelerin Eurocode 3’e Göre Boyutlandırılmasında Kullanılan Plastik Hesap Yöntemleri. Yükseklisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.