Çelik I kesitli profillerin yapılarda konsol kiriş olarak düzenlenmesi sık
karşılaşılan bir durumdur ve bu elemanlar çoğunlukla kesitin kuvvetli ekseni etrafında
basit eğilme etkisi altında bulunurlar. Kullanılan malzemenin mekanik özelliklerine,
kesitin boyutlarına ve konsol kirişin boyuna bağlı olarak bu elemanlarda yanal
burulmalı burkulma gibi stabilite problemleri oluşabilir. Yanal burulmalı burkulma
durumunun oluşması, elemanın sınır şartlarına, kesit özelliklerine ve kullanılan
malzemenin mekanik özelliklerine bağlıdır, fakat enkesit süreksizlikleri ve elemandaki
geometrik kusurlar gibi etkenler de yanal burulmalı burkulma halinin oluşmasında etkili
olabilmektedir. Bu bakımdan analitik çalışmaların yanı sıra deneysel çalışmalar ile de
sonuçların elde edilmesi ve karşılaştırılmaların yapılması yararlı olmaktadır.
Bu çalışmada, I kesitli konsol kirişlerin kritik yanal burulmalı burkulma
yükünün farklı yük tipleri için bulunabilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla deneysel ve
analitik çalışmalar yapılmıştır. Yanal burulmalı burkulmanın diferansiyel denkleminin
Sonlu Farklar Yöntemi ile çözümü temel alınarak Enerji Yöntemi ile bir tasarım
denklemi geliştirilmiştir. Bu denklem ile hesaplanan elastik kritik yanal burulmalı
burkulma momenti sonuçları ABAQUS yazılımı ile kontrol edilerek sonuçların
karşılaştırılması yapılmış ve uyumlu olduğu saptanmıştır.
Çalışmanın deneysel kısmında serbest ucundan tekil yük etki eden konsol kiriş
şeklinde düzenlenmiş 9 adet IPE100 kesitli elemanın kritik yanal burulmalı burkulma
yükleri tespit edilmiştir. Deneylerde elde edilen sonuçlar ile geliştirilen tasarım
denkleminin sonuçlarının örtüştüğü görülmüştür. Deney sonuçları ayrıca ABAQUS
yazılımı ile de kontrol edilmiştir.
Deneyler ve analitik çalışmaların sonucunda, I kesitli konsol kirişlerin ilk akma
momenti, tam plastik moment ve elastik kritik yanal burulmalı burkulma momenti
değerlerine bağlı olarak tasarımda kullanılacak nominal moment değerlerini
hesaplamayı mümkün kılan bir tasarım prosedürü sunulmuştur. Bu tasarım prosedürü
kesitin üst başlık, kesme merkezi ve alt başlığından yüklenmesi özel hallerini
kapsamaktadır.
Sunulan tasarım prosedürü ile hesaplanan nominal moment değerleri AISC360-
10 ve EC3 yönetmeliklerinde verilen yöntemlerle hesaplanan nominal moment değerleri
ile de karşılaştırılmış ve yorumları yapılmıştır.
Arrangement of steel I sections as cantilevers is a common application in
structures. These structural elements are generally under bending about their strong
axis. Depending on mechanical properties of the structural material, section dimensions
and cantilever length, stability problems may occur on these structural elements such as
lateral torsional buckling. Occurring of lateral torsional buckling case is related to
boundary conditions, section properties and mechanical properties of the structural
material, however, parameters like section discontinuities and imperfections may be
effective on lateral torsional buckling. Therefore, it is useful to conduct experiments
and make comparisons between analytical and experimental results.
In this study, obtaining critical lateral torsional buckling loads for different
loading cases is aimed. For this purpose experimental and analytical studies are made.
A design formula is developed with energy method based on solution of differential
equation of lateral torsional buckling with finite differences method. It is seen that
elastic critical lateral torsional buckling moment values determined by presented
formula and ABAQUS software coincide.
In experimental part of the study, lateral torsional buckling loads of 9 IPE100
specimens, which are loaded with a concentrated load from their free end, are obtained.
It is seen that results obtained from experiments and presented formula are similar.
Experimental results are also checked with ABAQUS software.
As a product of experimental and analytical studies, a design procedure is
presented in the study which allows to calculate nominal and design moments for
cantilever I sections by considering first yield moment, full plastic moment and elastic
critical lateral torsional buckling moment values. This design procedure includes top
flange, shear center and bottom flange loading cases. Nominal moment values
calculated by presented design procedure are compared by values calculated by
procedures given in AISC360 and EC3 codes.
