Bu ders notundaki içi boş bırakılan kutular; öğrenci tarafından derste doldurulacaktır.

Bu ders notundaki içi boş bırakılan kutular;

öğrenci tarafından derste doldurulacaktır.

ÇELİK BİRLEŞİM ARAÇLARI Çelik yapılarda birleşim araçları şu sebeplerle kullanılır:

- Taşıyıcı sistem elemanlarını birbirine bağlamak (kiriş-kolon birleşim noktalarını, mesnetleri, kafes sistemlerde düğüm noktalarını teşkil etmek, vb.),

- Taşıyıcı sistem elemanlarını birbirine eklemek (büyük açıklıklı kafes sistem alt başlığı veya mütemadi kirişler gibi tek profil boyunun yeterli gelmediği durumlar, vb.)

- Zayıf enkesitlerin takviyesi ya da dolu gövdeli yapma profil¹ üretmek.

Çelik yapılarda kullanılan birleşimleri başlıca iki gruba ayırabiliriz:

- Çözülebilen birleşimler; bulonlu (cıvatalı) birleşimler,

- Çözülemeyen birleşimler; perçinli, kaynaklı birleşimler (yapıştırma tekniği üzerinde de araştırmalar yapılmaktadır, ancak henüz uygulama alanına girmemiştir).

PERÇİNLİ BİRLEŞİMLER Tarihçe ve Birleşimlerin Tatbiki*

Çelik yapılarda kullanılan en eski birleşim aracı olan perçin, 1850'den önceki yıllarda gemi ve kazan üretiminde kullanılmaktaydı. Daha sonraki yıllarda ise yumuşak çelikten (mild steel) üretilen bulonlar popüler hale geldi. Günümüzde kullanılan yüksek mukavemetli bulonların geliştirilmesinden evvel perçinler, bulonlardan daha güçlü birleşim araçları olarak kabul edilirlerdi. Bunun nedeni ise, iyi uygulanmış perçinin deliğini tamamen dolduruyor olması ve perçinli birleşimlerde, birleşen yüzeyler arasında sürtünme etkisinin oluşmasıdır. Bunun sonucu olarak, ilk çelik çerçeveli çok katlı taşıyıcı sistemlerde perçinli birleşimler kullanılmıştır (Şekil 1 ve 2). Görüldüğü üzere perçin eskiden çelik yapı elemanlarının ana birleşim aracı olmuştur, ancak fazla malzeme kullanılmasını ve karma işçilik gerektirdiğinden zaman içinde yerini bulon ve kaynak uygulamasına bırakmıştır. Perçinli birleşimler çok sınırlı olarak, dinamik ve titreşimli yük etkisindeki yapı elemanlarında kullanılabilmektedirler. Esasen günümüzde neredeyse hiç kullanılmıyorlar diye kabul edilebilir, öte yandan eski perçinli konstrüksiyonların yeni yüklere göre tahkiki ve gerektiğinde takviyesi bakımından uygulama ve hesaplarını öğrenmek gerekmektedir. Aslında perçinler günümüzde inşaat sektöründe çok az kullanılmakla birlikte özellikle havacılık sektöründe uçak yapımında en önemli bağlantı aracıdırlar, bunun en önemli sebebi ise farklı cins alaşım ve metalleri özellikle çelik ve alüminyumu birleştirmek açısından hiçbir problem yaratmamalarıdır. (Oysa farklı alaşımları bağlamak için kaynak uygulanamaz.)

Perçinli birleşim, birleştirilecek parçalarda önceden açılan deliklere, 900⁰C~1000⁰Cye kadar ısıtılmış perçinlerin (Şekil 3) dövülerek ve sıkıştırılarak yerleştirilmesiyle elde edilir. Parçalardaki delikler atölyede matkapla açılır. Bu hususta elektronik komutlu zımba tezgahları da kullanılmaktadır. Parçalardaki deliklerin tam olarak karşılıklı gelebilmesi için delikler önce 2~3 mm kadar küçük çaplı açılıp, montaj sırasında parçalar önce cıvatalarla birbirine bağlandıktan sonra, karşılıklı gelen delikler matkapla gerekli çaplarına getirilerek tam uyum sağlanabilir.

Şekil 4 ve 5’ de görüldüğü üzere, perçin başının şekline göre yuvarlak ve gömme başlı olmak üzere iki türlü perçin vardır. Yuvarlak ve gömme başlı perçinlerin ebatları ile ilgili şartnameler sırasıyla TS 94/2 ve TS 94/3 dür. Genellikle yuvarlak başlı perçinler kullanılır.

Yerine vurulmamış perçine ham perçin denir. Ham perçinin d gövde çapı, d1 delik çapından 1 mm daha küçük olur. Ham perçinin bir tarafında bulunan başa nizam başı denir. Ham perçin, perçin ocağında kızıl dereceye kadar ısıtıldıktan sonra deliğine konur. Bir işçi, bir perçin çekici ile nizam başına dayanırken, diğer bir işçi de perçin makinesinin ucuna takılı diğer bir perçin çekici ile perçinin delikten çıkan diğer

1 Çelik çerçeveli yapılarda ağırlıklı olarak kullanılmakta olan I ve U gibi profil kesitlerinin istenilen boyutlarda üretilmemesi veya gereken miktarlarda bulunmaması ülkemize özgü değildir. Bununla birlikte, ülkemizde üretilen profil çeşitlerinin azlığı nedeniyle istenilen kesite en yakın, büyük kesitin kullanılması %15-%20 malzeme kaybına neden olmakta, bir üst kesit de bulunmadığında bu oran %35' lere kadar yükselmektedir. İstenilen ebatta profillerin bulunamaması durumunda, levhalarla oluşturulan, dolu gövdeli yapma I profiller kullanmak malzeme giderlerini %15-%30 oranında azaltmaktadır. Bu nedenlerle yapma profiller çokça kullanılmaktadır.

ucuna darbe etkisi uygular (Şekil 1 ve 2). Perçin çekici ise genellikle pnömatiktir yani basınçlı havayla çalışır. Bu vurma etkisiyle nizam başının simetriği olan bir baş oluşur. Bu başa kapak başı denir. Perçinin vurulması sırasında gövdesi de şişerek deliği tamamen doldurur, böylece vurulmuş perçinin gövde çapı delik çapı olan d1’ e eşit olur.

Şekil 1. 102 katlı çelik iskeletli New York, Manhattan’daki Empire States binasının inşaatından bir fotoğraf; işaretli kısımda perçin ustaları çalışyor. (İnşaat süresi: 18 ay, 1931’de tamamlanmış.

Günümüzde dünyanın sekizinci yüksek yapısı ünvanını taşımaktadır.)

Şekil 2. Chanin kardeşler, New York’ta yaptırdıkları 56 katlı Chanin binasının kolonuna son perçini birlikte vururken çekilmiş bir fotoğraf (1929)

Şekil 3. 1900’lerin başında ham perçin ısıtmak için kullanılan perçin ocaklarına bir örnek

Şekil 4 Çeşitli özellik ve ebatlardaki ham perçinler

Perçinin iyi vurulabilmesi (gövdenin şişerek deliği tam olarak doldurabilmesi) bakımından, birleştirilen parçaların s ile gösterilen toplam kalınlığı ≤6,5d

1

olmalıdır. Kapak başının tam olarak oluşabilmesi bakımından, yuvarlak başlı perçinlerde ham perçin boyu şöyle olmalıdır:

l

₁

3 4

d s

+

≅

Gömme başlı ham perçin

Yuvarlak başlı ham perçin

Şekil 5. (a) Yuvarlak başlı (b) Gömme başlı perçin Perçinlerde uygun çap seçimi ve semboller

Birleştirilen parçaların kalınlıkları dikkate alınırsa vurulmuş perçin çapı ya da delik çapı belirlerken ya da kontrol ederken aşağıdaki bağıntı kullanılmalıdır:

1≅

d (cm)

tmin: (cm) cinsinden ………

d1 : (cm) cinsinden ……….

Bu denklem lamalar ve levhalar için geçerlidir; hadde profilleri açısından uygun delik çapları profil tablolarında verilmiştir.

Perçin çapları çizimlerde özel sembollerle gösterilir (Tablo 1). Perçinin nasıl vurulacağı ve tatbikin nasıl olacağı ile ilgili de özel gösterimler mevcuttur; bunlardan birkaç tanesi Şekil 6’ da verilmiştir.

Tablo 1. Perçin çap sembolleri

Genel olarak yuvarlak başlı perçin : Perçin şantiyede vurulacak : Delik de şantiyede açılacak :

Üst başlığı gömme perçin : Alt başlığı gömme perçin : Her iki başlığı gömme perçin :

Şekil 6. Perçin tatbik yöntemini ifade eden semboller

St 37 çeliği kullanılan yapı elemanlarında perçin çeliği olarak St 34; St 52 kullanılanlarda ise perçin çeliği olarak St 44 kullanılır.

1 1 1 1

Perçinli birleşimlerin çalışma şekli

Perçin, birleşimlerde gövde eksenine dik etki alacak şekilde kullanılır ve bu durumda da gövdesinde makaslama gerilmeleri ve gövdesi ile delik cidarı arasında basınç gerilmeleri oluşur (Şekil 6). Eğer, birleşim yerinde gövdeye paralel etkiler mevcutsa perçinde çekme gerilmeleri meydana gelir. Öte yandan perçinlerin çekme emniyet gerilmeleri düşüktür ve dolayısıyla bu gibi birleşimlerde perçin yerine bulon kullanılması uygun olur. Eksenel doğrultuda çekmeye çalışan bulonlara ise ankraj bulonları denir ve çekme hesabında dikkate alınması gereken alan bulonun diş dibi alanıdır. (Bu konuya bulon başlığında yeniden değinilecektir.)

- Perçinli birleşimlerde meyada gelen gövde eksenine dik etkiler aşağıdaki şekilde kalın çizgilerle gösterilmiştir:

Şekil 6 Perçinlerde meydana gelen etkiler

Makaslamaya çalışan tek kesit var: TEK TESİRLİ PERÇİN

d

1

Perçin gövde ekseni

Makaslamaya çalışan iki kesit var: ÇİFT TESİRLİ PERÇİN

!

Tesir sayısı belirlenirken, …..

Gövde eksenine dik etki alan perçinli birleşimlerde oluşan ezilme gerilmeleri ve basitleştirilmiş gerilme dağılımları aşağıdaki şekilde görülmektedir:

Şekil 7 (a) Tek tesirli birleşimde

σ

_l ezilme gerilmeleri, (b) Çift tesirli perçinde

σ

_l ezilme gerilmeleri, (c)Birleşime yukarıdan bakıldığında

σ

_l perçin ezilme gerilmeleri, (d) Birleşime yukarıdan bakıldığında

levhada oluşan

σ

gerilmeleri

Perçinli birleşimlerde hesap esasları Perçinlerle ilgili gerilme kontrolleri:

- Bir perçinde oluşan makaslama gerilmesi,

- Bir perçinde oluşan ezilme gerilmesi,

l

= σ τ =

Yandaki denklemlerde,

-P₁...

Yalnızca çekmeye çalışan çubuklarda:

n

P₁

=

P ifadesi ile bulunur. P birleşimdeki toplam kuvvet,

n

ise perçin sayısıdır.

- m ……….

- d₁ ……….

-

τ

_em……….

- t_min^* ………

……….

……….

-

τ

_em………..

-

σ

_l,em………

b

σ

l

σ

l

σ

l

σ

l

σ

l

σ

l

σ t

(a)

(b)

(c)

(d)

Bir perçinin güvenle aktarabileceği kuvvet:

τ

=

P1

σ

=

P1

Perçin gövde doğrultusunda etki alıyorsa:

em z

z d

P

2 , 1 1

4 π σ

σ = ≤

Tablo 2 Perçinlerde emniyet gerilmeleri

Perçin Malzemesi St 34 St 44

Yapı Malzemesi St 37 St 52

Yükleme Durumu EY (H) EİY (HZ) EY (H) EİY (HZ)

Makaslama gerilmesi,

τ

_em(kN/cm²) 14 16 21 24

Ezilme (yüzey basıncı) gerilmesi,

σ

_l,em, (kN/cm²) 28 32 42 48

Çekme gerilmesi,

σ

_z, (kN/cm²) 4,8 5,4 7,2 8,1

Perçinlerin birleştirdiği parçalarla ilgili kontroller:

Yalnızca çekme tesirinin mevcut olduğu elemanlarda, perçinlerin bağladığı parçaların kontrolü sırasında perçin deliklerinin neden olacağı enkesitteki alan kaybı dikkate alınır (Şekil 7(d)). (Enkesit üzerinde kuvvete dik doğrultuda kaç adet perçin deliği varsa hepsi dikkate alınmalıdır.) Elde edilen alana, “faydalı alan” denir. Birleştirilen parçalarda, faydalı alan kullanılarak hesaplanacak çekme gerilmeleri mutlaka çelik malzemenin çekme emniyet gerilmesinden küçük olmalıdır:

- Birleştirilen parçalarda meydana gelen kayma gerilmeleri ise kontrol edilmez, çünkü ……

Perçinlerde uygun yerleşim:

...

...

...

...

...

...

...

...

...

//

veya e

veya e

veya e

≤

≤

≤

≤

≤

≤ _⊥

)

; min(

_{1 1}

,

1 Pτ Pσ

P_em

=

e : iki perçin arası uzaklık (yatay, düşey, eğik olabilir)

e

⊥

:

kuvvet doğrultusuna dik kenar uzaklık e// : kuvvet doğrultusuna paralel kenar uzaklık

σ

çekme çubuğunda oluşan gerilme, P çubuğa etki eden çekme kuvveti, Anfaydalı alan,

σ

em çeliğin çekme emniyet gerilmesi

P

Perçin mesafelerindeki üst sınır önemlidir, çünkü …

Faydalanılan Kaynaklardan Bazıları:

1- Prof. Dr. Tevfik Seno ARDA, “Çelik Yapılar I Ders Notları”, İTÜ, İnşaat Mühendisliği Bölümü.

2- TS 648/Aralık 1980

3- Prof.Dr. Hilmi DEREN, Prof.Dr. Erdoğan UZGİDER, Doç.Dr. Filiz PİROĞLU, YRD.Doç.Dr. Özden ÇAĞLAYAN, “Çelik Yapılar”, Çağlayan Kitabevi, İstanbul, 2008.

4- Prof.A. Zafer ÖZTÜRK, “Çelik Yapılar- Kısa Bilgi ve Çözülmüş Problemler”, Birsen Yayınevi 4.Baskı.

5- Prof.Dr. Cemal EYYUBOV, “Çelik Yapılar”, Birsen Yayınevi, İstanbul, 2004.

6- Prof. Dr. Yalman ODABAŞI, “Ahşap ve Çelik Yapı Elemanları”, BETA, Basım Yayım Dağıtım, 1992.

7- Cüneyt KURTAY ve Mustafa BADEM, “Avrupa Ülkeleri ve Türkiye'deki Çelik Yapı Uygulama Olanak ve Kısıtlarının İncelenmesi”, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., Cilt 19, No 4, 351-363, 2004.

8- Filiz PİROĞLU, Erdoğan UZGİDER, Murat VURAL ve Özden B. ÇAĞLAYAN, “Geçmişten Bugüne Yapı Çeliği ve Önemli Yapısal Özellikleri”, Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı 426, 2003/4, 43-46.

…..özellikle fotoğraflar için çeşitli web sayfaları