Çelik ankrajlı kompozit kirişlerin tasarım esaslarının irdelenmesi ve tasarım tablolarının hazırlanması

Çelik ankrajlı kompozit kirişler, yapısal çelik profillerle betonarme döşeme arasındaki aderansın çelik ankrajlarla sağlandığı kompozit yapı elemanlarıdır. Kompozit kirişlerin eğilme momenti dayanımı, döşeme ile profil arasındaki etkileşim miktarına bağlıdır. Yeterli sayıda ankraj kullanıldığında, yüksek dayanımlı tam-etkileşimli kompozit kirişler elde edilebilirken, ankraj sayısı azaltılarak nispeten daha düşük dayanımlı ancak daha ekonomik kısmi-etkileşimli kompozit kirişler tasarlanabilmektedir. Ülkemizde, kompozit kirişlerin tasarım esasları, 2016 yılında yürürlüğe giren Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları Dair Yönetmelik'te (ÇYTHYEY) Bölüm 12'de tanımlanmıştır. Bu tezin amaçlarından biri, I-kesitli çelik ankrajlı kompozit kirişler için ÇYTHYEY'de tanımlanan tasarım esaslarının, bu esasların alındığı temel yönetmelik olan AISC 360-16 yönetmeliğinde verilen esaslar çerçevesinde kapsamlı bir şekilde irdelenmesidir. Bu amaçla, iki yönetmelik karşılaştırılarak aralarındaki temel farklılıklar ortaya konmuştur. Çalışmanın diğer bir amacı, ÇYTHYEY'de tanımlanan tasarım esasları ile Yük ve Dayanım Katsayılarına Göre Tasarım (YDKT) yöntemini kullanarak, farklı etkileşim oranlarına sahip çelik ankrajlı kompozit kirişlerin pozitif tasarım eğilme momenti dayanımlarını veren pratik tasarım formülleri türetmektir. Türetilen bu formüllerden yararlanılarak, ülkemizde yaygın şekilde kullanılan Avrupa I-profilli kompozit kirişlerin, Amerika Çelik Yapı Enstitüsü tarafından yayınlanan Çelik Yapı Kılavuzu'nda tanımlanan 7 farklı plastik tarafsız eksen konumu için, eğilme momenti dayanımları hesaplanmıştır. Farklı kesit/malzeme özellikleriyle farklı etkileşim oranlarına sahip elemanların dayanımları karşılaştırılarak, kompozit kirişlerin tasarım dayanımlarını belirleyen temel parametreler tespit edilmiştir. Çalışmanın bir diğer amacı da, ülkemizde kompozit kiriş tasarımı yapan mühendis ve mimarlara pratik tasarım tabloları sunmaktır. Bu amaçla tezde, Amerikan I-profilli kompozit kirişler için Çelik Yapı Kılavuzu'nda sunulan tasarım tablolarına benzer tablolar, ülkemizde yaygın şekilde kullanılan kompozit kirişler için de oluşturulmuş ve sunulmuştur.
Composite beams with steel anchors are composite structural members in which the bond between the reinforced concrete slab and the structural steel beam is provided through steel anchors. The flexural strength of a composite beam depends on the amount of interaction between the slab and the beam. In Turkey, the design rules for composite beams are defined in Specification for Design and Construction of Steel Structures (SDCSS) which was published in 2016. One of the objectives of this thesis is to review thoroughly the design rules given in SDCSS within the framework of the guidelines defined in the reference specification AISC 360-16. With this purpose, two specifications are compared and the main differences between them are revealed. Another aim of the study is to derive practical design expressions for the design positive flexural strengths of composite beams with different interaction ratios by using the guidelines given in SDCSS and the Load and Resistance Factor Design (LRFD). By utilizing the derived expressions, the flexural strengths of composite beams comprised European I-shaped steel profiles widely-used in Turkey are computed for seven different positions of plastic neutral axis defined in Steel Construction Manual (SCM) published by American Institute of Steel Construction. By comparing the flexural strengths computed for different sectional/material properties as well as different interaction ratios, the principal parameters controlling the design strength of composite beams are determined. The thesis also presents practical design tables similar to those given in SCM for engineers and architectures who design composite beams in our country.
199