SÜRTÜNME ETKİLİ BİRLEŞİMLERİN DENEYSEL VE SAYISAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ VE TASARIM PARAMETRELERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Akdeniz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tez Danışmanı: Ramazan Özçelik

Tezin Onay Tarihi: 2026

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Diğer

Özet:

Bu çalışmada, çelik birleşimlerde görülen kaymaların önlenmesi amacıyla kullanılan ön çekme kuvveti uygulanmış yüksek mukavemetli bulonlarla oluşturulan sürtünme etkili birleşimlerin davranışı incelenmiştir. Tarihsel olarak 1930’lu yıllarda kullanılmaya başlanan bu birleşim türü, özellikle yorulma performansının yüksek olması nedeniyle tercih edilmektedir. Sürtünme etkili birleşimlerde yük aktarımı, bulonlara uygulanan ön çekme kuvvetinin oluşturduğu sıkıştırma sayesinde, temas yüzeyleri arasındaki sürtünme kuvvetiyle sağlanmaktadır. Bu özellikleri nedeniyle söz konusu birleşimler, dış yüklerin yönünün sık sık değiştiği yapılarda avantaj sağlamaktadır. Bu doktora tezi kapsamında, standart dairesel, büyük dairesel, kısa oval ve uzun oval deliklere sahip 20 adet sürtünme etkili birleşim numunesi, çevrimsel çekme yükleri altında test edilmiş ve sürtünme katsayıları belirlenmiştir. Sonlu elemanlar yönteminde, analiz sonuçlarının deney sonuçlarıyla örtüşmesi tek başına doğrulama için yeterli değildir. Bunun yanı sıra, kayma kilitlenmesi ve tekil mod gibi sayısal problemlerin de geçerli sonuçlar elde edilebilmesi için ele alınması gerekmektedir. Bu doktora tezi kapsamında, kayma kilitlenmesi ve tekil mod problemleri ayrıntılı olarak incelenmiş ve bu sorunların üstesinden gelebilen, etkin ve doğrulanmış bir sonlu eleman modeli önerilmiştir. Çalışma bulguları, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları (ÇYTHYE 2016) şartnamesiyle karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, ÇYTHYE (2016) şartnamesinin; D yüzey sınıfına sahip tüm birleşim numuneleri ile C yüzey sınıfına ve büyük dairesel delik geometrisine sahip birleşim numunelerinin yük taşıma kapasitelerini aşırı güvenli şekilde tahmin ettiğini; diğer birleşim tipleri için ise güvenli ve ekonomik tasarım kriterlerine uygun tahminlerde bulunduğunu göstermiştir. ABAQUS (2014) paket programı ile oluşturulan sonlu eleman modeli, yük taşıma kapasitesini en iyi durumda ortalama %1.85 hata oranıyla, en kötü durumda ise ortalama %4.77 hata oranıyla tahmin etmiştir. Bu sonuçlar, sonlu eleman modelinin yüksek doğrulukta tahmin yapabildiğini ve ayrıca modelde yapılan kabullerin ve temas koşullarının geçerliliğini ortaya koymaktadır. Ayrıca, sürtünme etkili birleşim numunelerine ait sonlu eleman analizi sonuçları ile deneysel veriler arasındaki uyum, belirleme katsayısı (R²) kullanılarak değerlendirilmiştir. Kayma yükü ve sürtünme katsayısı için elde edilen R² değerleri sırasıyla 0.9849 ve 0.9833 olup, geliştirilen sonlu eleman modelinin birleşim davranışını yüksek doğrulukla temsil edebildiği görülmüştür. Bu sonuçlar, modelin parametre analizleri ve tasarım amaçlı değerlendirmelerde güvenilir bir sayısal araç olarak kullanılabileceğini göstermiştir., sürtünme etkili birleşim numunelerine ait sonlu eleman analizi sonuçları ile deneysel veriler arasındaki uyum, belirleme katsayısı (R²) kullanılarak değerlendirilmiştir. Kayma yükü ve sürtünme katsayısı için elde edilen R² değerleri sırasıyla 0.9849 ve 0.9833 olup, geliştirilen sonlu eleman modelinin birleşim davranışını yüksek doğrulukla temsil edebildiği görülmüştür. Bu sonuçlar, modelin parametre analizleri ve tasarım amaçlı değerlendirmelerde güvenilir bir sayısal araç olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Parametrik çalışma sonuçlarına göre, ÇYTHYE (2016) şartnamesinin kısa oval ve büyük dairesel delik geometrisine sahip sürtünme etkili birleşimlerin yük taşıma kapasitelerini hem ekonomik hem de güvenli tasarım ilkelerine uygun şekilde tahmin ettiğini; ancak standart dairesel ve uzun oval delik geometrisine sahip birleşimlerin kapasite hesaplarında kullanılan güvenlik ve sürtünme katsayılarının yeniden değerlendirilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Literatürde yer alan çalışmalar ile bu tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel ve sayısal analizlerin sonuçlarının, TS EN 1090-2 standardına göre belirlenen sürtünme katsayısı değerleriyle tutarsız olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, ÇYTHYE (2016) şartnamesinde sürtünme etkili birleşimlerin yük kapasitesinin belirlenmesinde kullanılan denklemde yer alan sürtünme katsayısının; delik geometrisi, bulon çapı, bulon adedi, plaka kalınlığı, delikler arası mesafe ve kenar mesafesi gibi parametreler dikkate alınarak daha ayrıntılı şekilde belirlenmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.