26.7 : Eksantrik Yük Altındaki Kolonların Tasarımı

Kolonların eksantrik yüklere dayanacak şekilde tasarlanması yapı mühendisliğinin kritik bir yönüdür ve yapıların merkez dışı yükleri arıza olmadan destekleyebilmesini sağlar. Bu tasarım süreci, bir kolonun gerilim dağılımını ve genel stabilitesini önemli ölçüde etkileyebilecek eksantrik yüklemenin getirdiği ek normal gerilimleri hesaba katmalıdır. Bir kolona uygulanan eksantrik yük, eşdeğer merkezsel yük ve ek eğilme gerilimlerinden kaynaklanan gerilimlerin bir kombinasyonu olarak kavramsallaştırılabilecek normal gerilimlere neden olur. Bu, yapısal arızayı önlemek için dikkatlice analiz edilmesi gereken, düzgün olmayan bir gerilim dağılımına yol açar. Eksantrik yükler altındaki kolonların tasarımında iki temel yöntem kullanılır: izin verilen gerilme yöntemi ve etkileşim yöntemi.

İzin verilen gerilim yöntemi, eksantrik olarak yüklenen bir kolon için izin verilen gerilimin, merkezi olarak yüklenen bir kolon için izin verilen maksimum gerilime eşit olduğu basit bir yaklaşımdır. Bu yöntem, izin verilen gerilimi kolonun yük altında bükülme eğiliminin bir ölçüsü olan narinlik oranının bir fonksiyonu olarak ele alarak tasarım sürecini basitleştirir. Ancak bu yöntem, merkezli yükleme için izin verilen gerilimin, bükülmeden kaynaklanan ek gerilimleri kapsadığını varsayar ve bu da malzemenin tüm potansiyelini kullanamayan muhafazakar tasarımlara yol açar. Bu yaklaşımın doğasında olan muhafazakarlık güvenliği sağlar ancak gereğinden daha büyük ve daha pahalı sütunlarla sonuçlanabilir.

Etkileşim yöntemi, hem merkezi yükleme nedeniyle izin verilen gerilimleri hem de bükülme momentlerinden kaynaklanan gerilimleri dikkate alarak daha incelikli bir yaklaşım sunar. Bu yöntem, kolonun birkaç moment olmadan dayanabileceği maksimum gerilimi (saf merkezli yükleme) ve saf bükülmeden kaynaklanan maksimum gerilimi (eksenel yük olmadan) hesaplamak için bir çerçeve sağlar. Bu koşulları eş zamanlı olarak hesaba katan etkileşim yöntemi, eksantrik olarak yüklenen kolonlarda izin verilen gerilimlerin daha doğru ve daha az konservatif bir tahminine olanak tanır.

Uygulamada etkileşim yöntemi, güvenliği malzeme verimliliği ile dengeleme yeteneği nedeniyle sıklıkla tercih edilir. Hem eksenel yükleri hem de bükülme momentlerini dikkate alarak kolondaki gerilim dağılımının ayrıntılı bir analizini gerektirir.