چکیده
استفاده از لوله های فولادی پرشده از بتن((CFT در چند دهه اخیر گسترش پیدا کرده است؛ امروزه نسل تکامل یافته ای از انواع CFT به نام لوله های دوجداره فولادی پر شده از بتن((CFDST به دلیل وجود مزایایی که در مقایسه با CFT های اولیه دارند، مورد توجه قرار گرفته اند. این مزایا که در آزمایش های متنوع به اثبات رسیدهاند، عبارتند از: افزایش مدول مقطع، افزایش پایداری، وزن کمتر، مقاومت در برابر آتشسوزی و … علیرغم تمامی تلاشها، هنوز اطلاعات کم و محدودی درباره رفتار ستون های CFDST که تحت بارگذاری جانبی قرار دارند، موجود می باشد.
در این تحقیق رفتار سه گروه از ستون ها به طول ۳ متر با استفاده از نرم افزار المان محدود ANSYS مورد بررسی قرار گرفته است. گروه اول شامل سه مقطع متفاوت CFDST (هردو جداره داخلی و خارجی مربع شکل هستند)، CFT و قوطی توخالی فولادی می باشند؛ که عملکرد آنها تحت بارگذاری جانبی چرخهای(بارگذاری لرزهای) مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که ستون های CFDST به خاطر تحمل چرخه های بارگذاری بیشتر، رفتار لرزه ای بهتری نسبت به دو ستون دیگر دارند. گروه دوم شامل هفت ستون CFDST با ضخامت های مختلف جداره داخلی و خارجی و گروه سوم نیز شامل پنج ستون با مقاومت فشاری بتن متفاومت برای بررسی دقیق تر رفتار این نوع از ستون ها درنظر گرفته شده است. در نهایت این نتیجه حاصل می گردد که استفاده از فولاد با ضخامت بیشتر در جداره خارجی و ضخامت کمتر در جداره داخلی و همچنین کاربرد بتن با مقاومت فشاری متوسط در حدود۴۰ مگاپاسکال، عملکرد بهینه این نوع ستون را نتیجه می دهد.
واژه های کلیدی : لوله فولادی دوجداره پر شده با بتن، لوله فولادی پرشده با بتن، مقاومت، بار جانبی چرخهای، ضخامت جداره

۱

(۱مقدمه

ستون های مختلط(مرکب) ترکیبی است از بتن و فولاد، این ستون هاعموماً به سه روش متداول ساخته می شوند که عبارتند از ستون های بتنی حاوی مقطع فولادی(۱(SRC، ستون های فولادی پر شده با بتن(۲(CFT و ستون های فولادی پر شده با بتن و تقویت شده با مقاطع فولادی(۳(SR-CFT

شکل (۱-۱ (الف) مقطع SRC (ب) مقطع CFT (پ) مقطع [۱] SR-CFT

ستون فولادی پرشده از بتن (CFT)، نیازی به قالب بندی ندارد، بتن داخل لوله فولادی در پایداری ستون شرکت داشته و لوله فولادی نیز به نوبه خود محصور کنندگی جانبی مؤثری را بر روی بتن دارد که سبب افزایش شکل پذیری و مقاومت ستون می شود.[۱]

در میان خانواده CFT ستون های ۴CFDST دارای مزایای دیگری علاوه بر موارد فوق می باشند که از جمله آنها می توان به وزن سبکتر، سختی خمشی بالاتر، عملکرد چرخهای بهتر، افزایش مدول مقطع، افزایش پایداری و مقاومت بالاتر در برابر آتش به خاطر وجود لوله داخلی که توسط بتن محفوظ می ماند، اشاره کرد. [۲]در شکل ۲-۱ نمونه هایی از مقاطع این نوع ستون ها به نمایش در آمده است.[۱]

شکل (۲-۱ نمونههایی از مقاطع ستون [۱] CFDST

کشور عزیز ما ایران، بر روی کمربند زلزله آلپ-هیمالیا قرار دارد و در طی سالیان گذشته همواره در معرض زلزله های ویران کننده قرار داشته است، که به علت عدم رعایت استانداردهای ساخت و ساز و کیفیت پایین مصالح به کار رفته، موجبات تحمیل خرابی های فراوان و خسارات جانی و مالی قابل توجهی را فراهم نموده است. از این رو توجه به نسل جدید ستون های مرکب در ساخت و سازهای موجود در ایران دارای اهمیت ویژه ای است. مشکل اساسی که در اینجا مطرح است، اندک بودن مطالعات انجام شده روی ستونهای CFDST می باشد. به طور ویژه مطالعات تجربی روی رفتار این ستونها زمانی که در معرض بارگذاری جانبی سیکلی هستند بسیار ناچیز بوده و نیازمند بررسی های عمیق و وسیعی می باشد، که هدف اصلی مطالعه حاضر است. در این بررسی از مدلسازی با نرم افزار ANSYS جهت مطالعه چند پارامتر در ستونهای CFDST استفاده شده است.

۱Steel Reinforced Concrete 2Concrete Filled Tube 3 Steel Reinforced-Concrete Filled Tube

۴ Concrete Filled Double Skin Steel Tubular 2

(۲تعیین صحت مدل اجزا محدود

به منظور اطمینان از صحت مدل سازی عناصر محدود، ناگزیر از ارزیابی دقت نتایج تحلیلی نسبت به آزمایشـگاهی مـی باشـیم. ازاینـرو نتـایج تحلیل عددی ستون های CFT و CFDST با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شده و از درستی مدلسازی، اطمینان حاصل شده است. برای تعیین صحت مدل ستون CFT از نتایج آزمایشگاهی ارائه شده توسط اشنایدر۱ و استفن[۳]۲و بـرای سـتون CFDST از نتـایج آزمایشـگاهی لینگ زائو۳ و رافل جرزب,۴ استفاده شده است .[۴]

شکل (۱-۲ شرایط تکیهگاهی و المانبندی ستون CFDST در صحتسنجی ANSYS

(۳ مفروضات مدلسازی

مواردی که در کلیه مدلسازی های انجام شده در این فصل وجود دارد بدین شرح میباشد:

برای درنظرگرفتن اثر بوشینگر و سخت شدگی در بارگذاری سیکلی، در معرفی مصالح از گزینه سختشوندگی سینماتیک۵ اسـتفاده شده استعلت. استفاده نکردن از مدل چندخطی ایزوتروپیک در این قسمت به این علت است که معمولاً اسـتفاده از ایـن مـدل در شرایطی که بار به دفعات بسیار زیاد اعمال نمی شود، پیشنهاد میگردد که شامل نمونه های ما که تحت بارگـذاری سـیکلی هسـتند نمیشود.

منحنی تنش-کرنش به کار رفته برای فولاد به صورت الاستو-پلاستیک کامل با شیب قسمت سخت شوندگی برابـر بـا صـفر درنظـر گرفته میشود.