رفتار لرزه‌ای ستون‌های فلزی باکسی پرشده با بتن تحت نیروهای زلزله

مقدمه

ستون باکسی مرکب ، پر شده با بتن (CFT) به طور روزافزون بعنوان یک ستون یا تیر ستون در سازه‌های بادبندی شده ویا قاب‌های خمشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از مقاطع سرد نوردشده دایره‌ای یا مستطیلی مربعی در ساختمان‌های مختلف با بتنهای پیش تنیده یا درجا ریخته شده در سراسر جهان مرسوم گردیده است، این سازه‌ها با مقاطعی با ابعاد بالا و درجا ریخته شده در ستون‌های اصلی که باید در برابر نیروهای لرزه‌ای مقاوم باشد در ساختمان‌های چند طبقه بادبندی شده و قاب‌های خمشی استفاده شده است. ستون‌های باکسی پرشده با بتن از پلیت جوش شده به هم درست شده‌اند و در ساختمان‌های بلند جهان با ستون‌های دایره‌ای از لوله‌ها استفاده شده است. در مجموع در ژاپن از این روش برای ستون‌های پل به طور معمول استفاده می‌شود. ]3[

اعضای پرشده با بتن در سازه‌ها یکسری نتایج خوب با مقاطع متعادل ازفولاد، بتن مسلح، و یا فولاد مسلح شده با بتن دارد. وقتی از قاب‌های مرکب از فولاد و بتن شامل مقاطع I شکل در تیرهای اصلی که به صورت مربعی مسطتیلی یا دایره‌ای قاب شده‌اند که این قاب‌ها به طور کامل یا بخشی از آن یا اتصالات آنها گیردار شده‌اند،CFTها باعث یکنواختی عالی و مقاومت زیاد در برابر لرزه در جهت عمود برهم و تناسب خوب برای مقاومت برابر خمش یکطرفه به همراه بار محوری می‌شود.برای طراحی لرزه‌ایCFTها دربخش مقاوم در خمش قاب‌ها نسبت (مقاومت بر وزن) را بسیار بالا می‌برد وبدلیل محبوس‌بودن بتن و بادبندی ممتد، باکس‌های نواری با نسیت بالای (مقاومت بر وزن) از ستون‌های باکسی، باعث تأخیر در کمانش موضعی در آن می‌شود، رفتار استهلاکی تصحیح شده، در مقایسه با قاب‌های فولادی معمولی مشهود می‌باشد و افزایش شکل‌پذیری و سختی فولاد در بیرون محیطی که بطور مؤثر در مقاومت خمشی به خوبی کشش و فشار محوری بطوراجرای عمل می‌کند، قرار می‌گیرد در حالی که فرم‌های‌های بتنی بعنوان یک هسته کمکی بسیار عالی به مقاومت در برابر بارهای فشاری خواهد کرد.

باکس‌های فولادی همچون قاب در سازه عمل می‌کنند و اجرای آنها می‌تواند برای سازه‌های چندطبقه ارجع باشد چون در آنها هزینه کارگری و مصالح را کاهش خواهد داد. هزینه تمام شده اعضا کمتر از هزینه فولاد و به سختی با بتن مسلح بر پایه (مقاومت برهزینه)برابری می‌کند.

تحقیقات اخیر استفاده از بتن مقاومت بالا و یا فولاد با بتن مقاومت بالا رابا موفقیت بیشتری ا نشان داده است]8-12[. با استفاده از بتن مقاومت بالا، CFTها در هر فوت مربع قویتر از ستون‌های بتنی مسلح معمولی هستند. با این روش قاب‌هایی کوچکتر و سبکتر روی فونداسیون ساخته خواهد شد.

در نیروهای لرزه‌ای، پاسخ سیکلی ستون‌های CFT و اتصالات بوجود آمده در آنها یک منحنی هیسترزیس کامل با جذب انرژی قابل توجه را نشان می‌دهد]4-6-13-14[. کاهش قدرت و سختی در این مرحله خصوصاً برای ستون‌های CFT که در آن بتن حکمفرما است، اتفاق می‌افتد]6-15-16[. ترجیح داده می‌شود که این کاهش بصورت تدریجی و متوسط باشد، خصوصاً برای مصالح نرمال این مهم است. به دلیل سودمندی آن، مقداری از پروژه‌های تحقیقی در حال پیشرفت در سراسر جهان شامل رفتار لرزه‌ای ستون‌های CFT در شروع آن از آمریکا و ژاپن در بخش علوم پایه ملی آمریکا و برنامه‌‌های همکاری تحقیقاتی ژاپن، بر روی ساختمان‌های چندگانه و مرکب بوده است. شکل (1-1) پلان یک ساختمان که با قاب‌های CFT در این برنامه تحقیقاتی مرتب شده است. استفاده از ستون‌های CFT در چند دهانه در تمام جهت‌های اصلی از کم به زیاد در سازه باعث افزایش ظرفیت ستون‌های CFT در حین لرزه برای هر دو جهت قاب‌ها می‌شود.

شکل 1-1 پلان سازه سه بعدی بادبندی نشده(شماتیک دیاگرام یک سازه باسیستم قاب خمشی مرکب پر شده با بتن)]17[

این تحقیقات بخش کوچکی از مبحث ستون‌های پرشده با بتن در پاسخ لرزه‌ای ساختمان‌ها می‌باشد. پیشرفت در فهم رفتار CFTها به نسبت ساختمان‌های با مقاطع توخالی در طول 40 سال گذشته و تعداد زیاد تحقیقات مرتبط بر روی رفتار مقاطع توخالی در سازه‌ها کامل‌کننده این تحقیقات برای ستون‌های CFT می‌باشد. هر چند فقط در دو دهه گذشته مقدار قابل توجهی تحقیقات روی پاسخ لرزه‌ای سیکلی بر روی CFTها انجام شده که در مناطق زلزله‌خیز مورد استفاده قرار گرفته شد.

مباحث بسیار دقیق بر روی لوله‌های دایره‌ای سرد نوردشده و مقاطع مربعی یا باکس‌های چهاروجهی، با داشتن خط جوش ممتد که در کارخانه انجام شده است. در این تحقیق هدف محدود به ستون‌های CFT که به طور کامل با بتن پرشده‌ و تیرهای طولی یا متصل‌کننده‌های برشی در آن تعبیه شده‌اند، می‌باشد. رفتار ستون‌های پرشده به بتن و یا ستون‌های دایره با قطر بزرگ، لوله‌های دایره‌ای ساخته شده به ورقهای نازک پرشده با بتن که در اینجا به طور کامل تحقیق نشده‌اند، خواننده می‌تواند برای بحث در این زمینه به مراجع دیگری مراجعه کند]2-3-19[. تحقیق بر روی تیرهای با پروفیل I شکل متصل شده به ستون‌های CFT به طور مختصر توضیح داده شده است.

1-2رفتار یکنواخت ستون‌های باکسی پرشده با بتن (CFT)(مقاومت محوری و سختی)

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

خرابی CFT‌ها بستگی به نسبت و مقاومت کم یا متوسط بتنی ندارد وبطور عادی در ترکیبی ازجاری‌شدن و کمانش محلی فولاد، شکست بتن، و کمانش خمشی اعضاء همچون یک کمانش کلی اتفاق می‌افتد و این به اندازه کافی مهم است چرا که رفتار شکل‌‌پذیر بطور کلی از آن منتج می‌شود، صرفنظر از آنچه مصالح فلزی یا بتنی در ابتدا بصورت غیرالاستیک باشد.

خرابی ستون‌های باکسی جداره نازک (CFTها با باکس و داشتن جداره ای که (نیاز به دانلود ترجمه) آن بزرگتر از 60 باشد) یا CFT‌هایی با بتنی مقاومت بالا ترجیح به کمانش محلی باکس فولادی ترکیب شده با یک تخریب برشی بتن دارد]8[. در حالیکه باکس فولادی کمک می‌کند خرابی برشی در بتن تأخیر بیافتد]10[، این مد خرابی ترد تر ازبقیه می‌باشد. براساس ضوابط SSRC، AISC ]21[، و برای طراحی لرزه‌ای،]21[ NEHRP، برای CFT‌ها در سراسر جهان، اخیراً محدوده جاری‌شدن بالای فولاد، حدود380 مگا پاسکال پیشنهاد شده وبتن بامحدوده مقاومت55 مگا پاسکال و محدوده باکس نواری، بطوری که مطمئن باشیم به جاری‌شدن کلی نمی‌رسیم و در ابتداخرابی بصورت کمانش محلی یا خوردشدن بتن صورت بگیرد.

نسبت پواسون اولیه بتن (تقریباً 15/0 تا 25/0) کمتر از فولاد (3/0 تقریبی) می‌باشد]23[. بنابراین در ابتدا بتن در ستون CFT محبوس می‌باشد. گسترش خورد شده گی بتن سریعتر از باکس فولادی خواهد بودودر تراز بارگذاری بالاتر بطور بهتری با هم منسجم می‌شوند. مقاطع دایره‌ای به طور مؤثری می‌تواند تنش پیرامونی را به فشارهای جانبی اعمال شده روی بتن را پخش کنند]24[، اما طرف صاف مقطع مربع مستطیل، باعث فشار نفوذی کمتری می‌شود تا بتن بطور مجدد گسترش کرنشی داشته باشد. در کناره باکس‌های مربع مستطیل پخش بار اصلی باعث محبوس‌بودن بتن می‌شود، و تأثیر آن روی مقاومت ناچیز است، اگرچه CFT شکل‌پذیری بالاتری دارد. رفتار CFT بارگذاری شده اغلب متأثر از همین محبوس‌شدگی است ]7[، بارگذاری بتن تنها ترجیحا از بارگذاری با فولاد بتن با هم،تراز بار کمتری دارد.برعکس آن، بارگذاری فولاد، به تنهایی، با اتصال تیرهای اصلی بطور ساده منجر به اصطکاک موضعی شود. اما بتن محصور تا زمانی که بارهای اصلی اعمال شود وارد عمل نمی‌گردد. در یکی از مراجع در همین زمینه‌ که کارکرد یا عملکرد فقط یکی از مصالح، از بارگذاری بحث شده است]8-10-23[.

سختی اولیه ستون باکسی فلزی پرشده با بتن تحت بار فشاری محوری توسط هسته بتنی کاملاً پیچیده شده است و به واکنش بین دو مصالح بستگی دارد. ضوابط ]21 SSRC [یک مدول الاستیک تعریف شده را پیشنهاد می‌کند که مجموعی از مدول الاستیسیته برای فولاد بتن می‌باشد. روی مدولاولیه بتنجهتبه حساب‌آوردن خزش و شکست کششی یک فاکتور کاهش‌دهنده 4/ 0 اعمال می‌کنیم.این پیشنهاد طراحی تنظیم شده است از طرف مراجعی مانند،]21 AISC [می‌باشد اما بعضی از محققین پیشنهاد جمع مجزا سختی هر مصالح را دارندکه بطور کلی با تجربیات بهتر همخوانی دارد و بنابراین برای سختی محوری اولیه در یک آنالیز خطی به غیرخطی مناسب‌تر است]25[،این رفتار پایدار CFT‌ها در این مرجع بطور مختصر آمده است]26[.

تحقیقات تجربی قابل توضیح بر روی مقاومت محوری CFTها انجام شدهکه در آن از نسبت و مقاومت مصالح و های زیادی استفاده شده است. یک نمونه از تست یکنواختی روی CFTهای دایره‌ای ممکن است درپیدا شود. مقاومت محوری مقاطع مربعی CFTها در مرجع بحث شده است]7-11-23-27-30[.

1-3مقاومت خمشی و سختی

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

هر دو آزمایش انجام شده بودند تا از مقاومت بتن معمولی استفاده کنند. بطور مشابه CFTهای دایره‌ای تیرها که توسط پریون و بوهم ]8[تست‌های آن انجام شد نشان داد رفتار شکل‌پذیری حتی وقتی مقاومت بتن بالای 70مگا پاسکال بود مورد استفاده قرار گرفت. ظرفیت چرخشی یا دوران از هر دو ستون چه دایره‌ای چه مربع مستطیل از یک رنج گسترده از آزمایشات انجام شده درژاپن که توسط توشیاکی]35[ که فرمولهایی برای پیش‌بینی ظرفیت چرخش ستون‌های CFT بارگذاری شده در خمش یکنواخت را پیشنهاد داده بود بطور خلاصه توضیح داده شده است.

با ملاحظه اینکه رفتار CFT در برش، برای یک برش کوچک ، ، نسبت (8/0 تا 1) و برش مورب شکست، اشاره به خرابی برشی اتفاق افتاده در نمونه‌هایی که اغلب تحت بارهای محوری بودند، دارد. برای دهانه‌های برشی با نسبت 2 به 3 ستون‌ها شروع به نشان‌دادن یک نوع خرابی خمشی با مفاصل پلاستیک که بطور بزرگی در انتهای نمونه‌ها فرم گرفته بودند، کرد. تمامی مقاومت‌های برشی با یک افزایش در یا یک افزایش در بار محوری، کاهش می‌یافت. ]6-36[

در سختی اولیه ستون‌ها در خمش مربوط به بعضی درجات روی مرز پیوستگی بدون هیچ اختیاری در بین دو ماده مصالح و انتهای CFTها بوجود آمده بود. آزمایشات توسط فودلانگ نشان داد که نمونه‌‌ها یک سختی کمتر از آنچه محاسبه شده بود در مقاطع نشان دادند که در خمش در ضخامت باقی مانده بود (در مرزبین مواد مصالح). اگرچه نتایج سختی در آزمایشات پریون و بوهم و لود کندی با تحلیل ها همخوانی داشت که نشان دهنده یک پیوستگی کامل بوده است. ]15[

1-4 مقاومت تیرستون

چندین پارامتر کلیدی مؤثر بر رفتار CFT تیر- ستون، شامل و اعضا بطوری که در بالا بحث شد، به نسبت بارهای محوری فشاری ( که مقاومت محوری CFT می‌باشد)که نسبت بار و محوری بر پیک مقاومت لنگر تأثیر می‌گذارد. بطوری که توسط دیاگرام‌های اندرکنش CFT نشان داده شده که برای اعضا کوتاه افزایش مقاومت لنگری برای تراز پایینی فشار محوری معلوم شده، به طوری که لنگر ماکزیمم از مقاومت لنگری اسمی تجاوز کرده است. در شکل (1-2) نشان داده شده برای دو مصالح متفاوت دیاگرام سطح مقطع نرمال شده CFT ترسیم شده است. ]38[

نمودار1-1 مقاومت مقطع ستون پر شده با بتن نرمال شده]38[

CFTهانشان‌دهنده یک حدود گسترده از مقاطع نرمال شده مقاوم همچون عملکرد مقاومت مصالح و نسبت (نیاز به دانلود ترجمه) بودند.

نسبت بار محوری اغلب تأثیر مخالف بر شکل‌پذیری دارد. مقادیر بزرگ باعث خرابی سریع در مقاومت های خمشی می‌شود و ممکن است باعث خرابی ترد بیشتری گردد. ]35-39-40[

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1-5مقاومت پیچشی و سختی

تعداد کمی تست تحت بارگذاری پیچشی انجام شده است. در آزمایشات محدود شده به ستون‌هایی که تحت بار یکنواخت پیچشی بخوبی انجام گرفته شد. تویب فلزی بتنهایی رفتار نسبتا خوبی در برابر پیچش دارد. خرابی پیچشی در ستون‌های CFTبصورت مشخص و ناگهانی نمی‌باشد، اما توسط یک افزایش بزرگ درچرخش پیچشی طی یکلنگر نسبتا ثابت مشخص گردیده است.

خرابی بدلیل ترکیبی از ترک‌های مارپیچی در بتن و جاری شدن کششی فولاد صورت می‌گیرد.

تأثیر بار محوری بر پیچش بیشترین بخش خسارت به ستون را دارد، اگرچه در صورت افزایش بار محوری به اندازه 1. 5 برابر بار حدی محوری افزایش کوچکی در مقاومت پیچشی عضو ایجاد می‌شود. سختی پیچشی اولیه ستون‌های CFTبطور معمول از تیوب فلزی نشئت می‌گیرد. ]47[

1-6خزش و جمع شدگی در CFTها

تستهای قبلی انجام شده توسط فور لانگ نشان می‌دهد که خزش دارای تأثیر بر رفتار طولانی مدت ستون‌های CFTمی‌باشد، اگرچه این تأثیر مختصر توسط باکس فلزی محبوس کننده قابل گذشت می‌باشد. ناکی ضرایب بدست آمده از خزش (نسبت کرنش نهایی به کرنش الاستیک اولیه) را در حدود نصف مقدار بدست آمده از بتن مسطح اعلام کرده است. فورلانگ فهمید که بارگذاری بطور آرام می‌تواند افزایش قدرت را 15% کاهش دهد و جمع‌شدگی در ستون‌ها باعث مقید شدگی مجدد در آن شود هرچند تأثیر آن بر رفتار نهایی ستون‌های CFT تغییر شکل بعمل آمده است. تری در آزمایشات خود با این موضوع مواجه شد که خزش و جمع شدگی بر مقاومت ستون‌های CFTتأثیر مخالفی ندارد. هرچند خزش ممکن است باعث تأثیر بر بارگذاری به فولاد و موارد کمانش محلی شود و جمع شدگی باعث ترک‌های اولیه در بتن شود. ]50[

1-7تنش پسماند در CFTها

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1-8 رفتار چرخه‌ای باکس‌های فولادی پرشده با بتن

این تحقیق در رفتار یکنواخت یک CFT در یک چهارچوب برای یک مقدمه تحقیقات تهیه شده است که رفتار چرخه‌ای یا سیکلی یک ستون توپر، بتنی فولادی را تحقیق می‌کند. این تحقیقات توسط لیو، گوول]60[ و کاوایو، ماتسنی]61[ (Gool & Liu؛ و (Matsni & Kawaivوبرای مطالعه بر روی چند نمونه ستون تست‌هایی انجام شده با نیروهای محوری و مقایسه کردن آنها،انجام شده است. مهمترین نکاتی که در تستها معلوم شده مقایسه این ستون‌های تو خالی بادبندی شده مربع مستطیلی و پرشده با بتنی بود، آنها نشان دادند که اضافه‌کردن بتن کمانشی محلی را به تأخیر می‌اندازد و تعداد چرخه‌های سیکل برای خرابی را افزایش می دهد و مقدار جذب انرژی افزایش می‌یابد. نیروی کمانش در بتن از طرف تیوپ بیرونی می‌باشد که دو منفعت دارد.

• وقتی کمانش رخ می دهد، فاصله بین بال بالایی و پایینی از قوطی فلزی بیشتر می‌شود تا کمتر شود (که باعث می‌شود مقدار زیادی از مدول مقطع کاسته شود).

• بتن مایل به جداسازی کمانش محلی از یک منطقه بزرگ می‌باشد، و کرنش‌های شدید متمرکز را کم می‌کند که باعث ترک‌خوردگی می‌شود. البته در کشش، فقط فولاد بطورمؤثر در برابر نیروی محوری مقاومت می‌کند.

نمودار 1-2 منحنی رفتار هیسترزیس بار –تغییر مکان ستون CFT

ستون‌های پرشده با بتن تحت نیروهای ترکیبی محوری و خارج از محور و خمش بطور تیپ یک منحنی هیسترین کامل را با جذب انرژی بالا نشان می‌دهد. بار محوری می‌تواند بر ظرفیت تحملی برشی و خمشی تأثیرگذار باشد. اگرچه نمونه‌ ]6،36 CFT [ تحت بار محوری بالا (نیاز به دانلود ترجمه) هنوز تمایلبه نشان‌دادن یک لوپ هیسترزیس پایدار را دارد در شکل 1-3. رفتار تیپ CFT تیر ستون تحت یک بارگذاری سیکلی را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده وابستگی یک ستون مربعی CFT در تست تومی و ساکو]6 Tomi & Sakho [رای تغییر شکل- بار معلوم می‌کند. یک مثال شماتیک از تست استفاده شده، نمونه تحت یک بار محوری ثابت (نیاز به دانلود ترجمه) که (نیاز به دانلود ترجمه) پیک مقاومت محوری برای نمونه) و یک بار برش سیکلی Q بدون تناسب برای سه سیکل کامل در هر توسعه افزایشی از قوس چرخش، R که بین 5/2% تا 5/0% متغیر بود. رفتار اصلی مورد که در آزمایشات مشاهده شده بصورت تجربی در زیر توضیح داده می‌شود: ]16[

• باربرداری الاستیک: باربرداری CFT بطوری که سختی بر بار واژگونی، معادل است با سختی یک عضو باربرداری شده اولیه، بنابراین سختی الاستیک مقداری به دلیل خوردشدگی بتن قبل از رسیدن به مقدار پایداری کم خواهد شد.

• منطقه کاهش رفتار خطی: اندازه منطقه تقریبی رفتار خطی در یک CFT با بارگذاری سیکلی کاهش می‌یابد، اساساً بدلیل کمانش محلی و خوردشدگی بتن یا به همان اندازه که کاهش در اندازه منطقه الاستیک به فولاد مصالح بستگی دارد. در آخر منطقه رفتار خطی در یک مقدار غیرصفر پایدار می‌شود.

•کاهش مقاومت: ماکزیمم مقاومت بدست آمده به اندازه هر کاهش هر سیکل هیسترزیس در مراحل سیکل می‌باشد؛ بطور اساسی به کمانش محلی باکس فولادی و خسارت وارده به بتن بستگی دارد. این تنزل مقاومت برای CFTهای بار جداره ضخیم کمترین مقدار ممکنه است و با افزایش مقدار بتنی کاهش می‌یابد.

• اثرات بائوشینگر: اثر بائوشینگر بطور تیپ در تراز تنش در جداره فولادی در شکل 1-3 با انتشار تراز منتجه تنش CFT نشان داده شده است.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• سختی مقید: CFT یک محدوده مقید سختی (تقریباً سختی صفر) که ممکن است بطور واضح در دو سیکل آخر لوپ هیسترزیس در شکل 1-3 مشخص است. سختی مقید استنتاج شده به منظور پایداری جداره نواری ستون حتی بعد از کمانش محلی مشهود است.

امروزه، تست سیکلی اولیه CFT تیرستون به طور تیپ در ژاپن انجام شده است. توسط ساکینووتونیج ]6[، ایشلاشی وساکاکینو]36[(Tonij & Sakino و Ishilashi & Skakino)بطور نسبی با مربع کوتاه CFT تیر ستون ( در محدود 2 تا 6) در بار محوری ثابت با انحنا برگردان تست شده است. ماتیگو وسودو (Tsuda & Matgui)، CFTهای مربعی به همراه بتن را در تیرهای طره‌ای برای منافعی که برای تیرها ایجاد می‌کند تست‌هایی انجام دادند این برای یک محدوده وسیعی انجام شده. ایچینو]45[ (Ichinohe)،CFT دایره‌ای با بتن بسیار قوی تحت یک خمش به علاوه بار محوری را تست کرد. پریو و بوچم]8[Bochme & Prioo))،CFT دایره‌ای با خمش خالص را آزمایش کرد؛ با نسبت ارتفاع . ژاپن به انجام تعداد زیاد از تست تیر ستون‌های CFT تحت بارهای سیکلی ادامه داد. سودا]40(Tsuda) [ست‌های CFT در هر دایره‌ای طره‌ای را انجام داد. فوجیموتو(Fujimoto)]63[بعضی از اولین تجربیات روی CFTهای تحت نامتقارن متغیر کروی ترکیبی با بارهای سیکلی خمشی انجام داد. تومیج]65[ و موریسو]14[ ((Moriso & Tomij بازبینی و ادامه تحقیقات ژاپنی‌ها روی رفتار CFT تحلیل و تست آن‌ها را ادامه دادند.

محققین ژاپنی تست سه بعدی سیکلی CFTهای تحت بار محوری ثابت و خمشی یک طرفه معمولی را تست کرده ماتسویی و گاواجویی انجام آزمایشاتی بر روی قاب‌های پرتال با تیرهایی با بال، I شکل که به طور گیردار به ستون متصل شده بودند انجام دادند این قاب‌ها تحت بار سیکلی با بارهای خم‌دار و بار محوری ثابت بود. این آزمایشات بطور اساسی CFTها رفتار هیسترزیس پایداری از خود نشان می‌دهند. اگرچه بنظردر بعضی از شواهد کاهش‌هایی دیده می‌شود. در شکل1 -3 خرابی بدلیلبارهای ترکیبی در حین خوردشدگی بتن رخ می‌دهد، جاری‌شدن فولاد و کمانش و بعضی پارگی در فولاد در ناحیه مفصل پلاستیک ایجاد می‌شود.

باید توجه داشت که اگر یک تست‌های روی CFTها بر روی نمونه‌های کوچک انجام شده و اغلب با قطر mm150 یا کوچکتر بوده‌اند. این به منظور محدودکردن بارها در حین تست و نیاز به انجام آزمایشات بطور اقتصادی می‌باشد.

هر چند که می‌شود این نتایج را به طور دقیق به ستون‌های بزرگتر در شکل معمول مورد استفاده قرار داد. اخیراً مقداری آزمایش بصورت اندازه طبیعی با بارهای سیکلی روی قطعات سرد نوردشده CFT تیر ستون (با حدود تقریبی mm500) انجام داده‌اند که با بتن مقاومت بالا پرشده بودند و بتن و ستون تحت بار محوری به علاوه بارهای تک محوری خمشی قرار گرفته‌اند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 1-2 دتایل اتصال گیردار تیر ستون (یک اتصال تیپ مقید شده از پروفیل I به CFT: وصله سپری اتصال)[66]

1-9طراحی ستون‌های باکسی فلزی پر شده با بتن

گستره وسیعی از طراحی درجهان با قوانین مختلفی برای محاسبه ستون‌هایCFT ارائه شده که برای نمونه می‌توان کمیته اروپا، امریکا، کانادا، ژاپن، چین، استرالیا، نیوزلند و چند کشور دیگر را نام بردکه همگی دارای قوانینی برای حالت غیر لرزه‌ای و در جاهای متناسب برای طراحی لرزه‌ای CFT ها می‌باشند. اخیرا کتابی توسط ASCCS]72[ شامل مقالات کوتاه برگرفته از معادلات طراحی در چند کشور مختلف منتشر نموده است. در مجموع این کتاب،پیکاردو و واکابایاشی و سودا]77[ خلاصه قوانین ]78[ AIJ ژاپن و قوانین امریکا درSSRC]20[و AISCتوسط ویت ایل و برای بارگذاری لرزه‌ایNEHRP[22]را شامل می‌شود.

یوی]2[ و میتانی]79[ معادلات و مقایسه قوانین طراحی از چندین نمونه از اطراف دنیا را ارائه دادند. در شکل 1-5 از میتانی نشان می‌دهد یک مقایسه بیانی از اندرکنش مقاومت برای ستون‌های دایره‌ای و مربعی CFTاز آیین‌نامه های مختلف که شامل AISC، AIJ،EC4 ، ACIوBSاستاندارد انگلیس می‌باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

نمودار 1-3 مقایسه طراحی مقاوم اندرکنش برای مقاطع دایره‌ای ومربعی وپر شده با بتن]79[

فصل دوم

آزمایشات اعضای CFT و نتایج

2-1بررسی آزمایشات بر روی ستون‌هایCFT و نتایج

در این بخش رفتار قاب‌های مرکب با ستون‌های فلزی مربعی پرشده با بتن به تیرهای فلزی بررسی می‌شود. مدلسازی اجزا محدود برای رسیدن به هدف کمک گرفته شد تا رفتار قاب‌های مرکب تحت یک بار ثابت محوری روی ستون و یک بار چرخه‌ای لرزه‌ای بر روی قاب بررسی شود. ]87[

در این تحلیل مصالح دقیق و با هندسه غیرخطی بتنی و فولاد در نظر گرفته شده بود. برنامه ABAQUS برای این روش اجزا محدود انتخاب گردید. با ملاحظه اینکه یک مدل که در حالت پلاستیک خراب شده برای بتن و یک مدل الاستوپلاستیک برای فولاد استفاده شد.

استفاده از ستون‌های فلزی باکسی پرشده بتن در ساختمان‌ها بدلیل استاتیک فوق‌العاده و خواص مقاومت در برابر زلزله به دلیل مقاومت فولاد سختی شکل‌ناپذیر بالا و ظرفیت جذب انرژی بسیار بالا، در دنیا زیاد شده است.

مطالعات زیادی بر روی اجرای واقعی از ستون‌های فلزی باکسی پرشده با بتن (ستون‌های تکی) انجام شده است. در این مقاله چهار قاب با ستون‌هاCFT و تیرهای H شکل مورد مطالعه قرار گرفته است. در این آزمایشات به ندرت بالای این قاب‌ها که در زیر بار قائم تحت بار جانبی قرار گرفته شده در برابر نیروی زلزله نشان داده شد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

بجز آزمایش بر روی یک مدل واقعی سه طبقه این آزمایشات بار نرم‌افزار ABAQUS بررسی گردید. در واقع این شهرت و دقت ABAQUS بوده که در چندین آزمایش دیگر برای رسیدن به جواب‌های دقیق و نتایج بسیار درست کمک عالی بوده و باعث شده کسانی که این آزمایشات راانجام داده بودند از این نرم‌افزار در کار فعلی خود استفاده نماید.

تأثیرات مقاومت بتنی و بتن محبوس‌شده در این آنالیز موردنظر بوده است. اندرکنشی بین بتن و فولاد باکسی در این کار مدل شد، به اعتبار مدلسازی براساس اجزاء محدود، این مقاله در یک آزمایش جدید رفتار ستون‌های پرشده به بتن را ارائه داده است.

در نمونه‌های واقعی نمونه‌ها تحت بار محوری و بار چرخه‌ای افزاینده جانبی قرار گرفتند در مقایسه بین نتایج بررسی اجزاء محدود این آزمایش نتایج تجربی واقعی با اجزاء محدود ABAQUS مطابقت بسیار خوبی داشت ولی مُد P- را در ارتباط تیرهای فلزی به ستون‌های پرشده با بتن پیش‌بینی کرد.

در مرحله بعدی توانایی و شکل مدلسازی در این پروژه ارائه شده که چگونه مش‌بندی قطعات مختلف انجام شد. چرا این عمل انجام شده سپس به متریال این آزمایش پرداخته. سپس، مصالح هسته ستون پرداخت و توضیحات کاملی در این زمینه ارائه شد. سپس به اندرکنش ستون و بتن هسته پرداخته (ارتباط بین این دو مصالح تماس سخت(hard contact)و تمامی تماس مدل تماس اصطکاکی کلمب(Coulomb friction)یعنی تا زمانی که این ارتباط و تماس وجود دارد این اصطکاک هست ضریب این اصطکاک 6/0 درنظر گرفته شد.

2-2نوع المان و مش بندی در محاسبه

سعی گردید انواع مختلف المان برای رسیدن به مدلسازی واقعی در مدل استفاده شود بنظر المان‌های صلب برای مدلسازی بخش بتنی تأثیر گذارتر بود و به همین ترتیب برای فولاد جداره از المان پوسته استفاده گردید. مش بندی ریز سه بعدی هشت نقطه‌ای خطی بصورت اجری (المان‌های C3D8R)جهت بخش بتنی و از طرفی برای از المان‌های S4برای معرفی فولاد جداره در ستون و تیر استفاده گردید. اندازه‌های متفاوت مش بندی بصورت تناسب 1 طول 1 عرض 2 عمق برای المان‌های صلب و تناسب 1 طول 1 عرض برای المان پوسته توانست در کل در باعثجوابی دقیق در محاسبات عددی المان محدود این آزمایشات شود. در شکل 2-1 در سه بخش این جزئیات را نشان می‌دهد.

شکل 2-1 دتایل قاب‌های تحت آزمایش در نرم افزار آباکوس(مدل تیپ المان محدوداز قاب ترکیبی CFST)

طی دو جدول اطلاعات شکل و ابعاد قاب‌ها مقدار بار وارده و تغییر مکان جاری شدن و تمام اطلاعات مربوط به مصالح قاب‌ها داده شد.

2-3آماده سازی نمونه‌ها

شش قاب فلزی ترکیبی با ستون‌های مربعی پر شده از بتن بعنوان نمونه تحت بارهای محوری و جانبی افزاینده قرار گرفتنددر شکل 2-2 موقعیت و تنظیم آنها نشان داده شده است. ارتفاع ستون 1450م م و دهانه قاب 2500 م م بود. بطوریکه در شکل 3 معلوم است قاب‌ها بر اساس تیر ضعیف و ستون قوی طراحی شده بود لذا انتظار این می‌رفت که در طی آزمایش اول در تیرها خرابی دیده شود.

شکل 2-2قرارگیری و مهاربندی قاب‌ها در حین آزمایش

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 2-3دتایل قاب مورد آزمایش

2-4تجهیزات اعمال بار سیکلی

بار محوری ستون بصورت ثابت توسط یک جک هیدرولیک 1000 کیلو نیوتنی اعمال می‌گردید. پمپ هیدرولیک لغزشی به نمونه اجازه حرکت در جهت قاب را می داد.کاملا سعی می شد تا از اعمال نیروها با خروج از مرکزیت احراز گردد. تاریخچه بارگذاری بر اساس ATC-24 [88] برای تست قطعات به سازه فلزی اعمال گردید. در واقع این بار بصورت تغییر مکانی افزاینده به صورت تناسبی از ماکزیمم تغییر مکان جاری شدن قاب به تدریج و افزاینده به قاب اعمال گردید.

2-5مدهای خرابی

مشخص گردید درتمام قاب‌های ترکیبی شکستی مشابه در مد شکست قاب‌های با تیر ضعیف ستون قوی اتفاق افتاده است. تغییرشکل کمانشی در تیرها و انتهای ستون‌ها در صفحه بارگذاری مشاهده شداین کمانش در شکل 4 دیده می‌شود. یک تغییر شکل کوچک در پوسته ستون فلزی پر شده با بتن دیده می‌شود. در واقع نقطه مفصل پلاستیک در در حوالی300م م از ورق نگهدارندهاتفاق افتاد.هسته بتنی ستون در آزمایش خورد گردید که این اتفاق در پای ستون افتاد. در محل اتصال تیر به ستون هسته بتنی بدون ترک یا خورد شدگی و تغییر شکل جواب بسیار خوبی داد.

شکل 2-4مدهای خرابی در قاب ترکیبی

در این آزمایش اندرکنش ترکیبی بتن و فولاد کاملا نشان داده شد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 2-5تمام نمونه‌های قاب در مد خرابی

شکل 2-6 منحنی‌های هیسترزیس بار جانبی – تغییر مکان

منحنی‌های حاصل از ضبط تمام بارهای جانبی به تغییر مکان‌های جانبی در تمامی قاب‌ها نیز در شکل2-6مشخص شده است.

تمام این نتایج در جدول 1 و 2 موجود است.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در شکل 2-7 پوش منحنی نیروی جانبی – تغییر مکان از دو گروه قاب ارائه گردید. می‌توان مشاهده کرد که نیروی محوری ستون‌ها نه تنها به حد نیروی جانبی تأثیر مگذارد بلکه بر شکل‌پذیری قاب‌های ترکیبی نیز تأثیرگذار است.

شکل 2-7 پوش منحنیهای بارجانبی –تغییر مکان

در شکل2- 8 قاب SF-22 جهت پوش بار جانبی تیپ در مقابل تغییر مکان را در میان تمام قاب‌ها انتخاب و منحنی‌های آن نشان داده شد.

شکل 2-8 منحنی بار جانبی-تغییر مکان قاب SF-22

در شکل 9 و 10 به ترتیب محاسبه انرژی مستهلک شده در قاب‌ها(Ea) بر اساس معادله (1) در استاندارد چین و سپس محاسبه ماکزیمم نیروی جاری‌کننده قاب را نمایش می‌دهد. [89]

که SABC و SCDA مساحت زیر منحنی‌های ABCو CDA در شکل 9 و SOBE و SODF مساحت زیر منحنی OBE و ODF از شکل 9 می‌باشد.

شکل 2-9 منحنی ایده آل بار-تغییر مکان

شکل 2-10 برآورد ماکزیمم بار حدی جاری شدن قاب

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل2-11 منحنی ضریب استهلاک هم ارزانباشتگی به تناسب تغییر مکان به تغییر مکان جاری شدن

در این شکل می‌توان بعضی از تأثیرات مقادیر(n) تراز بار محوری بر منحنی موجود و (k)نسبت سختی خطی ستون – تیر بر he که تأثیر متوسطی بر آن دارد معلوم است.

در شکل 2-12 مقایسه بار-تغییر مکان بر اساس پیش‌بینی و نتایج عددی ارائه شده است.

شکل2-12 مقایسه پیش‌بینی و نتایج عددی منحنی بار-تغییرمکان

و در شکل 2-13 مقایسه‌ای بین پوش منحنی‌های قاب‌های ترکیبی نشان داده شده است که می‌توان همخوانی نتایج تجربی به نتایجی که پیش‌بینی شده بود را مشاهده نمود.

شکل2-13مقایسه منحنی بار جانبی-تغییر مکان پیش‌بینی و نتایج عددی

2-6نتایج این آزمایشات

تجربه نشان می‌دهد که CFT در قاب‌ها مقاومت عالی در برابر نیروی زلزله از خود نشان میدهد. قاب‌های CFT ترکیبی که برای قاب‌هایی با تیر ضعیف و ستون قوی طراحی شده بودند،کاملا با این استراتژی هماهنگ بوده و تیرها در تمام نمونه‌ها ابتدا به مفصل پلاستیک رسیدند.

ظرفیت بارهای جانبی، ضریب شکل‌پذیری قاب‌های ترکیبی با افزایش بار محوری در ستون این قاب‌ها، کاهش می یابند. بار حدی جانبی قاب‌های ترکیبی با افزایش نسبت سختی خطی قاب، افزایش می یابد(اگر دیگر وضعیتهای مربوط به قاب ثابت باشد)

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

مشخص شد که قاب‌های مرکب یک مد تخریب مشابه با قاب‌ها دارند که در حالت ستون قوی تیر ضعیف است. مشاهده شد که کمانش موضعی در انتهای تیر و ستون (ته ستون) بصورت تغییر شکل زیاد اتفاق می‌افتد (عکس‌های نتایج).

در ته ستون‌های فلزی CFT تغییرشکل‌ها و ترک‌هایی مشاهده گردید (در طی بارگذاری) که بسیار ناچیز بود. مرکز مفصل پلااستیک در ستون در حدود mm30 در تراز ورق اتصال بوده است. مرکز یا هسته بتنی خورد نشده بود. مفصل پلاستیک تیر در ته آن در mm30 رینگ اتصال اتفاق افتاد. هسته بتن اتصال در موقعیت خوبی بدون ترک بود. رفتار سازه می‌‌تواند مرکب فعال بین فولاد باکسی و هسته بتنی خوب توصیف شود. دو تا از قاب‌ها مفصل پلاستیک در تیر انتهای آن و دو تا در انتهای ستون اتفاق افتاد. اولین مفصل پلاستیک در تیرها ایجاد شدبعد از مفصل‌شدن تیرها مفصل پای ستون اتفاق افتاد. [87]

فصل سوم

اثر پیش بارگذاری

3-1 نگاهی به پیش بارگذاری بر ستون‌های فلزی پر شده با بتن

ستون باکسی مرکب پر شده با بتن ( CFST) بطور روز افزون بعنوان یک تیر ستون در سازه‌های بادبندی شده و بدون بادبندی بهمراه مقاطع سرد نورد شده دایره‌ای یا مستطیلی مربعی در ساختمان‌های مختلف با بتنهای پیش تنیدهیا در جا ریخته شده در سراسر جهان مرسوم بوده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. [90]

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در سازه‌های چند طبقه،ستون‌های فولادی، قبل از عمل بتن‌ریزی بارهای تحمیلی ساختمان از جمله وزن خود سازه به آنها وارد می‌شود.معمولا ابتدا ستون‌های فولادی و متعاقب آن تیرهای فولادی و سپس عرشه‌های فولادی سقف‌ها اسکلت سازه را تشکیل می‌دهند وبعد از آن سیستم بادبندی قائم اجرا می‌شود تا پایداری سازه از نظر حرکات جانبی تامین گردد.شکل (3-1) یک ساختمان چند طبقه تیپ با یک هسته دیوارهای داخلی را که مهار جانبی سازه در حین ساخت را بر عهده دارد نشان می‌دهد.

در واقع در این بخش بدلیل نوع بررسی برای ستون‌های توپر با بتن و نگاه عددی به محاسبه این نوع مقاطع از این بخش در مقاله استفاده شده است.

3-2مطالعات انجام شده بر روی ستون‌های فلزی پرشده بابتن بر اثر پیش بارگذاری:

لوله‌های فلزی پرشده با بتن بدلیل مقاومت و سختی بالایشان، نسبت به مقاطع ستون بتن مسلح یا فولاد تنها اغلب برای ساختمان‌های بسیار بلند ترجیح داده می‌شوند.اما قبل از بتن ریزی،لوله‌های فلزی تحت پیش بارگذاری ناشی از وزن سقف‌ها ی بالا و بارهای دائمی قرار دارند.این پیش بارگذاری ممکن استایجاد تنشها وتغییرشکلهای اولیه در لوله‌هایفولادی کند که می‌تواند روی ظرفیت باربری ستون‌های مرکب اثر بگذارد.[93-94]

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در سازه‌های چند طبقه،ستون‌های فولادی، قبل از عمل بتن‌ریزی بارهای تحمیلی ساختمان از جمله وزن خود سازه به آنها وارد می‌شود.معمولاً ابتدا ستون‌های فولادی و متعاقب آن تیرهای فولادی و سپس عرشه‌‌های فولادی سقف‌ها اسکلت سازه را تشکیل می‌دهند وبعد از آن سیستم بادبندی قائم اجرا می‌شود تا پایداری سازه از نظر حرکات جانبی تامین گردد.شکل (3- 1) یک ساختمان چند طبقه تیپ با یک هسته دیوارهای داخلی را که مهار جانبی سازه در حین ساخت را بر عهده دارد نشان می‌دهد.

شکل3-1یک ساختمان چند طبقه تیپ با یک هسته دیوارهای داخلی

شکل (3- 2) نشان‌دهنده ستون‌های فولادی لوله ای در اطراف سازه قبل از پمپ بتن بداخل آن می‌باشد.

شکل3-2نشان دهنده ستون‌های فولادی لوله ای در اطراف سازه

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 3-3سازه چند طبقه عمومی را که بتن در داخل لوله‌های فولادی توخالی آن

بعضی از مطالعات تجربی و تحلیل های عددی به تأثیر پیش بارگذار یروی ستون‌های مرکب منتهی شده است. متدهای طراحی پیشنهاد شده توسط محققین متفاوت، برای حدس ظرفیت حمل بار ستون‌های مرکب بوسیله کالیبره کردن آنها توسط داده‌های تست و نتایج عددی بوده است.ای مطالعات تأثیر مهم پیش بارگذاری ستون‌های لاغر را نشان می‌دهد.اگرچه روابط پیشنهاد شده توسط محققین متفاوت بطور طبیعی نیمه تجربی بوده و پارامترهای بکار رفته نسبتا با یکدیگر متفاوتند.مقاله ارائه شده تحقیق جامعی، شامل استنتاج تحلیلی از معادلات حاکم، مطالعات آزمایشگاهی وآنالیز عددی بر روی اثرات پیش بارگذاری روی ظرفیت محوری لوله‌های فولادی پرشده توسط بتن می‌باشد.تحلیل های تئوریک در ابتدا هدایت شده‌اند و یک روش طراحی بر اساس مشخصات آیین‌نامه اروپا، ویرایش چهارم، ارائه شده که روابط و پارامترهای استفاده شده مرکب از فرمول هایآیین‌نامه اروپا برای طراحی ستون‌های مرکب می‌باشد.مطالعات آزمایشگاهی بر روی CFST با نسبتهای مختلف پیش بار گذاری، مصالح با مقاومت‌های متفاوت و طولهای مختلف ستون انجام شده است.نتایج تستها بصورت داده‌های تستها منتشر شده تا برای اعتبار متدهای طراحی استفاده شود.اعداد شبیه سازی شده برای تائید سیستماتیک ارائه گردیده اند.در پایان یک روش طراحی گام به گام برای کاربرد روش پیشنهادی جهت طراحی ستون مرکب پیش بارگذاری شده نشان داده شده است.

3-3 تحلیل تئوریک

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2. 1) مقاومت کمانشی ستون‌های فولادی:[95]

وقتینیروی فشاریمحوری N(نیروی محوری اعمال شده بر ستون‌ها) روی ستونیفولادی کهدارایخیزاولیه δ0(تغییر مکان اولیه ستون‌ها) در وسط ارتفاع ستون است اثر می‌کند، ماکزیمم خیزδ که در وسط ارتفاع ستون می‌تواند رخ دهد تقریبا برابر است با [95 ]:

-1

کهNa,cr = π²EaIa/le² بار کمانشی ستون فولادی می‌باشد،EaIa سختی خمشی مقطع و le طولموثر ستون می‌باشد.ماکزیمم لنگر وسطستون بدست می‌آید:

-2

و ماکزیمم تنش اسمی برابر است با:

-3

که Aa سطح مقطع ستون فلزی فولادی است،Sمدول مقطع،y ماکزیمم فاصله از تار خنثی تا لبه خارجی مقطع وrشعاع ﮊیراسیون مقطع است.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

-4

ضریب کاهش مقاومت ستون فولادی χ ´ بصورت زیر بدست می‌آید:

-5

که مقاومت مشخصه پلاستیک مقطع می‌باشد و و (نیاز به دانلود ترجمه) عدد بدون بعد لاغری می‌باشد.

-6

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

بر اساس روش ساده شده در آیین‌نامه اروپا، ویرایش چهارم [18]، برای مقاطع دایره‌ای فولادی پرشده با بتن، مقاومت پلاستیک مقطع فشاری برابر است با:

-7

و برای مقطع مربع مستطیل پرشده با بتن بصورت زیر است:

-8

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

جهت محاسبه کمانش کلی در ستون‌ها،χفاکتور کاهش در ضریب لاغری λبه انحنای کمانش وابسته است:

-9

که در آن (نیاز به دانلود ترجمه) است وλبرابر است با:

-10

αیک ضریب نقص یا خرابی متناظر با انحنای کمانشی مناسب می‌باشد.برای لوله‌های پرشده از بتن زمانی که نسبت میلگردها بیشتر از 3% نباشد منحنی کمانش “ a “و0. 21 =α تهیه شده است، و منحنی کمانش “ b “ و 0. 34 =αبرای حالتیکه نسبت میلگردها بین 3% تا 6% باشد در نظر گرفته شده است.Npl,Rkمقاومت مشخصه پلاستیک محاسبه شده برای معادله (7) و (8)هستند اگر بجایمقاومت طراحی از مقاومت مشخصهاستفاده شود.Ncr= π² (EI)eff/ le²بار کمانشی اولر برای ستون مرکب است، و سختی خمشی موثر مقطع مرکب است، که Eaو Esمدول الاستیسیته فولاد سازه ای و میلگرد می‌باشند،Ecmمدول الاستیسیته مماسی بتن، و Ia ،Icو Isمماناینرسی قسمت فولادی و بتن ترک نخورده و میلگرد می‌باشد.

در مقایسه روابط (9) با (7) این روابط معرف رابطه زیر هستند:

-11

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

معادله (11) نشان می‌دهد که فاکتور کاهش کمانش ستون پیشنهاد شده از معادله (5) سازگار با آنچه آیین‌نامه اروپا 4 پیشنهاد داده است می‌باشد اگر یک خیز اولیه مناسب انتخاب شده باشد.در اینجا یک استنتاج نزدیک معادله (5) با اثر دادن پیش بارگذاری محوری انجام گرفته است.وقتی یک بیش بار Npre روی لوله فولادی وارد شود، ماکزیمم تغییرمکان در وسط ارتفاع ستون δ1بصورت زیر می‌باشد:

-12

معادله (12) خیز اولیه بر اثر پیش بارگذاری در ستون را قبل از عمل بصورت مرکب را می‌دهد.بعد از اینکه بتن پرشده مقاومت خود را کسب نمود،δ1می‌تواند بعنوان خیز خارج از محور اولیه ستون مرکب عمل کند درست مثل اینکه δ0باید برای توصیف عمل پیش بارگذاری بوجود آمده در معادله بار کمانش اولر (نیاز به دانلود ترجمه) استفاده شود.وقتی بار اضافی Naddبه ستون‌های مرکب اعمال می‌شود با خیز اولیه δ1 ،δ2ماکزیمم مجموع تغییر مکان در میانه ستون مرکب می‌تواند به رابطه زیر باشد:

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

-14

که فاکتور تأثیر پیش بارگذاری و Nekمقاومت کمانش محوری ستون مرکب بدون اثرپیش بار می‌باشد و Na,Ekمقاومت کمانش محوری ستون فولادی است.متعاقب همین عملیات منتج از معادله (5)، توصیف تأثیر پیش بار با خیز تقویت شده مقدار (فاکتور کاهش مقاومت کمانش ستون) بصورت زیر است:

-15

که:

-16

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2. 4) مطالعات پارامتری

شکل 3-4 یک ستون مرکب متشکل از لوله مربع شکل فولادی14 mm(b*t)600mm ×وباMpa 355= fyو پر شده با بتن به مقاومت فشاری سیلندری Mpa 40= fckرا نشان می‌دهد.منحنی‌های کمانش طراحی ستون – لاغری بدون بعد برای ستون‌ها و نسبت پیش بار های مختلف با منحنی کمانش اولر مقایسه شده است و منحنی‌های “ d “ , “ a “در آیین‌نامه اروپا 4 مجود هستند.

شکل 3-4یک ستون مرکب متشکل از لوله مربع شکل فولادی...

شکل 3-5فاکتور کاهش پیش بار در مقابل ضریب لاغری بدون بعد را برای ستون‌های مرکب

نسبت پیش بار در شکل 3-4 بعنوان رابطه زیر مشخص شده است:

-17

ومشاهده می‌شود که با افزایش نسبت پیش بار مقاومت کمانشی ستون کاهش می یابد.این کاهش ظرفیت کم اهمیت خواهد شد وقتی که ضریب لاغری ستون به دلایل کاربردی به بیشتر از 2/0 افزایش پیدا کند، چرا که نسبت پیش بار نمی‌تواند از 8/0 تجاوز کند.همه منحنی‌های کاهش مقاومت ستون بالای منحنی کمانش ستون “ d “برگرفته از آیین‌نامه اروپا 4 قرار دارند.بنابراین تنظیم منحنی “ d “ پیشنهاد شده در آیین‌نامه اروپا 4 برای طراحی ستون‌های مرکب پیش بارگذاری شده محافظه کارانه است.برای لوله‌های فولادی پرشده با بتن مقاومت مشخصه محوری برابر است با:

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

وبرای لوله‌های پرشده از بتن بدون پیش بار این مقدار خواهد بود:

-19

که فاکتور کاهش پیش بار بصورت زیر تعریف می‌شود:

 

-20

شکل 3-5 فاکتور کاهش پیش بار در مقابل ضریب لاغری بدون بعد را برای ستون‌های مرکب نشان داده است.اثر پیش بار تأثیر کمی در ستون‌های کوتاه دارد (کمتر از 5%)، ودر شرایطی که لاغری نسبی 0. 2≤:λξpreیا نسبت پیش بار 0. 2≤βaباشد می‌توان ای اثر را نادیده گرفت.بنابراین آن یک تأثیر مهم روی ستون‌های لاغر و متوسط دارد، و کاهش مقاومت ممکن است از 15% تجاوز نماید اکر نسبت پیش بار بیشتر از 0. 6 باشد.

Npre,Edکه بعنواننیروی کمانشی طراحی ستون‌های مرکب با اثر پیش بارگذاری و Npl,Rdمقاومت پلاستیک طراحی مقطع مرکب در فشار باید رابطه زیر را تأمین نماید:

-21

3-4 تحقیقات آزمایشگاهی

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

3-5 جزئیات نمونه‌های آزمایش

ستون‌های نمونه از لوله‌های فولادی نورد گرم دایره‌ای با قطر 219 mmو ضخامت 6. 3 mmساخته شده بودند.جزئیات ستون‌ها در جدول شماره یک درج شده‌اند.به منظور اطمینان از بارگذاری بطور همزمان فلز وبتن، ورق های فولادی ضخیم (500 × 50 mm500×) در دو سر ستون‌ها نصب شده‌اند.نمونه‌های جدول 1 با ثبت ونشانه گذاری به شکل CFT-1-100-30Pمی‌باشند، که CFTنشان دهنده لوله دایره‌ای پرشده با بتن و بخش دوم رنج لاغری ستون می‌باشد، مقلومت تقریبی کوتاه مدت، میان مدت و بلندمدت بتن در سه بخش مشخص شده است و در بخش چهارم نسبت پیش بار میعن گردیده است.در جدول 2 نسبت اختلاط بتن نشان داده شده است.مقاومت بتن داخل ستون به نسبت آب به دانه بندی از 2/0 تا 44/0 متفاوت بوده است.سیلیکا فوم متراکم نشده در اغلب اختلاط ها بعنوان دانه بندی استفاده شد.ماکزیمم اندازه دانه های بتن 10 mm بود.از یک فوق روان کننده برای دستیابی به اسلامپ (نیاز به دانلود ترجمه) استفاده شده است.از آزمایش نمونه مصالح، تنش جاری شدن و تنش کششی نهایی 300 Mpa و 484 Mpa برای سری CS،405 Mpa و 518 Mpaبرای دسته های CI ، و 393 Mpaو 518 Mpaبرای سری های CLبدست آمده است.مقاطع بصورت فشرده برای ستون‌های متوسط و لاغر و مقطع پلاستیک برای ستون کوتاه در نظر گرفته شده است.

نمودار 3-1 لوله دایره‌ای پرشده با بتن و بخش دوم رنج لاغری ستون

نمودار 3-2 نسبت اختلاط بتن

میل ها یا سیم های پیش بار برای ایجاد پیش‌بارگذاری روی لوله‌های فولادی استفاده می‌شوند.در این راستا از 7 سیم با قطر اسمی 12. 54 mm و سطح اسمی 98.71 mm^2 استفاده شده است.تنش کششی این میل ها 1860 Mpa بوده است.در این روش پیشنهد شده، اثر پیش بار با یک ضریب افزایش نقص با مقادیر حاصل از آیین‌نامه اروپا 4 همگام شده است.بنابراین خروج از محوریت اولیه یک پارامتر مهم است که قبل از انجام آزمایش باید معین گردد.خروج از محوریت اولیه فقط روی ستون‌های متوسط و لاغر اندازه گیری می‌شود، زیرا این اثر در ستون‌های کوتاه تأثیر زیادی ندارد.اندازه گیری خیز اولیه ستون‌ها را قادر می‌سازد تا با نصب تجهیزات اندازه گیری تغییر مکان‌های ناشی از خیز اولیه را تعیین کنند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

لوله‌های فولادی بوسیله میله های قرار گرفته شده بین ورق های دو انتها یه به نمونه متصل اند تحت پیش بارگذاری قرار دارند.میله های تنش اولیه تحت تنش اولیه قرار گرفته تا تا پیش بار اولیه مورد نظر بدست آید.کرنش‌سنج‌ها در میانه میله ها نصب شده بودند تا نیروی وارده را کنترل کنند.یک مجموعه از 6 کرنش سنج همواره روی لوله فولادی بصورت 120 درجه جدا از هم که یکی بصورت عرض و بقیه بصورت طولی قرار ارند نصب مشوند.بتن از بالا از داخل سوراخی که در صفحه بالایی ایجاد شده است ریخته می‌شود.یک تست فشار با چنین وضعیتی بهمراه ظرفیت 10000 Kn استفاده شده برای تست ستون‌های مرکب بعد از 24 روز از بتن ریزی.دو سر ستون‌ها تکیه گاه مفصلی داشته و تغییر شکل های محوری ستون‌های مرکب توسط لوازم اندازه‌گیری متصل شده در بالای صفحه انتهایی اندازه‌گیری می‌شوند.دو مبدل در میانه ارتفاع ستون قرار گرفته اند تا تغییر مکان‌های جانبی را ثبت کنند.تست فشاری بر اساس طول موثر ستون و دتایل های اندازه گیری در شکل 3-6 نشان داده شده است.

شکل 3-6 تست فشاری بر اساس طول موثر ستون و دتایل های اندازه‌گیری

3-6نتایج آزمایش و مشاهدات

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

سری نمونه‌های CSشامل سه ستون کوتاه بود.نمونه CFT-S-40-30P با بتن نرمال (fck < 50 Mpa) پرشده بود و ستون CFT-S-100-30P با بتن مقاومت بالا (fck ≥ 50 Mpa) پر شده بود، و آنها تحت پیش بار به اندازه 30% ظرفیت قرار گرفته بودند.بمنظور مقایسه نمونه CFT-S-100-0P با بتن مقاومت بالا پر شده بود و تحت پیش بار قرار نگرفت.

نمودار تغییر مکان تحت بار محوری برای CFT-S-40-30P و CFT-S-100-30P با هم مقایسه شده‌اند که در شکل 3-7 نشان داده شده است.CFT-S-40-30P ظرفیت کمتری نشان داد اما دارای شکل‌پذیری بهتری بوده است زیرا بتن با مقاومت کمتر بوده اما با لوله‌های فولادی محصور شده بود که باعث وضعیت بهتر بتن می شد.خرابی CFT-S-40-30P بدلیل جاری شدن اولیه لوله فولادی بود و بعد توسط بتن داخل آن مقاومت می کرد تا اینکه بتن نیز در بار نهایی خورد گردید.یک تورم ذاتی جداره فولادی در ستون CFT-S-30-30P مشاهده گردیدکه در محدوده بار نهایی بود (در شکل 8 نشان داده شد). هرچند چنین تورمی در CFT-S-100-30P دیده نشد، در عوض یک صدای بزرگ شکستن از نمونه درست قبل از اینکه بار نهایی اعمال شود شنیده شد و متعاقب آن نیرو سقوط کرد.این پدیده بدلیل خرابی ناگهانی بتن مقاومت بالا در داخل لوله اتفاق افتاد که در اثر یک فشار هیدرولیکی ناشی از جک بوجود آمد.بعد از اینکه مرحله باربرداری کامل شد توزیع مجدد از طریق ماتریس بتن افزایش بار اعمال شده را ممکن ساخت که البته از مقدار بار اولیه که پیشتر مشاهده شد کمتر است.

شکل 3-7 نمودار تغییر مکان تحت بار محوری برای CFT-S-40-30P و CFT-S-100-30P

شکل 3-8یک تورم ذاتی جداره فولادی در ستون

منحنی بار تغییرمکان برای CFT-S-100-0P و CFT-S-100-30Pدر شکل 3-9 نشان داده شده است.آنها در مود مشابهی خراب شدند اما CFT-S-100-0P مقاومت و سختی بیشتری نشان داد در حالیکه در اثر بار نهایی تغییر مکان کمتری نشان داد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

سری نمونه‌های CI شامل ستون‌های با ارتفاع متوسط بود.CFT-I-40-30P با بتن نرمال پر شده بود در حالیکه CFT-I-100-30P و CFT-I-130-40P با بتن مقاومت بالا پر شده بودند و همه آنها تحت پیش بار قرار گرفتند.CFT-I-100-0P متشکل از بتن با مقاومت بالا بود ولی تحت پیش بار قرار نگرفت.

منحنی بار تغییرمکان برای CFT-I-40-30P و CFT-I-100-30P در شکل 10 نشان داده شده است.CFT-I-40-30P مقاومت کمتری نشان داد ولی شکل‌پذیری بهتری داشت.آن بدلیل کمانش کلی خراب شد نه کمانش موضعی (شکل 11 مود خرابی را نشان می‌دهد).اگرچه در وسط ارتفاع کمانش موضعی دیده شد و نزدیک انتهای زیر ستون CFT-I-100-30P بعد از اعمال بار ماکزیمم (مطابق شکل 12) کمانش ایجاد شد.

شکل 3-10 منحنی بار تغییرمکان برای CFT-I-40-30P و CFT-I-100-30P

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 3-12 مود خرابیستون نمونه CFT-I-100-30Pرا قبل و بعد آزمایش نشان می‌دهد

منحنی بار تغییرمکان برای CFT-I-100-0P و CFT-I-100-30P در شکل 13 نشان داده شده است.CFT-I-100-0P بدلیل کمانش کلی خراب شد.منحنی بار تغییرمکان برای CFT-I-130-40P در شکل 14 نمایش داده شد.لوله فولادی با بتن با مقاومت بسیار بالا پر شده بود (fck = 139 Mpa).نسبت پیش بار 0. 38 بود.در طول آزمایش یک صدای بزرگ شکستن شنیده شد که ناشی بتن داخل لوله بود درست قبل از خرابی بوقوع پیوست.این خرابی در اثر خورد شدن بتن رخ داد و نه بدلیل کمانش کلی معمول.کمانش موضعی نیز متعاقب آن مشاهده شد (شکل 3-15).

شکل 3-13 منحنی بار تغییرمکان برای CFT-I-100-0P و CFT-I-100-30P

شکل 3-14 منحنی بار تغییرمکان برای CFT-I-130-40P

شکل 3-15 خرابی در اثر خورد شدن بتن نه بدلیل کمانش کلی معمول

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 3-16 منحنی بار تغییرمکان برای CFT-L-40-30P و CFT-L-100-30P

شکل 3-17 منحنی بار تغییرمکان را برای CFT-L-100-0P و CFT-L-100-30P و CFT-L-130-.....

شکل 3-18 منحنی بار تغییرمکان را برای CFT-L-100-0P و CFT-L-100-30P و CFT-L-130-....

شکل 3-19ستون CFT-L-40-30P قبل و بعداز خرابی

3. 4) مقایسه روش پیشنهادی طراحی با نتایج آزمایشات و نتایج آنالیز المان محدود

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

نمودار 3-3 مقایسه نتایج آزمایشات و تحلیل المان محدود

شکل 3-20 مقایسه نتایج آزمایشات و تحلیل المان محدود

3-7بررسی نتایج دیگر آزمایشات منتشر شده

نتایج پیش‌بینی شده از روابط پیشنهادی با نتایج حاصل از آزمایش Zha [94 ] مقایسه شده‌اند.مقاومت های بتن بصورت مکعبی ارائه شده بود که به مقاومت سیلمدری تبدیل شدند تادر محاسبات استفاده شوند.هشت ستون لوله ای فولادی در دسترس بودند و نتایج آزمایش با نتایج پیش‌بینی شده مقایسه گردید که در جدول 4 و شکل 3-21 نشان داده شده‌اند.مقدار اصلی 1. 014 است، و انحراف استاندارد 0. 096 است.

نمودار 3-4 مقایسه نتایج آزمایشات و نتایج پیش بینی شده

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

همچنین نتایج بدست آمده از روش پیشنهادی با نتایج حاصل از آزمایشات در دسترس Han و Yao [97 ] مقایسه شدند.شش ستون مرکب مربع شکل جهت نمونه تست شدند و نتایج در جدول 5 و شکل 21 ارائه گردید.نمونه‌های HS1-2 و HS2-2ستون‌های کوتاه هستند ، پس پیش بارگذاری تأثیر زیادی روی ظرفیت آنها ندارد.نتایج پیش‌بینی شده قابل قبول بوده و با 5% خطا با نتایج آزمایشگاهی همخوانی داشتند.بیشترین مقدار (نیاز به دانلود ترجمه) 0. 988 است، و انحراف استاندارد 0. 017 است.

نمودار 3-5 مقایسه نتایج آزمایشات

در نهایت، روش پیشنهادی طراحی نتایج قابل قبول و محافظه کارانه ای را پیش‌بینیمی‌کند.با توجه به تمام مقادیر آزمایش‌های نشان داده شده در جدول های 3 تا 5 مقدار واقعی (نیاز به دانلود ترجمه) برابر 968/0 و انحراف استاندارد 089/0 است.

3-8 تحلیل المان محدود

تحلیل المان محدود جهت مطالعه رفتار ستون مرکب پر شده با بتن بهمراه پیش بار و بدون آن انجام گرفته است]98,99[روش المان محدود بطور مختصر توضیح داده شده، و هدف اصلی تهیه نتایج عددی برای ستون‌های بهمراه پیش بار برای معرفی بیشتر روش طراحی پیشنهادی می‌باشد.یک توضیح دقیق از این مدلهای المان محدود در بخش بعدی معرفی ارائه است.]98[

3-9کالیبره کردن و مدلسازی عددی

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 3-22 منحنی‌های ارتباط تنش – کرنش تک محوری برای بتن و فولاد

شکل 3-23 منحنی‌های ارتباط تنش – کرنش تک محوری برای بتن و فولاد.

مشخص شد که لغزش بین بتن و فولاد می‌تواند روی سرویس دهی مربوط به ستون‌هاتأثیرگذار باشد.حدود درگیری بین فولاد و بتن در آنالیز کمانش موضعی لوله‌های فولادی مهم است.بنابراین تحقیق حاضر روی ستون‌های مرکب با مقطع غیر لاغر متمرکز شد.لذا فرض درگیری کامل بتن و فولاد برقرار شده است.لغزش نسبی بین بتن و فولاد بطور واقعی محدود گردید بخاطر اینکه ته ستون بطور گیردار از نظر تغییرمکان مقید گردیده و لوله فلزی بدلیل نسبت کم d/t نمی‌تواند کمانش موضعی کند.پس فرض درگیری کامل انتظار نمی رود تأثیر بزرگی روی روی پیش‌بینی مقاومت نهایی بگذارد.

مراحل بارگذاری به دو بخش تقسیم شده است.(1) ابتدا پیش بار روی ستون فولادی اعمال می‌شود و (2) بتن هسته ستون به آن اضافه می‌گردد و در مدلسازی قرار می‌گیرد و تغییر مکان بالای ستون به آن اعمال می‌شود و سپس عکس العمل قائم ستون در پای ستون کل نیروی اعمال شده به ستون را آشکار می سازد.

برای اثبات درستی مدل المان محدود،نمونه‌های نشان داده شده در جدول 1 تحلیل شده‌اند.نتایج بدست آمده از تحلیل عددی با نتایج آزمایش در جدول 3 مقایسه شد.بیشترین مقدار 0. 967 بدست آمد که انحراف استاندارد آن 0. 109 بود.در مقایسه با نتایج آزمایشات، آنالیز عددی یک تخمین قابل قبول و محافظه کارانه از مقاومت نهایی ستون‌ها ارائه داد.

شکل 3-24 مش بندی کلی المان محدود برای بتن و فولاد

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

سه گروه از نمونه‌های با مقطع مربعی با طول های مختلف و مقادیر متفاوت پیش بار تحلیل شد.ابعاد مقاطع مربعی لوله‌های فولادی 600 mm *14 mm است.مقاومت بتن fck= 40 Mpa و مقاومت فولاد fy = 355 Mpaاست.نسبت بدون بعد لاغری ستون (نیاز به دانلود ترجمه) و 0. 59 و 1. 2 انتخاب شده بودند تا ستون‌های کوتاه، متوسط و بلند را ارائه کنند.منحنی‌های نمایش داده شده بر اساس بار محوری در مقابل تغییر مکان قائم در انتهای بالای ستون برای ستون‌های با نسبت پیش بار مختلف در شکل 3-25 نمایش داده شده‌اند.سختی محوری اولیه از منحنی بار محوری تغییرمکان در لوله فولادی تنها و مرکب بعد از اعمال بار روی بتن می‌باشد.تحلیل پارامتری نشان می‌دهد که پیش بارگذاری اثر کمی روی ظرفیت ستون‌های کوتاه دارد.بنابراین بنظر می‌رسد پیش بار بیشتر روی ستون‌های متوسط و کوتاه اثر دارد.یک کاهش ظرفیت محوری بیش از 20% برای پیش بار بیشتر از 0. 6>βaمطابق شکل 25 انتظار می رود.

شکل 3-25 کاهش ظرفیت محوری

بار نهایی از شبیه سازی عددی در مقایسه با اعداد بدست آمده از روشهای طراحی پیشنهاد شده در جدول 6 و شکل 3-26 نشان داده شده است.بر اساس آیین‌نامه اروپا 4، ظرفیت محوری پیش‌بینی شده برای ستون‌های بدون پیش بار حدود 24541 kN،22108 kN و 13063 kN برای نمونه‌های در گروه های FS،FI و FLمی‌باشد، مشابه چیزی که با استفاده از روابط پیشنهادی و با فرض نسبت پیش بار 0= βa بدست می‌آید.

از جدول 6 و شکل 3-26 اینطور بنظر می‌رسد که نتایج پیش‌بینی شده توسط روشهای پیشنهادی در مقایسه با نتایج حاصل از روش المان محدود با خطایی کمتر از 20% محافظه کارانه می‌باشد.بیشترین مقدار (نیاز به دانلود ترجمه) 0. 921 است که دارای انحراف استانداردی برابر 0. 055 است.بنابراین، روشهای پیشنهاد شده می‌تواند برای طراحی ستون‌های مرکب پر شده با بتن، بجای روشهای تحلیلی مستقیم بکار روند.

شکل 3-26 بار نهایی از شبیه سازی عددی در مقایسه با اعداد بدست آمده

نمودار 3-6 مقایسه نتایج آزمایشات با پیش بینی

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

بطور خلاصه شده تغییرات تغییرات پیشنهاد شده به روابط آیین‌نامه اروپا 4 برای یکسان سازی اثر پیش بار در جدول شماره 7 نشان داده شده است.

در ادامه یک روند گام به گام طراحی ستون مرکب با نیروی محوری و اثر پپیش بارگذاری آمده است:

(1) تعیین Npre پیش بار بر اساس ترتیب اجرای ساختمان و رجوع به قوانین نسبی برای فعالیت یا عمل (برای مثال آیین‌نامه اروپا 1).

(2) تعیین کردن χaو چک کردن مقاومت لوله فولادی تحت پیش بار توسط

(3) تعیین χ توسط فرمول توصیه شده آیین‌نامه اروپا 4

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

(5) محاسبه فاکتور کاهش لاغری χpreتوسط معادله (15)

0 6) تعیین کل بار طراحی که به ستون‌های مرکب اعمال می‌شود ، مقاومت کمانش کلی طراحی بوسیله معادله (21)، و سپس کنترل اینکه آیا است یا نه.

نمودار 3-7 یکسان سازی اثر پیش بار

3-12نتیجه‌گیری

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

CFTها در رنج وسیعی از سازه‌های بادبندی شده و نشده استفاده شده است. با درنظرگرفتن رفتار این اعضا در حالت لرزه‌ای و غیرلرزه‌ای در آینده این اعضا در سازه‌ها بوجود جایی اساسی برای خود باز خواهد کرد.

یک روش طراحی بر پایه یک اصلاح نزدیک آیین‌نامه اروپا برای ارزیابی ظرفیت محوری ستون‌های مرکب پر شده با بتن با تعریف اثر پیش بار روی آنها توسعه یافته است.دقت روشهای پیشنهادی با مقایسه نتایج آزمایشات 25 ستون نمونه و آنالیز المان محدود بدست آمده از آنها تحقیق شده است.

اثر پیش بار می‌تواند بوسیله یک فاکتور بدون بعد اثر پیش بار ξpre که مرتبط با βaبا نسبت پیش بار می‌باشد، نسبت بدون بعد لاغری ستون λ، نسبتهای مقاومت مصالح و توزیع فولاد تعیین گردد.آنالیز پارامتری نشان میدهد که پیش بار اثر کمی روی ستون‌های کوتاه دارد، واین اثر اگر افزایش لاغری نسبی ستون کمتر از 2/0 باشد یا نسبت پیش بار βaکمتر از 2/0 باشد قابل اغماض است.بنابراین انتظار می رود پیش بار روی ستون‌های متوسط و بلند موثر باشد.یک کاهش ظرفیت محوری بیش از 20% انتظار می رود اگر پیش بار بیش از 6/0باشد .روش اصلاح شده آیین‌نامه اروپا 4 و یک روند طراحی گام به گام توصیه شده برای طراحی ستون‌های مرکب تحت پیش بار تهیه شده است اگر نسبت پیش بار بزرگتر از 8/0 نباشد.

برای ستون‌های پرشده با بتن با یک مقطع لاغر اثر پیش بار می‌تواند اثر بیشتری بر روی مقاومت فشاری آنها داشته باشد زیرا کمانش موضعی لوله فولادی درطول پیش بارگذاری ممکن است رخ دهد.در این رابطه تحقیقات بیشتری باید انجام شود.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

نکات آیین‌نامه‌ای در طراحی اعضای (CFT)

4-1نکات آیین‌نامه‌ای در ستون‌های مختلط

در آیین‌نامهACI 318در فصل دوازدهم برای زمانیکه ستونی بتنی میزان آرماتور طولی آن از4% افزایش پیدا کند ستون را مختلط فرض کرده و ضوابط آیین‌نامه ای آن فرق خواهد کرد.

با توجهبه عنوان مقاله بهتر بنظر رسید تا نکات آیین‌نامه ای دراین زمینه به همراه دو مثالارائه گردد.

انواع ستون‌های مختلط

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

As = مساحت فولاد

Ag = Ac + As + Ar = مساحت ناخالص یا کلی مقطع مختلط

در غیر اینصورت، ستون بتن مسلح محسوب شده و باید بر اساس ACI 318طراحی گردد.

2)ستون‌های بتنی که مقاطع فلزی را در خود جای می‌دهند باید دارای آرماتورهای طولی وخاموت های عرضی باشند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

ο حداقل مساحت میلگردهای طولی و عرضی 0. 007 in²/ inدر فواصل می‌باشد.

ο کمترین مقدار پوشش بتن خال. 5 inاست.

(3) مقاومت بتن:fc΄ ≤8 ksi≥3 ksiبرای بتن معمولی و fc΄ ≥4 ksi برای بتن سبک.

(4) تنش تسلیم برای فولاد و میلگرد:Fy ≤60 ksi ،Fyr ≤60 ksi

ο اگر Fyیا fyrبیشتر از 60 ksiباشد باید از مقدار 60 ksi در محاسبات استفاده نمود.

 

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

ο برای مقاطع مستطیلی: که b عرض مقطع است.

ο برای مقاطع دایره ای: که D قطر بیرونی مقطع است.

طراحی مقاومت [ 12. 2 ]

روابط ستون فولادی را با اصلاح مشخصات زیر بکار ببرید:

Ag،Fy،E و r را با As،Fmy،Em و rm جایگزین کنید.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.