تحلیل عددی ستون های CFST تحت بار سیکلی جانبی و تعیین تاثیر مقاومت فشاری بتن و ضخامت ورق فولادی

بتن ماده ای است که به دلیل کارایی و مقاومت فشاری زیاد کاربرد گسترده ای در مهندسی عمران دارد. مقاومت کم بتن در برابر تنش های کششی، به ویژه در محصوریت پایین ضرورت استفاده از سیستم های مرکب فولاد و بتن را فراهم می کند. در ستون های فولادی پر شده با بتن(CFST)، محصوریت بتن توسط فولاد تامین شده و کمانش موضعی فولاد به وسیله ی هسته ی بتنی بهبود می یابد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از روش اجزای محدود نرم افزار آباکوس نتایج عددی ستون CFST با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شده و از درستی مدل سازی، اطمینان حاصل شده است. سپس اثر تغییر ضخامت جداره ی مقطع فولادی و مقاومت فشاری بتن بر رفتار ستون های CFST مورد بررسی قرار گرفت. برای در نظر گرفتن اثر تغییر این پارامترها از 9 مدل ستون CFST با سه ضخامت متفاوت جداره ی مقطع فولادی و سه مقاومت فشاری مختلف بتن استفاده شد. رفتار غیرخطی فولاد با استفاده از مدل سخت شوندگی مرکب که شامل سخت شوندگی ایزوتروپیک و سینماتیک می باشد مورد استفاده قرار گرفت. روابط و نمودارهای تنش-کرنش و پارامترهای خرابی فشاری و کششی بتن به طورکامل شرح داده شده است. تاثیر افزایش ضخامت فولاد و مقاومت بتن بر جذب انرژی سازه، سختی اولیه و ظرفیت ستون مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج تحلیل، تاثیر افزایش ضخامت جداره ی مقطع فولادی در عملکرد ستون های CFST نسبت به افزایش مقاومت بتن قابل توجه می باشد. بررسی ظرفیت جذب انرژی و تغییر مقاومت نهایی ستون های CFST نشان می دهد که اثر تغییر مقاومت فشاری بتن برای مدل های با فولاد محصورکننده ی با ضخامت کمتر قابل توجه می باشد. در مقاطع فولادی با ضخامت زیاد جداره، تغییرمقاومت فشاری بتن تاثیر زیادی در جذب انرژی نداشته و مقاومت ستون را به مقدار کمی افزایش می دهد. در نتیجه برای بهبود عملکرد سازه های دارای ستون های CFST از لحاظ جذب انرژی، سختی و ظرفیت مطلوب است از مقاطع فولادی با ضخامت مناسب جداره و بتن با مقاومت معمولی استفاده شود.

Keywords:

ستون های فولادی پرشده با بتن CFST , تحلیل المان محدود , ستون های مرکب , سخت شوندگی مرکب , پارامترهای خرابی بتن