بررسی آزمایشگاهی ستون‌های فولادی شش ضلعی پر شده با بتن ساده و الیافی تحت بار فشاری خارج از مرکز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل رشته‌ی مهندسی سازه، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده‌ی مهندسی، گروه عمران

2 عضو هیئت علمی و دبیر گرایش مهندسی و مدیریت ساخت/ دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

به علت مزایای مناسب ِ سازه‌ای ستون‌های فولادی پر شده با بتن (CFT) ، توجه به آن‌ها به‌صورت روزافزون در حال افزایش است. باوجود تحقیقات بسیار زیاد انجام‌شده در رابطه با این مقاطع همچنان در برخی موارد همانند شکل مقاطعی که کمتر متداول هستند و یا استفاده از انواع مختلف بتن، نیاز به پژوهش‌هایی در جهت تکمیل ضوابط و دستورالعمل‌های طراحی ضروری به نظر می‌رسد. پژوهش حاضر با رویکرد آزمایشگاهی به مطالعه‌ی رفتار ستون‌های فولادی پر شده با بتن تحت بار خارج از مرکز پرداخته است. در این پژوهش 8 نمونه ستون CFT با مقطع شش‌ضلعی و با طول 150 سانتی‌متر تحت آزمایش قرارگرفته است. بتن مورداستفاده به‌عنوان هسته‌ی مقطع از نوع بتن ساده و الیافی بوده است. تغییر مکان‌ها در دو راستای محوری و جانبی ثبت شده و نمودار نیرو - تغییر مکان برای تمامی نمونه‌ها رسم شده است. پارامترهایی نظیر ظرفیت باربری، شاخص شکل‌پذیری، جذب انرژی و سختی مؤثر مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفته است. بر اساس مقایسه‌ی نتایج مشخص شد در ستون‌هایی که تنها تحت بار محوری خالص می‌باشند، افزایش مقاومت هسته‌ی بتنی به‌طور قابل‌توجهی ً %50 مقاومت هسته‌ی بتنی سبب افزایش ظرفیت باربری نمو‌نه‌ها را افزایش می‌دهد به‌طوری‌که افزایش حدودا ً %20 ظرفیت باربری می‌شود؛ اما با ایجاد لنگر و افزایش آن از تأثیر مقاومت بتن به‌شدت کاسته می‌شود. بر حدودا اساس نتایج نمونه‌های پر شده با بتن الیافی توانایی بیشتری در حفظ سختی مؤثر از خود نشان می‌دهند. همچنین به نظر می‌رسد وجود الیاف در بتن بر شاخص‌های شکل‌پذیری و جذب انرژی تأثیرگذار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental investigation on hexagonal steel tubular columns filled with plain and fiber reinforced concrete under eccentric compression load

نویسندگان [English]

  • Navid Mahdavi 1
  • milad salimi 1
  • Mansour Ghalehnovi 2
1 Civil Structural Engineering Department, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Faculty member and Secretary of Construction Management / Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Due to the advantages of Concrete Filled Tube columns (CFT), their attention is increasingly on the rise. Despite the great research done in these sections, in some cases, as in the case of less frequent sections or using different types of concrete, the need for research to complete the design criteria and guidelines seems necessary. The present study was conducted with an experimental approach to study the behavior of CFT columns under eccentric load. In this study, 8 CFT columns with a hexagonal cross-section of 150 cm in length were tested. Concrete used as the core of the samples was simple concrete and fiber concrete. The displacements in two directions of the longitudinal and lateral has been recorded and the force-displacement diagram for all samples in both directions has been drawn. Parameters such as bearing capacity, ductility index, energy dissipation and effective hardness have been analyzed and compared. Based on the comparison of the results, it was found that in columns that are only under axial load, the increase in concrete core strength significantly increases the bearing capacity of the specimens, so that an increase of about 50% of the concrete core strength causes an increase of about 20% of the loaded capacity of the specimen; However, by increasing the bending moment, the effect of concrete core resistance is greatly reduced. Also, it was found that specimens filled with fiber concrete have a greater ability to maintain effective hardness. It also seems that the presence of fibers in concrete affects the ductility and energy dissipation parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • load-displacement curve
  • Eccentric Axial Load
  • Loading Capacity
  • Ductility coefficient
  • Energy absorption rate
[1] L.-H. Han, G.-H. Yao, Influence of concrete compaction on the strength of concrete-filled steel RHS columns, Journal of Constructional Steel Research, 59(6) (2003) 751-767.
[2] T. Fujimoto, A. Mukai, I. Nishiyama, K. Sakino, Behavior of eccentrically loaded concrete-filled steel tubular columns, Journal of Structural Engineering, 130(2) (2004) 203-212.
[3] G. Zhao, M. Di Prisco, L. Vandewalle, Experimental investigation on uniaxial tensile creep behavior of cracked steel fiber reinforced concrete, Materials and Structures, 48(10) (2015) 3173-3185.
[4] G. Giakoumelis, D. Lam, Axial capacity of circular concrete-filled tube columns, Journal of Constructional Steel Research, 60(7) (2004) 1049-1068.
[5] S. Tokgoz, C. Dundar, Experimental study on steel tubular columns in-filled with plain and steel fiber reinforced concrete, Thin-Walled Structures, 48(6) (2010) 414-422.
[6] X. Chang, Y.-Y. Wei, Y.-C. Yun, Analysis of steel-reinforced concrete-filled-steel tubular (SRCFST) columns under cyclic loading, Construction Building Materials, 28(1) (2012) 88-95.
[7] M. Yu, X. Zha, J. Ye, Y. Li, A unified formulation for circle and polygon concrete-filled steel tube columns under axial compression, Engineering structures, 49 (2013) 1-10.
[8] N. Jamaluddin, D. Lam, X. Dai, J. Ye, An experimental study on elliptical concrete filled columns under axial compression, Journal of Constructional Steel Research, 87 (2013) 6-16.
[9] S. Tokgoz, Tests on plain and steel fiber concrete-filled stainless steel tubular columns, Journal of Constructional Steel Research, 114 (2015) 129-135.
[10] Y. Lu, N. Li, S. Li, H. Liang, Behavior of steel fiber reinforced concrete-filled steel tube columns under axial compression, Construction and Building Materials, 95 (2015) 74-85.
[11] Y.-L. Long, J. Wan, J. Cai, Theoretical study on local buckling of rectangular CFT columns under eccentric compression, Journal of Constructional Steel Research, 120 (2016) 70-80.
[12] F.-x. Ding, Z. Li, S. Cheng, Z.-w. Yu, Composite action of hexagonal concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading, Thin-Walled Structures, 107 (2016) 502-513.
[13] F.-x. Ding, Z. Li, S. Cheng, Z.-w. Yu, Composite action of octagonal concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading, Thin-Walled Structures, 107 (2016) 453-461.
[14] M. Elchalakani, A. Karrech, M. Hassanein, B. Yang, Plastic and yield slenderness limits for circular concrete filled tubes subjected to static pure bending, Thin-Walled Structures, 109 (2016) 50-64.
[15] S.-W. Liu, T.-M. Chan, S.-L. Chan, D.K.-L. So, Direct analysis of high-strength concrete-filled-tubular columns with circular & octagonal sections, Journal of Constructional Steel Research, 129 (2017) 301-314.
[16] M. Mahgub, A. Ashour, D. Lam, X. Dai, Tests of self-compacting concrete filled elliptical steel tube columns, Thin-Walled Structures, 110 (2017) 27-34.
[17] F.-x. Ding, D.-r. Lu, Y. Bai, Y.-z. Gong, Z.-w. Yu, M. Ni, W. Li, Behaviour of CFRP-confined concrete-filled circular steel tube stub columns under axial loading, Thin-Walled Structures, 125(1) (2018) 107-118.
[18] A.S.f.T. Materials, Standard test methods for tension testing of metallic materials, ASTM international, 2016.
[19] Instruction for Seismic Rehabilitation of Existing Buildings Office of Deputy for Technical Affairs Technical Criteria Codification & Earthquake Risk Reduction Affairs Bureau ,Islamic Republic of Iran Management and Planning Organization, Tehran 2007.
[20] K. Sakino, H. Nakahara, S. Morino, I. Nishiyama, Behavior of centrally loaded concrete-filled steel-tube short columns, Journal of Structural Engineering, 130(2) (2004) 180-188.
[21] D. Hernández-Figueirido, M.L. Romero, J. Bonet, J. Montalvá, Ultimate capacity of rectangular concrete-filled steel tubular columns under unequal load eccentricities, Journal of constructional steel research, 68(1) (2012) 107-117.
[22] J. Portolés, M.L. Romero, J. Bonet, F. Filippou, Experimental study of high strength concrete-filled circular tubular columns under eccentric loading, Journal of constructional steel research, 67(4) (2011) 623-633.
[23] The tenth chapter of the national building regulations: Design and Construction of Steel Structures, Tehran, 2013.