بررسی رفتار ستون های فولادی پوشیده شده با بتن و مقاوم سازی آن با الیاف پلیمری کربن تحت اثر همزمان بارگذاری محوری و بارگذاری جانبی رفت و برگشتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی شهید نیکبخت، گروه عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 گروه آموزشی مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولایت، ایرانشهر، ایران

چکیده

کاربرد مقاطع مرکب در سالیان اخیر به علت محاسن فروان آن ها در کشورهای پیشرفته رو به افزایش است. علیرغم استفاده گسترده از مقاطع مرکب در دهه‌های اخیر، کماکان از لحاظ طراحی به این قاب‌ها همانند قاب های بتن آرمه و فولادی نگریسته می‌شود، از سهم همکاری توام بتن و فولاد چشم پوشی می‌گردد و بررسی رفتار شکل‌پذیری آن‌ها با کاستی‌هایی همراه است. استفاده موثر و کارآمد از قاب‌های مرکب نیازمند نگرشی متفاوت به قاب‌های بتنی و فولادی برای ورود به پروسه طراحی این نوع از قاب‌ها می‌باشد. از آنجا که انجام آزمایش برای بررسی هر مسئله امری زمان بر و پرهزینه است، استفاده از شبیه‌سازی ابزاری مناسب می‌باشد. هدف از این تحقیق بررسی پارامترهای موثر بر ظرفیت باربری ستون های فولادی پوشیده شده با بتن تحت اثر همزمان بارگذاری محوری و جانبی چرخه‌ای شامل شکل مقطع فولادی، مقاومت بتن و مقاوم سازی با الیاف پلیمری کربن است. استفاده از ستون فولادی پوشیده شده با بتن در مقایسه با ستون فولادی تنها و یا ستون بتن مسلح باعث افزایش ظرفیت چشم گیری در ظرفیت نهایی می‌شود، به عبارت دیگر ستون‌های مرکب از ظرفیت بار بسیار بالایی برخوردار می‌باشند. بدین منظور جهت بررسی رفتار ستون‌های فولادی پوشیده شده با بتن تحت اثر همزمان بارگذاری محوری و جانبی چرخه‌ای پس از صحت سنجی مدل‌سازی در نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس به بررسی رفتار این ستون‌ها در حالات مختلف سطح مقطع فولاد، مقاومت فشاری 28 روزه بتن متفاوت و مقاوم‌سازی با الیاف پلیمری کربن بر ظرفیت نهایی آن پرداخته شده است. نتایج تحقیق نشان می‌دهد پارامترهایی همچون شکل و ابعاد سطح مقطع ستون فولادی، مقاومت فشاری 28 روزه بتن و مقاوم سازی با الیاف پلیمری کربن تاثیر به سزایی در افزایش یا کاهش ظرفیت نهایی این ستون ها دارد. در نهایت به بررسی الگوی ترک خوردگی در بتن پرداخته شده است و با توجه به الگوی گسترش ترک، مقاوم سازی با الیاف پلیمری کربن بر روی سطح بتن برای کاهش ترک خوردگی انجام شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation the behavior of concrete-covered steel columns and retrofitting it with carbon polymer fibers under simultaneous axial loading and reciprocating lateral loading

نویسندگان [English]

  • seyed omid hoseini 1
  • saeed hosseinaei 1
  • mohamd ghasemi 2
1 civil engineering, sistan & baluchestan university, zahedan, iran
2 Department of civil engineering, velayat university, Iranshahr, Iran
چکیده [English]

The application of composite sections in recent years is increasing because of its great advantages in advanced countries.The purpose of this study is to investigate the effective parameters on loading capacity of steel columns covered with concrete under the simultaneous impact of axial and cyclic lateral loading, including steel compound shape, concrete strength and retrofit with carbon polymer fibers. The use of a concrete-covered steel column in comparison to a single steel column or reinforced concrete column will increase the capacity of the final capacity significantly. In other words, composite columns have a very high load capacity. for this purpose, in order to study the behavior of steel columns covered with concrete under the simultaneous effect of axial and cyclic lateral loading, After validating the modeling in abaqus finite element software, the behavior of these columns in different cases of steel composite section, 28 day compressive resistance of a different concrete, and impact of retrofitting with carbon polymer fibers on ultimate capacity, is investigated. The results show that the parameters such as the shape and dimensions of section of steel column, the 28 - day compressive resistance of a different concrete and retrofitting with carbon polymer fibers have a significant effect on increasing or decreasing the ultimate capacity of these columns.

کلیدواژه‌ها [English]

  • steel column covered with concrete
  • axial loading
  • cyclic lateral loading
  • Retrofitting
  • capacity
[1] M.F. Belal, H.M. Mohamed, S.A. Morad, Behavior of reinforced concrete columns strengthened by steel jacket, HBRC Journal, 11(2) (2015) 201-212.
[2] ح. نعمتی. مقایسه و بررسی انواع مختلف ستون های کمپوزیت در قاب در حالت غیر ارتجاعی تحت بار دینامیکی. دانشگاه تبریز. 0931.
[3] K.W. Li, Z.Y. Li, Y. Zou, Non-linear Numerical Simulation of Core Steel Reinforced Concrete Columns Based on ABAQUS Software, in:  Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, 2014, pp. 1197-1200.
[4] C.-C. Chen, N.-J. Lin, Analytical model for predicting axial capacity and behavior of concrete encased steel composite
stub columns, Journal of Constructional Steel Research, 62(5) (2006) 424-433.
[5] E. Ellobody, B. Young, Numerical simulation of concrete encased steel composite columns, Journal of Constructional Steel Research, 67(2) (2011) 211-222.
[6] م.ع.ل.ا. یقین. م. ضیائیون. بررسی رفتار ستون های مرکب دو لایه تحت اثر متقابل نیروی محوری و لنگر خمشی. مجله مدل سازی در مهندسی. 01(31) .23-15 (1391)
[7] م.ل.ا. یقین. ی.خ. پورآذر. تأثیر تغییرات لنگر خمشی در میزان باربری محوری ستون های مرکب. نهمین کنگره بین الملی مهندسی عمران.  (1391).
[8] K.W. Li, Z.Y. Li, Y. Zou, Non-linear Numerical Simulation of Core Steel Reinforced Concrete Columns Based on ABAQUS Software, in:  Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, 2014, pp. 1197-1200.
[9] W. Zhu, J. Jia, J. Gao, F. Zhang, Experimental study on steel reinforced high-strength concrete columns under cyclic lateral force and constant axial load, Engineering Structures, 125 (2016) 191-204.
[10] S. Chen, P. Wu, Analytical model for predicting axial compressive behavior of steel reinforced concrete column, Journal of Constructional Steel Research, 128 (2017) 649660.
[11] P. Lacki, A. Derlatka, P. Kasza, Comparison of steelconcrete composite column and steel column, Composite Structures, 202 (2018) 82-88.
[12] C. ABAQUS, Analysis user’s manual, in, Version, 2017.
[13]   ساعدی داریان. ح.  عربزاده. ح.ا.  بهرامپور. راهنمای جامع نرم افزار ABAQUS. نشر انگیزه. 1390..
[14] G. Campione, N. Miraglia, M. Papia, Strength and strain enhancements of concrete columns confined with FRP sheets, Structural Engineering and Mechanics, 18(6) (2004) 769-790.