مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

بررسی اثر سخت‌کننده عرضی از نوع فنر مارپیچ بر رفتار ستون‌های فولادی دو جداری پر شده با بتن (CFDST)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسنده
مربی فنی ،گروه مهندسی عمران،دانشگاه فنی و حرفه ای،تهران،ایران
10.22065/jsce.2026.580119.3962
چکیده
ستون‌های فولادی پرشده با بتن به دلیل ظرفیت باربری بالا، شکل‌پذیری مناسب و عملکرد مطلوب در برابر بارهای فشاری، به طور گسترده در سازه‌های مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این میان، ستون‌های فولادی پرشده با بتن دو‌لایه (CFDST) به دلیل وجود دو جدار فولادی و هسته بتنی، از قابلیت محصورشدگی و پایداری سازه‌ای بیشتری نسبت به ستون‌های معمولی برخوردار هستند. با این حال، در بارهای بالا امکان بروز کمانش موضعی در جدار فولادی و کاهش کارایی محصورشدگی بتن وجود دارد. از این رو، استفاده از تقویت‌کننده‌های خارجی می‌تواند نقش مؤثری در بهبود رفتار این نوع ستون‌ها ایفا کند. در این پژوهش، اثر سخت‌کننده عرضی از نوع فنر مارپیچ بر رفتار فشاری ستون‌های CFDST با استفاده از مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار آباکوس مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه تأثیر دو پارامتر اصلی شامل گام فنر مارپیچ و قطر آن بر رفتار سازه‌ای ستون‌ها در 11 مدل، بررسی گردید. نتایج نشان داد که استفاده از فنر مارپیچ موجب افزایش قابل توجه ظرفیت باربری و بهبود عملکرد فشاری ستون‌های CFDST می‌شود. کاهش گام مارپیچ باعث افزایش محصورشدگی بتن و بهبود توزیع تنش در جدارهای فولادی شده و در بهترین حالت افزایش ظرفیت باربری تا حدود 66 درصد نسبت به مدل بدون تقویت‌کننده مشاهده شد. همچنین افزایش قطر فنر مارپیچ موجب افزایش سختی جانبی ستون و کاهش تغییرشکل‌های شعاعی گردید که در نتیجه آن ظرفیت باربری ستون افزایش یافت. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که استفاده از فنر مارپیچ به عنوان سخت‌کننده خارجی می‌تواند راهکار مؤثری برای بهبود عملکرد سازه‌ای ستون‌های مرکب فولادی–بتنی باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The effect of transverse stiffeners in the form of helical springs on the behavior of concrete‑filled double‑skin steel tubular (CFDST) columns.

نویسنده English

amir atashi
Technical Instructor,Department of Civil Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
چکیده English

Concrete-filled steel tubular (CFST) columns are widely used in modern structures due to their high load-carrying capacity, adequate ductility, and favorable performance under compressive loading. Among them, concrete-filled double-skin steel tubular (CFDST) columns, owing to the presence of two steel tubes and a concrete core, exhibit greater confinement capability and structural stability compared with conventional columns. However, under high loading levels, local buckling of the steel tubes may occur, leading to a reduction in the effectiveness of concrete confinement. Therefore, the use of external stiffening elements can play a significant role in enhancing the behavior of such columns. In this study, the effect of transverse stiffeners in the form of helical springs on the axial compressive behavior of CFDST columns is investigated using numerical modeling in ABAQUS. The influence of two main parameters, namely the pitch and diameter of the helical spring, on the structural response of the columns is examined through 11 numerical models.The results indicate that the use of helical springs leads to a significant increase in load-carrying capacity and an improvement in the axial performance of CFDST columns. Reducing the spring pitch enhances concrete confinement and improves stress distribution in the steel tubes, and in the best case, an increase of about 66% in load capacity compared with the unstrengthened model is observed. Moreover, increasing the spring diameter leads to higher lateral stiffness and reduced radial deformations, which in turn results in an increase in the load-carrying capacity of the column. The findings of this research demonstrate that employing helical springs as external stiffeners can be an effective strategy for improving the structural performance of composite steel–concrete columns.

کلیدواژه‌ها English

Concrete‑filled double‑skin steel tubular (CFDST) column transverse stiffener
helical spring
finite element method
concrete confinement
load‑carrying capacity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 14 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 03 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 13 خرداد 1405