مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تأثیر محصورشدگی مارپیچ خارجی بر کاهش ضخامت لوله فولادی در ستونهای CFT

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 گروه عمران، واحد تفت، دانشگاه آزاد اسلامی، تفت، ایران
2 استادیار، گروه عمران، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
3 گروه عمران، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی،یزد، ایران
10.22065/jsce.2026.589737.4050
چکیده
هدف از این مطالعه، ارتقای رفتار فشاری ستون‌های لوله فولادی پرشده از بتن (CFT) با استفاده از محصورشدگی مارپیچ خارجی و بررسی امکان کاهش ضخامت جداره فولادی بدون کاهش معنی‌دار در ظرفیت باربری نهایی است. در این پژوهش، رفتار ستون‌ها با رویکرد تجربی‌ـ‌آزمایشگاهی همراه با بهینه‌سازی و از طریق آزمایش فشار محوری و استخراج منحنی‌های نیرو–تغییرمکان انجام گردیده است. بدین منظور، دو گروه نمونه شامل CFT و ستون‌های محصورشده با اسپیرال خارجی (OSCFT) با گام ۴۵ میلی‌متر ساخته و آزمایش شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که به‌کارگیری محصورشدگی مارپیچی خارجی موجب بهبود پاسخ فشاری ستون‌های OSCFT نسبت به نمونه‌های CFT می‌شود. میانگین انرژی جذب‌شده برای نمونه‌های OSCFT و CFT به‌ترتیب برابر با ۸۰۴۴ و ۷۱۶۹ ژول به‌دست آمد که نشان‌دهنده افزایش حدود ۱۲ درصدی ظرفیت جذب انرژی در اثر محصورشدگی خارجی است. افزون بر این، به‌منظور ارزیابی امکان کاهش مصرف فولاد در حالت ظرفیت محوری معادل، ضخامت متناظر ستون‌های CFT با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) و با هدف برابرسازی ظرفیت محوری با نمونه‌های OSCFT تعیین شد. نتایج نشان داد که ستون‌های OSCFT با ضخامت جداره ۳٫۲ میلی‌متر می‌توانند ظرفیت محوری متناظر با ستون‌های CFT دارای جداره ضخیم‌تر را تأمین کنند. ضخامت معادل بهینه‌شده برای ستون‌های CFT در بازه ۳٫۲۹ تا ۳٫۹۱ میلی‌متر و با مقدار میانگین ۳٫۵۱ میلی‌متر قرار گرفت. بر اساس مقایسه جفت‌نمونه‌های معتبر OSCFT–CFT، میانگین کاهش ضخامت موردنیاز و مصرف فولاد برابر با حدود ۸٫۵۵ درصد به‌دست آمد. همچنین، همگرایی الگوریتم DE در کمتر از حدود ۲۵ نسل نشان داد که فرآیند بهینه‌سازی در محدوده داده‌های آزمایشگاهی این مطالعه به پاسخ‌های پایدار رسیده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The Effect of External Spiral Confinement on Reducing Steel Tube Thickness in CFT Columns

نویسندگان English

Peyman Azmoon 1
Mohammadreza Hamidian 2
Mohammad Reza Javaheritafti 3
1 Ph.D. Student, Department of Civil Engineering, Taft. C., Islamic Azad University, Taft, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Kerman. C., Islamic Azad University, Kerman, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Ya. C., Islamic Azad University, Yazd, Iran
چکیده English

This study aims to enhance the compressive behavior of concrete-filled steel tubular (CFT) columns using external spiral confinement and to examine whether steel tube thickness can be reduced without a significant loss in ultimate load-carrying capacity. Column behavior was investigated through an experimental program combined with optimization, using axial compression tests and extracting force–displacement curves. Two groups of specimens were fabricated and tested: concrete-filled steel tubular (CFT) and externally spirally confined (OSCFT) columns with a 45 mm pitch. The experimental results showed that external spiral confinement improves the compressive response of OSCFT columns compared with CFT specimens. The average absorbed energy for the OSCFT and CFT specimens was 8044 J and 7169 J, respectively, indicating an increase of about 12% in energy absorption due to external confinement. To evaluate the potential to reduce steel consumption while maintaining equivalent axial capacity, the corresponding tube thicknesses of CFT columns were determined using a Differential Evolution (DE) algorithm to match their axial capacity to that of the OSCFT specimens. The optimized equivalent thickness of the CFT columns ranged from 3.29 to 3.91 mm, with an average of 3.51 mm, showing an average reduction of approximately 8.55% in thickness and steel consumption. Furthermore, the convergence of the DE algorithm within fewer than 25 generations confirmed that the optimization process achieved stable, reliable solutions within the experimental range of this study.

کلیدواژه‌ها English

CFT
OSCFT
External Confinement
DE Optimization Algorithm
Steel section optimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 14 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 17 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 23 مرداد 1405