مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

بررسی و مقایسه آزمایشگاهی عملکرد ستون‌های کوتاه CFDST محصورشده با CFRP و GFRP

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 گروه عمران، واحد تفت، دانشگاه آزاد اسلامی، تفت، ایران
2 استادیار، گروه عمران، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران
3 استادیار، گروه عمران، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
10.22065/jsce.2026.596778.4109
چکیده
ستون‌های کوتاه بتن‌پرشده دو‌جداره فولادی (CFDST) در اثر محصورشدگی خارجی با پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) می‌توانند عملکرد محوری بهتری از خود نشان دهند؛ بااین‌حال، شواهد آزمایشگاهی مستقیم برای مقایسه عملکرد پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه و کربن GFRP) و (CFRP در شرایط کاملاً یکسان CFDST محدود است. در پژوهش حاضر، این خلأ با استفاده از یک برنامه آزمایشگاهی کنترل‌شده بررسی شد؛ به‌گونه‌ای که هندسه ستون، مشخصات لوله‌های فولادی، طرح اختلاط بتن، شرایط عمل‌آوری، فرآیند ساخت و پروتکل بارگذاری در تمامی نمونه‌ها ثابت نگه داشته شد و تنها سامانه FRP، شامل یک لایه GFRP دوجهته یا یک لایه CFRP دوجهته، تغییر کرد. در مجموع، ۹ نمونه ستون کوتاه و دایره‌ای CFDST تحت بارگذاری فشاری محوری آزمایش شدند و پاسخ آن‌ها از نظر ظرفیت باربری نهایی، سختی سکانت، شکل‌پذیری، افت مقاومت پس از رسیدن به ظرفیت اوج و انرژی جذب‌شده ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که افزایش سختی سکانت برای CFRP برابر با 44/11 درصد و برای GFRP برابر با 65/5 درصد بود. همچنین، شاخص شکل‌پذیری در نمونه‌های GFRP حدود 87/9 درصد افزایش یافت، درحالی‌که در نمونه‌های CFRP حدود 4/14 درصد کاهش نشان داد. انرژی جذب‌شده نیز برای هر دو سامانه FRP در محدوده جابه‌جایی آزمایش افزایش یافت. با توجه به اینکه مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، کرنش گسیختگی و ضخامت اسمی دو سامانه FRP از نظر مکانیکی یکسان‌سازی نشده بودند، تفاوت‌های مشاهده‌شده باید به‌عنوان تفاوت در عملکرد دو سامانه FRP مورد استفاده در این برنامه آزمایشگاهی تفسیر شوند و نه به‌عنوان برتری ذاتی یا عمومی یک نوع الیاف. ازاین‌رو، یافته‌های این پژوهش مبنایی کنترل‌شده برای انتخاب سامانه FRP متناسب با هدف طراحی، یعنی اولویت‌دهی به سختی و مقاومت یا ظرفیت تغییرشکل، در محدوده هندسه، مصالح و شرایط بارگذاری بررسی‌شده فراهم می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation and Comparison of the Performance of CFDST Stub Columns Wrapped with CFRP and GFRP

نویسندگان English

Mojtaba Bakhshaei-Shahrbabaki 1
Mohammadreza Javaheri-Tafti 2
Mohammadreza Hamidian 3
1 Department of Civil Engineering, Taft.C., Islamic Azad University, Taft, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Yazd. C., Islamic Azad University, Yazd, Iran
3 Department of Civil Engineering, Ke.C., Islamic Azad University, Kerman, Iran
چکیده English

Short double-skin concrete-filled steel tube (CFDST) columns can exhibit improved axial performance when externally confined with fiber-reinforced polymer (FRP); however, direct experimental evidence comparing glass- and carbon-fiber-reinforced polymer (GFRP and CFRP) systems under otherwise identical CFDST conditions remains limited. In this study, this research gap was investigated through a controlled experimental program in which the column geometry, steel tube specifications, concrete mix design, curing conditions, fabrication process, and loading protocol were kept consistent across all specimens, while only the FRP system was varied, using either one layer of bidirectional GFRP or one layer of bidirectional CFRP. A total of nine circular, short CFDST columns were tested under axial compression, and their responses were evaluated in terms of ultimate load-carrying capacity, secant stiffness, ductility, post-peak strength degradation, and energy absorption. The results showed that the secant stiffness increased by 11.44% for CFRP and 5.65% for GFRP. The ductility index also increased by approximately 9.87% in the GFRP specimens, whereas a reduction of approximately 14.4% was observed in the CFRP specimens. Energy absorption increased for both FRP systems over the tested displacement range. Since the tensile strength, elastic modulus, ultimate strain, and nominal thickness of the two FRP systems were not mechanically matched, the observed differences should be interpreted as differences in the performance of the specific FRP systems used in this experimental program rather than as evidence of the inherent or general superiority of one fiber type over the other. Accordingly, the findings provide a controlled basis for selecting an FRP system according to the intended design objective—prioritizing stiffness and strength or deformation capacity—within the range of geometry, materials, and loading conditions investigated.

کلیدواژه‌ها English

Concrete-filled double-skin steel tubular (CFDST)
CFRP
GFRP
Axial compression
Local buckling
Composite columns
Strengthening

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 12 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 21 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 08 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 12 شهریور 1405