مدلسازی و بررسی رفتار ستونهای مرکب فولادی بتنی دوجداره با جداره داخلی دایره ای و جداره خارجی شش ضلعی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 کارشناس ارشد مهندسی سازه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شمال، آمل، ایران

3 دانشجوی دکترای مهندسی سازه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

نوع جدیدی از ستونهای پر شده با بتن به صورت دوجداره مزیتهای بهتری در ساخت پایه های پل و ساختمانهای خاص از جمله چگونگی اتصال چندین تیر( حداکثر 6 تیر) به ستون مورد نظر واقع در مرکز ساختمان دارد.  در این پژوهش به شبیه‌سازی 27 نمونه ستون مرکب دوجداره فولادی با جداره‌ی داخلی دایره‌ای و جداره‌ی خارجی شش ضلعی، به روش اجز‌ای محدود و به کمک نرم افزار آباکوس پرداخته شده است. اثر تعدادی از پارامترهای موثر در رفتار ستون‌های مرکب شامل: ارتفاع ستون، نسبت بعد به ضخامت جداره‌ی فولادی خارجی، نسبت قطر به ضخامت جداره‌ی فولادی داخلی و برون محوری در نظر گرفته شد. بارگذاری اعمالی به هر یک از نمونه‌ها به‌صورت محوری فشاری و به‌صورت کنترل جابجایی انجام گرفت. نتایج حاصل شده از پارامترهای مورد بررسی نشان داد که با وجود اینکه در آیین‌نامه‌های مختلف وقتی که نسبت برون محوری به قطر افزایش می‌یابد از میزان محصور شدگی کم می گردد، اما در مقاطع دولایه زمانی که این محدوده در بین فضای دو لوله قرار گیرد به دلیل فشار لوله داخلی به بتن، میزان محصور شدگی را حفظ می کند. همچنین درصد افزایش مقاومت سازه وابسته به ارتفاع سازه و برون محوری و نسبت بعد به ضخامت خارجی می باشد. میزان کاهش مقاومت نهایی محوری سازه با افزایش نسبی 50 درصدی در ارتفاع ستون و نسبت قطر به ضخامت ثابت، کاهشی بین 1 تا 15 درصد را به همراه دارد. با ثابت ماندن نسبت قطر به ضخامت داخلی و برون محوری و ارتفاع، تاثیر نسبت بعد به ضخامت خارجی بسیار بیشتر از سه پارامتر دیگر می باشد. با ثابت ماندن ارتفاع و افزایش نسبت بعد به ضخامت خارجی مود چروک شدگی نیز در ستون دولایه ایجاد شده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical analysis of concrete-filled double skin tubular slender columns with internal circular and external hexagonal tubes

نویسندگان [English]

  • Morteza Naghipour 1
  • S. Maedeh Mahdavi, S. 2
  • Saleh M Ebrahimzadeh 3
1 Professor, Department of Civil Engineering, Babol University of Technology, Babol, Iran
2 Civil Eng Dept, Shomal University
3 civil eng dept Babol Noshirvani university of Technology
چکیده [English]

ABSTRACT
A new kind of double skin CFT has more benefits in construction of bridge and especial buildings due to easily multi beam connections for central columns. In this study 27 double skin specimens filled with concrete, consist of internal circular tube and external hexagonal tubes have been studied using ABAQUSE finite element software. The effects of some parameters on behavior of CFT consists of: height of column, width to thickness ratio of external steel tube, diameter to thickness of internal tube and eccentricity were considered. Loading was applied as an axially compression in a displacement control state. The results show that whenever the eccentricity is matched through gap of two skins, the concrete confinement does not reduce, which is not the same as some codes of practice recommendations. The increase on strength of column depends on height, eccentricity and width to thickness ratio of external tube. The strength reduction of columns is up to 15% when height increases 50%. When the diameter to thickness, eccentricity and height of specimens remain constant, it was considered through the results that, the effects of width to thickness ratio of models is more significant than other parameters. The results also show that, when the height is constant and the width to thickness of external tube increases some outward foldings on columns were existed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Double skin CFT
  • Hexagonal tube
  • Confinement effect
  • Ultimate Capacity
  • Numerical modeling
[1] Mandal, A. (2010). Concrete Filled Steel Tube under Axial Compression. LAP LAMBERT Academic publishing, 96 pages.
[2] Hassanein, M.F. and Kharoob, O.F. (2014). Analysis of circular concrete-filled double skin tubular slender columns with external stainless steel tubes. Journal of Thin-Walled Structures, 79, 23-37.
[3] Yuan, W.b. and Yang, J.J. (2013). Experimental and numerical studies of short concrete-filled double skin composite tube columns under axially compressive loads. Journal of Constructional Steel Research, 80, 23-31.
[4] Ho, J.C.M. and Dong, C.X. (2014). Improving strength, stiffness and ductility of CFDST columns by external confinement. Journal of Thin-Walled Structures, 75, 18-29.
[5] Romero, M.L. Ibañez, C. Espinos, A. Portolés, J.M. and Hospitaler, A. (2017). Influence of Ultra-high Strength Concrete on Circular Concrete-filled Dual Steel Columns. Journal of Structures, 9, 13-20.
[6] Li, W. Han, L.H. and Zhao, X.L. (2012). Axial strength of concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns with preload on steel tubes. Journal of Thin-Walled Structures, 56, 9-20.
[7] Li, W. Han, L.H. Ren, Q.X. and Zhao, X.L. (2013). Behaviour and calculation of tapered CFDST columns under eccentric compression. Journal of Constructional Steel Research, 83, 127-136.
[8] Li, W. Han, L.H. and Chan, T.M. (2014). Tensile behavior of concrete-filled double-skin steel tubular members. Journal of Constructional Steel Research, 99, 35-46.
[9] Pagoulatou, M. Sheehan, T. Dai, X.H. and Lam, D. (2014). Finite element analysis on the capacity of circular concrete-filled double-skin steel tubular (CFDST) stub columns. Journal of Engineering Structures, 72, 102-112.
 [10] Uenaka, K. (2016). CFDST stub columns having outer circular and inner square sections under compression. Journal of Constructional Steel Research, 120, 1-7.
[11] خراسانی، ف؛ گرامی، م؛ خیرالدین، ع. (1396). مقایسه رفتار قاب‌‌های خمشی مرکب (RCS) و فولادی تحت زلزله‌های حوزه نزدیک گسل. فصلنامه سازه و ساخت.
[12] حقیقت، آ؛ حیدریان، ن؛ شربتدار، م. (1396). بررسی اتصال خمشی ترکیبی نوین تحت بارگذاری چرخه ای و اثر آن در قاب مرکب یک طبقه. فصلنامه سازه و ساخت. دوره 4، شماره 2، تابستان 1396، صفحه 85-105.
[13] Ibañez, C., Romero, M. L., Espinós, A., Portolés, J. M., & Albero, V. (2017, November). Ultra-high strength concrete on eccentrically loaded slender circular concrete-filled dual steel columns. In Structures (Vol. 12, pp. 64-74). Elsevier.