مطالعه رفتار ستون های فولادی پرشده با بتن تقویت شده توسط نوارهای سخت کننده تحت بار چرخه ای

ستون¬های فولادی پر شده با بتن (cft)، در دو دهه¬ی گذشته در ساختمان¬های بلند و صنعتی، پل¬ها، اسکله ها و نیز شمع ها رواج زیادی پیدا کرده است. دلیل این مطلب را می توان در مواردی از قبیل مقاومت خوب در مقابل آتش¬سوزی، کاهش هزینه¬های ساخت از طریق ترکیب مناسب مقطع فولادی و بتنی، کاهش حجم بتن ریزی، استفاده از فولاد به عنوان قالب برای بتن، مقاومت خوب و مناسب در انواع بارگذاری خصوصاً بار¬گذاری لرزه ای، شکل¬پذیری بالا، قابلیت جذب انرژی، کاهش وزن سازه به دلیل کاهش در ابعاد مقطع، زمان ساخت کمتر و موارد گوناگون دیگر جستجو کرد. از زمانی که استفاده از این ستون ها آغاز شد، یکی از دغدغه¬های محققین بررسی انواع روش¬های تقویت این نوع ستون ها بوده است و روش های مختلفی نیز برای این منظور به کار برده شده است. استفاده از سخت کننده های فولادی به عنوان مؤثرترین روش برای تقویت ستون های فولادی پر شده با بتن در تحقیقات گذشته شناخته شده است. ولی این روش نیز مانند تمام روش های شناخته شده برای بهبود رفتار سازه ها از عواملی متعددی تأثیر می پذیرد که تا کنون به بسیاری از این عوامل به میزان کافی توجه نشده است. هدف از انجام این پایان نامه بررسی تأثیر عوامل مختلف بر رفتار ستون های فولادی پر شده با بتن دارای سخت کننده می باشد. بدین منظور ابتدا اثر سخت کننده طولی بر رفتار ستون های فولادی پر شده با بتن دارای مقطع مربعی، دایره ای و دایره ای دو پوسته مورد بررسی قرار داده شد. به دلیل شرایط اجرایی حاکم بر صنعت ساختمان سازی کشور در ادامه سایر بررسی ها، تنها بر روی ستون های با مقطع مربعی دارای سخت کننده طولی، انجام شد. بررسی روش های مختلف اضافه نمودن سطح مقطع فولاد در ستون ها نشان داد که در حالتی که ستون تحت بار جانبی قرار دارد، اضافه نمودن سخت کننده طولی تأثیری بیشتری در افزایش جذب انرژی و شکل پذیری دارا می باشد. البته اضافه نمودن سطح مقطع فولاد جداره از طریق افزایش ضخامت آن، تأثیر بیشتری در افزایش سختی اولیه و مقاومت جانبی حداکثر در ستون تحت بار جانبی داشت. اگرچه استفاده از سخت کننده طولی به دلیل افزایش سطح فولاد مصرفی در مقطع ستون فولادی پر شده با بتن عمدتاً موجب بهبود رفتار جانبی ستون می شود، ولی عملکرد اصلی این سخت کننده در جلوگیری از کمانش ورق جداره فولادی در محل لنگر حداکثر در ستون است. در صورتی که نسبت فشردگی ورق جداره ستون کم باشد، کمانش ورق جداره در کرنش های پلاستیک زیاد رخ خواهد داد. بر همین اساس به بررسی اثر فشردگی ورق جداره فولادی بر رفتار جانبی ستون cft در حالت استفاده و عدم استفاده از سخت کننده طولی پرداخته شد. نتیجه این بررسی نشان داد که وجود سخت کننده در نسبت های فشردگی پایین عملاً تأثیر قابل توجهی در رفتار جانبی این ستون ها نداشته و بر اساس این بررسی معیاری برای تعیین محدوده فشردگی مناسب برای استفاده از سخت کننده های طولی پیشنهاد شد. بررسی ابعاد بهینه سخت کننده طولی از دیگر موضوعاتی است که در این پایان نامه به آن پرداخته شده است. برای بررسی سطح مقطع بهینه سخت کننده، ضخامت آن در تمام نمونه ها به صورت ثابت و برابر ضخامت جداره فولادی در نظر گرفته شد و اثر تغییر عرض آن بر رفتار جانبی ستون cft مورد مطالعه قرار گرفت. این بررسی نشان داد که ابعاد پیشنهاد شده برای سطح مقطع سخت کننده های طولی در حالت نیروی محوری فشاری، کمتر از ابعاد مناسب برای ستون تحت بار جانبی می باشد. با توجه به اینکه عملکرد اصلی سخت کننده طولی در حالت نیروی جانبی کنترل کمانش جداره و به تعویق انداختن آن است، طول سخت کننده در ناحیه لنگر حداکثر در ستون بیشترین اثر را در رفتار جانبی آن دارد. بررسی این موضوع نشان داد که استفاده از سخت کننده به طول حدود 3/0 طول ستون در ناحیه لنگر خمشی حداکثر در ستون، بیشترین تأثیر را در رفتار جانبی ستون های فولادی پر شده با بتن دارد. بررسی اثر تغییر مقاومت در اجزاء مختلف ستون نشان داد که افزایش مقاومت بتن در ستون فولادی پر شده با بتن تا حدودی باعث افزایش سختی و مقاومت نهایی جانبی ستون می شود. ولی در این حالت تا حدودی شکل پذیری و به مقدار قابل توجهی جذب انرژی در ستون کاهش پیدا می کند. افزایش مقاومت فولاد سخت کننده به مقدار اندکی باعث افزایش مقاومت نهایی جانبی می شود ولی بر سختی اولیه سازه تأثیری ندارد. این موضوع همچنین باعث افزایش شکل پذیری و جذب انرژی در ستون می شود. در قسمت آخر این پایان نامه نیز اثر شکل، تعداد و وجود سوراخ و در کل پیوستگی بین جداره و هسته بتنی، و همچنین اثر محل قرار گیری سخت کننده در وجه داخلی یا خارجی جداره، بر رفتار جانبی آن مورد بررسی قرار گرفته است.