بررسی عددی رفتار ستون های بتنی مسلح شده با فولاد با هسته صلیبی تحت بار با خروج از مرکزیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهارت و کارآفرینی، واحد بابل، دانشگاه آزاد اسلامی، بابل، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

ستون های بتنی مسلح شده با فولاد SRC به دلیل مزایای فراوانی که دارند، استفاده از آنها در سال های اخیر رواج زیادی پیدا کرده است. در این تحقیق، به جهت بررسی رفتار ستون های SRC با هسته فولادی صلیبی، شاخص شکل پذیری و عوامل موثر بر آن مورد بررسی قرار گرفته و همچنین با محاسبه روابط لازم بر اساس روش توزیع تنش پلاستیک، روشی ساده و کاربردی برای طراحی این ستون ها ارائه گردید. بر همین اساس، یک مدل المان محدود به کمک نرم افزار آباکوس به جهت مطالعه عددی ایجاد شد که با نتایج مدل آزمایشگاهی اعتبارسنجی گردید. در مجموع 16 ستون با هسته فولادی صلیبی برای مطالعه عددی تحلیل گردیدند که متغیرهایی از قبیل درصد هسته فولادی، مقاومت فشاری بتن، نسبت فاصله میلگردهای عرضی، نسبت لاغری و نسبت برون محوری نیرو بر شاخص شکل پذیری این ستون‌ها مورد بحث و ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان دهنده این مطلب بوده که با افزایش نسبت برون محوری، ظرفیت باربری کاهش ولی شاخص شکل‌پذیری به دلیل تغییر رفتار از حالت فشاری به خمشی افزایش می یابد به طوری که با افزایش نسبت برون محوری از 1/0 به 4/0 ظرفیت باربری به مقدار 1/59% کاهش یافته ولی شاخص شکل پذیری 2/28% افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Behavior of Steel-Reinforced Concrete Columns with Cruciform Steel Core under Eccentric Loading

نویسندگان [English]

  • Mohsen Ahmadi 1
  • Mahdi Nematzadeh 2
1 Assistant Professor, College of Skills and Entrepreneurship, Babol Branch, Islamic Azad University, Babol, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده [English]

Steel reinforced concrete (SRC) columns have become very popular in recent years due to their many advantages. In this study, to investigate the behavior of SRC columns with a cruciform steel section at their core, the ductility index and factors affecting it were investigated. Also, by calculating the necessary equations based on the plastic stress distribution method, a simple and practical method for designing these columns was provided. Accordingly, a finite element model was created using ABAQUS software for numerical study and was then validated with the results of a previous experimental study. A total of 16 columns with cruciform steel cores were analyzed for the present study. The effect of variables such as steel core percentage, concrete compressive strength, stirrup spacing, slenderness ratio, and load eccentricity ratio on the ductility index of these columns was discussed. The results showed that with increasing the eccentricity ratio, the bearing capacity decreases but the ductility index increases due to the change in behavior from compressive to flexural, such that as the eccentricity ratio increased from 0.1 to 0.4, the bearing capacity decreased by 59.1% but the ductility index increased by 28.2%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite Column
  • SRC
  • Concrete Confinement
  • Load-Bearing Capacity
  • Eccentric Loading

مراجع

[1]        M. Nematzadeh, M. Naghipour, J. Jalali, and A. Salari. Experimental  study and calculation of confinement relationships for prestressed steel tube-confined compressed concrete stub columns. Journal of Civil Engineering and Management 2017;23:699-711.
[2]        M. Nematzadeh, A. Karimi, and A. Gholampour, "Pre-and post-heating behavior of concrete-filled steel tube stub columns containing steel fiber and tire rubber. Structures 2020;27:2346-2364.
[3]        A. Memarzadeh, M. Nematzadeh, and M. Ahmadi. Compressive performance of steel fiber-reinforced concrete-encased steel composite stub columns. Modares Civil Engineering journal 2021;21:189-203.
[4]        Y.-F. An, L.-H. Han, and C. Roeder. Performance of concrete-encased CFST box stub columns under axial compression. Structures 2015;3:211-226.
[5]        M. Ahmadi, M. Naghipour, and M. Nematzadeh. Parametric Study of Factors Affecting the Bearing Capacity of Steel Reinforced Concrete (SRC) Under Eccentric Loading. Sharif Journal of Civil Engineering 2020;36.2:3-17.
[6]        Y.-F. An, L.-H. Han, and C. Roeder. Flexural performance of concrete-encased concrete-filled steel tubes. Magazine of Concrete Research 2014;66:249-267.
[7]        L.-H. Han and Y.-F. An. Performance of concrete-encased CFST stub columns under axial compression. Journal of Constructional Steel Research 2014;93:62-76.
[8]        Y.-L. Shi, Z.-L. Jia, W.-D. Wang, W. Xian, and E. L. Tan. Experimental and numerical study on torsional behaviour of steel-reinforced concrete-filled square steel tubular members. Structures 2021;32:713-730.
[9]        Y. Yang, Y. Chen, and S. Feng. Study on behavior of partially prefabricated steel reinforced concrete stub columns under axial compression. Engineering Structures 2019;199:109630.
[10]      J. B. Mander, M. J. Priestley, and R. Park. Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of structural engineering 1988;114:1804-1826.
[11]      Y.-L. Shi, W. Xian, W.-D. Wang, and H.-W. Li. Mechanical behaviour of circular steel-reinforced concrete-filled steel tubular members under pure bending loads. Structures 2020;25:8-23.
[12]      M. Naghipour, M. Ahmadi, and M. Nematzadeh. Effect of concrete confinement level on load-bearing capacity of steel-reinforced concrete (SRC) columns under eccentric loading: Experiment and FEA model. Structures 2022;35:202-213.
[13]      ACI 211.1-91, Standard practice for selecting proportions for normal, heavyweight, and mass concrete. ACI manual of concrete practice; 1996.
[14]      ASTM E8/E8M, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials. ASTM International, West Conshohocken, USA; 2013.
[15]      T. Zhang, F.-x. Ding, X.-m. Liu, and Z.-w. Yu. Compressive behavior of steel-reinforced concrete-filled circular steel tubular stub columns. Structures 2020;28:863-877.
[16]      Z. Rahmani, M. Naghipour, and M. Nematzadeh. Flexural performance of high-strength prestressed concrete-encased concrete-filled steel tube sections. International Journal of Engineering 2019;32:1238-1247.
[17]      W.-J. Mao, W.-D. Wang, and W. Xian. Numerical analysis on fire performance of steel-reinforced concrete-filled steel tubular columns with square cross-section. Structures 2020;28:1-16.
[18]      M. Ahmadi, M. Naghipour, and M. Nematzadeh. Numerical and Experimental Investigations on the Behavior of Steel-reinforced Concrete Columns Subjected to Eccentric Loading. International Journal of Engineering 2020;33:1529-1543.
[19]      ACI 318-11. Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. American Concrete Institute, Detroit (USA); 2011.
[20]      Eurocode 4 (EC4): Design of composite steel and concrete structures part 1-1, General rules-structural rules for buildings. European Committee for Standardization, Brussels;, 2004.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 20 آبان 1400
  • تاریخ بازنگری: 12 بهمن 1400
  • تاریخ پذیرش: 16 بهمن 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار