| فنی،مدیریتی،حقوقی| اعتبار،چابکی،پاسخگویی|

بررسی و بهبود عملکرد لرزه‌ای ستون‌های LCFST تقویت شده با CFRP با استفاده از مدل‌سازی به روش اجزاء محدود

10.22034/cpj.2025.542626.1394

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه مراغه

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

چکیده
ستون‌های پر شده با بتن در لوله‌های فولادی (CFST) به عنوان جایگزینی مقرون‌به‌صرفه در مقایسه با سایر ستون‌های کامپوزیتی مطرح هستند که مهم‌ترین مزیت آن‌ها، کاهش مصرف فولاد در مقایسه با ستون‌های تنها با پروفیل فولادی است. در ساخت‌وسازهای کشورهایی مانند ژاپن، استفاده از صفحات داخلی و خارجی به‌صورت گسترده‌ای در اتصالات این سازه‌ها رواج دارد. به‌کارگیری این صفحات می‌تواند روشی مؤثر و کارآمد برای تقویت اتصالات ستون‌های CFST باشد. در این پژوهش، به‌منظور صحت سنجی مدل اجزای محدود، نمونه‌ای آزمایشی از این نوع اتصال که توسط شیونگ و همکاران در سال ۲۰۱۷ مورد مطالعه قرار گرفته بود، انتخاب و نتایج عددی و آزمایشگاهی آن مقایسه و تأیید شد. سپس با استفاده از مدل صحت سنجی شده، ۱۹ مدل عددی در ۶ گروه مختلف با متغیرهای اندازه بازشو، مقاومت فشاری بتن، استفاده از ورق‌های FRP، ستون با مقاطع متغیر در هسته بتنی و ورق موجدار مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان داد که استفاده از ورق‌های CFRP تأثیر قابل‌توجهی در افزایش ظرفیت باربری نهایی داشته و همچنین منجر به کاهش تنش و کرنش پلاستیک می‌شود. این امر باعث کاهش کمانش در ورق‌های اتصال‌دهنده و انتقال تمرکز تنش به ستون‌های کناری گردید. در شرایط یکسان، نمونه‌های تقویت شده با ورق CFRP از ظرفیت باربری بالاتر و نرخ افت مقاومت کم‌تری پس از رسیدن به بار حداکثر برخوردار بودند. به‌طور مشخص، نمونه مجهز به ورق CFRP و فاقد بازشو با ظرفیت باربری ۶۵۱٫۱ کیلونیوتن، حدود ۳۷٫۴ درصد ظرفیت باربری بیشتری را در مقایسه با نمونه مشابه بدون ورق تقویتی نشان داد. همچنین این نمونه در مقایسه با نمونه‌های دارای بازشو به قطر ۱۵ و ۵ میلی‌متر، به‌ترتیب ۴۰٫۴ و ۲۵٫۶ درصد ظرفیت باربری بیشتر و افت مقاومت کم‌تری داشت. تلفیق ورق موجدار با ورق CFRP عملکرد مدل‌ها را به‌طور چشمگیری بهبود بخشید؛ به‌طوری‌که نمونه ۱۸ (دارای ورق موجدار با اندازه بال ۲ سانتیمتر و ورق CFRP) به‌طور متوسط ۴۸ درصد ظرفیت باربری بیشتری نسبت به سایر نمونه‌ها ثبت کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating and improving the seismic performance of CFRP-reinforced LCFST columns using finite element modeling

نویسندگان English

Babak Alinejad 1
Hamed Mohammadi 2
1 Assisstant professor of university of maragheh
2 Department of Engineering, University og Maragheh, Maragheh, Iran
چکیده English

Concrete-filled steel tubular (CFST) columns are recognized as a cost-effective alternative to other composite columns, with their most significant advantage being the reduced steel consumption compared to conventional steel-profile columns. In construction practices in countries such as Japan, the use of internal and external stiffening plates is widely common in the connections of such structures. Employing these plates can serve as an effective and efficient method for strengthening CFST column connections. In this research, to validate the finite element model, an experimental specimen of this type of connection, previously studied by Xiong et al. in 2017, was selected, and the numerical and experimental results were compared and verified. Subsequently, using the validated model, 19 numerical models across six different groups—with variables including opening size, concrete compressive strength, application of FRP sheets, columns with variable core concrete sections, and corrugated plates—were analyzed. The results demonstrated that the use of CFRP sheets significantly enhances the ultimate load-bearing capacity and also reduces plastic stress and strain. This led to a decrease in buckling in the connecting plates and transferred stress concentrations to the adjacent columns. Under identical conditions, the specimens strengthened with CFRP sheets exhibited higher load-bearing capacity and a lower rate of strength degradation after reaching peak load. Specifically, the specimen equipped with a CFRP sheet and without any opening, with a load-bearing capacity of 651.1 kN, showed approximately 37.4% higher capacity compared to its counterpart without any reinforcing sheet. Furthermore, this specimen demonstrated 40.4% and 25.6% higher load-bearing capacity along with lower strength degradation compared to specimens with opening diameters of 15 mm and 5 mm, respectively. The combination of corrugated plates with CFRP sheets markedly improved the performance of the models; for instance, Specimen 18 (featuring a corrugated plate with a 2 cm flange size and a CFRP sheet) recorded an average of 48% higher load-bearing capacity than the other specimens.

کلیدواژه‌ها English

  • Compressive strength
  • seismic behaviour
  • energy absorption
  • corrugated sheet
  • CFRP columns
  • تاریخ دریافت 30 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 05 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 01 شهریور 1404
  • تاریخ اولین انتشار 01 شهریور 1404
  • تاریخ انتشار 01 آبان 1404