بابک علی نژاد

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 2017 مورد مطالعه قرار گرفته بود، انتخاب و نتایج عددی و آزمایشگاهی آن مقایسه و تأیید شد. سپس با استفاده از مدل صحت سنجی شده، 19 مدل عددی در 6 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 651٫1 کیلونیوتن، حدود 37٫4 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 15 و 5 میلی‌متر، به‌ترتیب 40٫4 و 25٫6 درصد ظرفیت باربری بیشتر و افت مقاومت کم‌تری داشت. تلفیق ورق موجدار با ورق CFRP عملکرد مدل‌ها را به‌طور چشمگیری بهبود بخشید؛ به‌طوری‌که نمونه 18 (دارای ورق موجدار با اندازه بال 2 سانتیمتر و ورق CFRP) به‌طور متوسط 48 درصد ظرفیت باربری بیشتری نسبت به سایر نمونه‌ها ثبت کرد.