Transcript tarjome
بسم هللا الرحمن الرحيم مقاومت دربرابر آتش درلوله هاي فوالدي پر شده با بتن با بارگذاري محوري خرداد 87 چكيده بررس ي رفتار ستونهاي با مقطع فوالدي پر شده با بتن مقايسه اي بين رفتار مقاطع دايره اي و مربعي با فوالد مصرفي يكسان و سطح يكسان بتن معرفي لوله فوالدي پر شده با بتن يك ستون تركيبي شامل يك لوله فوالدي تو خالي است كه با بتن پر مي شود .بتن پر شده مقاومت ستون فوالدي را افزايش دهد ،همچنين پايداري ستون فوالدي را در برابر آتش افزايش مي دهد ،همچنين فوالد جانبي حكم محصور كننده موثري را براي بتن دارد. CFSTها در مقايسه با ستون فوالدي نازك و ستون بتن مسلح ،ضرفيت حمل باال و نرمي و سفتي ماندگاري دارد. براي يك بار معلومCFST ،ها سطح مقطع كمتر و مقاومت باالتري را به نسبت وزن ستونهاي بتن مسلح دارند. مدل تحليلي آناليز سازه هاي مقاوم در برابر آتش يك روند پيچيده اي دارد زيرا آناليز شامل تعداد زيادي متغيرها از قبيل: رشد آتش مدت زمان اعمال آتش توزيع حرارت در اعضا سازه اندركنش بين اجزاي سازه تغيير در ويژگي هاي ماده و تاثير بارها بر روي سيستم سازه اي مي باشد. هدف اصلي در چنين تحليل هايي تعيين طول مدت زماني است كه سازه قادر به مقاومت در برابر آتش تا مرحله فروپاش ي مي باشد. حرارت آتش در مدل عددي حاضر فرض مي شود كه درجه حرارت سازه از منحني استاندارد آتش مطابق زير پيروي كند: :Tgدرجه حرارت بر حسب سلسيوس :tمدت زمان بر حسب ثانيه ميدان حرارت در مقطع عرض ي ستون با فرض اينكه آتش در تمام سطوح خارجي ستون اعمال شود و با توجه به تقارن مقطع ستون : نيمرخ توزيع درجه حرارت در امتداد محور x در درجه حرارت پايين دو ستون رفتار مشابه اي دارند اما در درجه حرارت بيش از 1ساعت درجه حرارت داخلي مقطع مربعي اندكي بيشتر از ستون دايره اي است. درجه حرارت اين ستونها توسط حل معادله انتقال حرارت در ابعاد مقطع محاسبه مي شود: :cگرماي ويژه :kضريب هدايت گرمايي :جرم مخصوص مقادير cو وابسته به درجه حرارت ميباشند و توسط معادالت زير تعيين ميگردند: شرايط مرزي معادله انتقال حرارت مي تواند توسط معادله زير بيان شود: كه h=25 w/m2 kضريب همرفتي است. آناليز مقاومت محاسبه تنشها و كرنشهاي بوجود آمده در ستونهاي CFSTوقتي تواما تحت بارگذاري محوري خارجي و افزايش درجه حرارت قرار مي گيرند ،فرض مي شود ستون مستقيم بوده و تنها تنش فشاري در ستون ايجاد مي گردد و خمش ي در مقطع وجود ندارد .الزم به ذكر است كه بدليل پيوستگي تغيير شكلي فوالد و بتن در اين ستونها ، فوالد و بتن كرنش محوري يكساني دارند ،كه مي توان آنرا به صورت زير نمايش داد : بدليل كم بودن مدت زمان اعمال آتش ،از كرنشهاي ناش ي از خزش چشم پوش ي مي شود. كرنشها براي فوالد و بتن به شرح زير تعيين مي گردنند: روابط بين تنش و كرنش ناشي از آن براي فوالد در درجه حرارتهاي باال مي تواند به صورت معادالت زير ارائه شود: فرض مي شود روابط تنش -كرنش در درجه حرارتهاي باال از روابط زير پيروي كند: تنش پيك ،ماكزيمم تنش فشاري بتن در درجه حرارت Tاز معادله زير قابل تعيين است: كه uo=25 MPaمقاومت فشاري بتن در دماي اتاق است. كه εuكرنش نهايي بتن مي باشد: : Eo20GPaمدول يانگ در دماي اتاق :K2=0.0000001 ,K1=0.0025 ثابتهايي هستند كه اثر درجه حرارت را بر منحني تنش-كرنش بيان مي كنند. منحني تنش-كرنش بتن در درجه حرارتهاي مختلف xتوزيع تنش محوري در طول محور تحت مدت زمانهاي مختلف اعمال آتش ستون مركب مربعي ستون مركب دايره اي تغييرات تنش فشاري محوري با مدت زمان اعمال آتش و كرنش فشاري براي اين دو نوع ستون خيلي مشابه است ،به جز اينكه مقدار تنش در ستون دايره اي اندكي نسبت به ستون مربعي بيشتر است،كه اين نشان دهنده ي اين است كه ظرفيت بار ستون دايره اي اندكي از ستون مربعي بيشتر است اگر شرايط ديگر يكسان باشد. بررس ي تغييرات تنش در بتن براي مقادير متفاوت كرنش نشان دهنده اين است كه ،براي كرنشهاي فشاري خيلي كوچك ،تنش در قسمتهاي داخلي بتدريج با گذشت زمان افزايش مي يابد ،در حالي كه در قسمت بيروني لوله فوالدي ،تنش در 15دقيقه اول افزوده مي گردد و سپس با افزايش زمان كاهش مي يابد. منحني نيروي محوري – تغيير مكان ستونهاي تركيبي دايره اي و مربعي با افزايش مدت اعمالي حرارت ،نيروي بيشينه كاهش مي يابد. نيروهاي اوليه در كرنش محوري صفر، نيروهاي الزم براي توليد كرنشهاي فشاري است كه كرنشهاي حرارتي را متوازن مي كند. از آنجايي كه كرنش حرارتي با افزايش زمان افزوده مي گردد در صورتيكه مدول يانگ در طول افزايش حرارت كاهش نيابد نيروي اوليه بايد افزايش يابد. در حقيقت براي ستونهاي CFSTكاهش مدول يانگ و يا مقاومت ،براي لوله فوالدي خارجي خيلي سريع است ،كه اين بدين علت است كه مقاومت در برابر آتش بتن بيشتر از فوالد است. مقاومت ستون دايره اي در برابر آتش اندكي بيشتر از ستون مربعي مي باشد، زيرا براي يك سطح مقطع ثابت هر دو نوع ستون (دايره اي و مربعي) ،ستون مربعي محيط بيشتري دارد لذا حرارت بيشتري را نسبت به ستون دايره اي جذب مي كند و مقاومت آن كمتر است. مقايسه بين مقاومت در برابر آتش ستونهاي با مقطع مربعي و دايره اي: اين منحني ها داراي دو قسمت يك ساعته مي باشد كه قسمت اول در نتيجه كاهش مقاومت فوالد و قسمت دوم در نتيجه كاهش مقاومت بتن مي باشد. در نهايت براي اين ستونهاي تركيبي نتيجه مي شود كه ستونهاي تركيبي دايره اي مقاومت بيشتري را در برابر آتش در مقايسه با ستونهاي مربعي دارد. پايان