مطالعه آزمایشگاهی تاثیر افزایش دما بر عملکرد ستون های فولادی دوجداره پرشده با بتن با هندسه خارجی منشوری تحت بار چرخه ای

طی سالیان اخیر، احداث ساختمان هایی با امنیت بالا در برابر شرایط انفجار و آتش سوزی یک مساله بسیار مهم در دنیا محسوب می شود. بنابراین یکی از راهکارهای مناسب در این زمینه، استفاده از ستون های مرکب فولادی-بتنی بوده بطوری که در هسته ستون از بتن استفاده شود تا دوام و پایداری آن در برابر حرارت های بالا حفظ شود. در این مقاله به بررسی اثر دماهای بالا بر عملکرد ستون های فولادی دوجداره پرشده با بتن با هندسه منشوری پرداخته شد. بدین منظور تعدادی ستون با هسته داخلی مربع، لوزی و دایره ای شکل که بصورت مستقیم و سراسری در کل طول ستون ادامه یافته و هسته خارجی منشوری شکل با سطح مقطع مربعی که با شیب ۱/۲ درجه از بالا به پایین افزایش یافته است، ساخته شده و تحت دماهای ۲۵، ۲۵۰، ۵۰۰ و ۷۰۰ درجه سانتی گراد با نرخ افزایش درجه حرارت طبق استاندارد بین المللی آتش IS۰-۸۳۴ قرار گرفتند. سپس کلیه ستون ها تحت بار چرخه ای با پروتکل بارگذاری ATC-۲۴ قرار گرفته و بارگذاری تا مرحله گسیختگی ستون ادامه یافت. در ابتدا مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن، اندازه گیری شده و فولاد استفاده شده تحت آزمایش کشش قرار گرفته و مشخصات تنش و کرنش آن بدست آمد. نتایج حاکی از آن است که با وجود اینکه مود خرابی ستون های با مقطع داخلی مربع و لوزی مشابه یکدیگر بوده اما ستون های با مقطع داخلی دایره آثار تخریبی و گسیختگی نامناسب تری نسبت به ستون های با مقطع داخلی مربع و لوزی داشته اند. مود گسیختگی پای ستون ها تا دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد بصورت کمربند قطری با زاویه ۴۵ درجه گسترش پیدا کرده اما در دمای ۷۰۰ درجه سانتی گراد بصورت کمربند افقی در تراز ۱۰ سانتی متری از پای ستون رخ داده است. همچنین سختی اولیه و ضریب شکل پذیری ستون های با مقطع داخلی لوزی تا حدود ۲ برابر سایر ستون ها بوده اند. در کلیه ستون ها بیشترین خرابی بتن در ناحیه پای ستون به علت حداکثر لنگر ایجاد شده در آن ناحیه ایجاد شده که از دمای ۲۵ تا ۷۰۰ درجه سانتی گراد خرابی بصورت جداشدگی بتن از ناحیه فولادی مشاهده شده و با افزایش دما، به تدریج نواحی مرکزی و میانی نیز دچار تخریب می شوند که در نهایت در دمای ۷۰۰ درجه سانتی گراد در کلیه نمونه ها بتن بصورت کاملا خردشده درآمده به گونه ای که عملا نقشی در ظرفیت باربری ستون نداشته است. تخریب بتن در ستون ها تقریبا در همه ستون های با مقطع داخلی دایره، مربع و لوزی به یک شکل بوده و تفاوتی با هم نداشته اند. بطور کلی تقریبا در تمامی ستون ها از دمای ۲۵ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد پس از ۱۵ چرخه و در دمای ۷۰۰ درجه سانتی گراد پس از  ۹ یا ۱۲ چرخه، ظرفیت باربری ستون ها تا حدود ۵۰ درصد افت داشته و فرآیند بارگذاری متوقف شد. در این بین، ستون های با مقطع داخلی دایره، زودتر از سایر ستون ها گسیخته شده و عملکرد مناسبی در این مساله نداشتند. همچنین در ستون های با مقطع داخلی لوزی نیز فرآیند گسیختگی و کاهش شدید ظرفیت باربری از دمای ۵۰۰ درجه آغاز شده که نشان از عملکرد نامناسب این ستون بعلت توزیع هندسی ناهمگون در ارتفاع ستون  دارد. بطور کلی تقریبا در تمامی ستون ها از دمای ۲۵ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد پس از ۱۵ چرخه و در دمای ۷۰۰ درجه سانتی گراد پس از  ۹ یا ۱۲ چرخه، ظرفیت باربری ستون ها تا حدود ۵۰ درصد افت داشته و فرآیند بارگذاری متوقف شد.

کلیدواژه ها:

Concrete-Filled Double Skin Steel Column ، Prismatic Geometry ، Temperature ، Cyclic Loading ، ستون فولادی دوجداره پرشده با بتن ، هندسه منشوری ، دما ، بار چرخه ای