عملكرد ستون هاي فولادي مدور پر شده با بتن در برابر بارهاي حرارتي

Performance of Concrete Filled Steel Tubular (CFST) columns subjected to thermal loads

ستون هاي فولادي مدور پر شده با بتن ، سيستمي متشكل از بتن مسلح به عنوان هسته داخلي و فولاد به عنوان جداره خارجي است. ستون هاي فولادي پر شده با بتن نوعي از ستون هاي مركب مي باشند، كه به دليل مزاياي فراواني كه نسبت به ستون هاي بتن آرمه و فولادي دارند، استفاده از آن ها، مخصوصاً در ساختمان هاي بلند در سال هاي اخير رواج زيادي پيدا كرده است. از جمله اين مزايا مي توان به سادگي نصب و اجرا، مسائل اقتصادي، حذف هزينه هاي قالب بندي، عملكرد خوب در مقابل نيروهاي لرزه اي، مقاومت بيشتر با حجم كم تر و شكل پذيري بالا اشاره نمود. مدل اجزاي محدود سه بعدي با استفاده از نرم افزار ABAQUS توسعه داده شده تا عملكرد حرارتي ستون هاي فولادي پر شده با بتن مورد مطالعه قرار گيرد. آناليز در دو مرحله تحليل انتقال حرارت و مكانيكي انجام شده است. مدل سازي عناصر محدود براي يافتن تاثير پارامترهاي كليدي بر ظرفيت باربري ستون، در معرض حرارت استاندارد ISO-834 قرار گرفته است. پارامترهاي مورد نظر شامل زمان حرارت، مقاومت فشاري بتن، ضخامت جداره فولادي، قطر مقطع ستون و شكل مقطع مي باشد و مهمترين نتايج بدست آمده، ظرفيت باربري ستون با افزايش زمان اعمال حرارت، كاهش مي يابد. كاهش قطر مقطع ستون به اندازه ي 50 ميلي متر، موجب كاهش ظرفيت باربري ستون در معرض حرارت حدود 22/5 درصد مي-گردد. با كاهش قطر مقطع، سختي ستون نيز كاهش مي يابد. كاهش ضخامت جداره ي فولادي به اندازه ي 0/44 ميلي متر، ظرفيت باربري ستون در حدود 3 درصد كاهش مي يابد و كاهش ضخامت جداره بر سختي ستون تاثيري ندارد. با تغيير شكل مقطع ستون، نتيجه مي گيريم كه ستون با مقطع دايره اي مقاومت بيشتري نسبت به ستون با مقطع مربعي در معرض حرارت دارد.

The concrete-filled steel tube CFST column is a composite system that is made with concrete as inner core and thin walled steel as outer tube. concrete-filled steel tube column are a kind of composite columns according to advantages of CFST relative to reinforced concrete and steel columns. Use of these materials is common in recent years especially in high building, unnecessary of molding, high ductility, proportionate resistance with low volume, economical, low deformation relative to steel columns are among advantages. 3D finite element (FE) models were also developed using the program ABAQUS to investigate the post-fire performance of concrete-filled steel tube, including both heat transfer and stress analyses. The FE models were used to identify the influences of key parameters on the residual capacity of CFST columns, following exposure to the ISO-834 standard fire. The considered parameters included heating time, strength of concrete, steel wall thickness, cross-sectional diameter and cross-sectional shape. The out-come results show that the residual capacity decrease with increasing heating time. By decreasing cross-sectional diameter by 50 mm, the residual capacity is reduced by about 22.5 percent. The residual capacity and compressive stiffness were shown to decrease with decreasing cross-sectional dimensions. Reducing the steel wall thickness by 0.44 mm, bearing capacity of the column decreases by about 3%, and the thickness of the wall does not affect the hardness of the column. By comparing the cross-sectional shape, post-fire performance of concrete-filled circular hollow section is better.