بررسي رفتار كمانشي ستون‌هاي فولادي سرد نورد شده با مقطع مركب تحت اثر آتش

Investigation of Buckling Behaviour of Cold- Formed Steel Columns with Built-up Sections Subjected to Fire

در سال‌هاي اخير، استفاده از اعضاي فولادي سرد نورد شده(Cold-formed steel (CFS)) به عنوان اعضاي سازه‌اي باربر در ساختمان‌هاي مسكوني و تجاري رواج گسترده‌اي پيدا كرده است. تحقيقات اندكي در مورد رفتار در برابر آتش ستون‌هاي CFS وجود دارد. مخصوصا ستون‌هاي CFS با مقطع مركب (Built-up section) كه بيشتر در ساختمان‌سازي متداول هستند، كمتر مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين، استانداردهاي طراحي سازه‌هاي فولادي سرد نورد شده موجود، ضوابط طراحي كافي براي طراحي در برابر آتش ستون‌هاي CFS ارائه نداده‌اند. بنابراين در اين مقاله، به بررسي رفتار كمانشي ستون‌هاي CFS با مقطع مركب تحت بار محوري در دماهاي بالا با استفاده از روش عددي پرداخته شده است. همچنين امكان استفاده از روش مقاومت مستقيم (DSM) در ارزيابي ظرفيت باربري ستون‌هاي مركب در دماهاي بالا مورد بررسي قرار گرفته است. از روش تحليل عددي با استفاده از نرم‌افزار عناصر محدود ABAQUS براي ارزيابي رفتار مدل‌ها استفاده شده است. پس از مدل‌سازي عددي و صحت‌سنجي آن با استفاده از نتايج آزمايشات انجام يافته، به انجام مطالعات پارامتريك براي بررسي چگونگي تاثير پارامترهاي مختلفي از قبيل ضخامت مقطع و نوع فولاد در رفتار كمانشي ستون‌هاي CFS در دماهاي بالا پرداخته شده است. ظرفيت باربري نهايي ستون‌هاي CFS با استفاده از نمودارهاي بار-تغييرمكان محوري حاصل از تحليل‌هاي عددي استخراج شده و مودهاي خرابي نمونه‌ها نيز بدست آمده و مورد بررسي قرار گرفته است. با استفاده از روش مقاومت مستقيم نيز ظرفيت باربري ستون‌هاي CFS با مقطع مركب بدست آمده و با مقادير بدست آمده از تحليل‌هاي عددي مقايسه شده است. نتايج نشان داد كه روش DSM ظرفيت باربري نهايي ستون‌ها را خيلي نزديك به مقادير بدست آمده از روش تحليل عددي و البته كمي بيشتر بدست مي‌دهد. استفاده از فولاد پرمقاومت به جاي فولاد كم مقاومت، باعث افزايش ظرفيت باربري نمونه‌ها در دماهاي مختلف شده است، اگرچه مقدار افزايش خيلي هم قابل ملاحظه نيست.

In recent years, the use of Cold-formed steel (CFS) as load bearing structural members in residential and commercial buildings has become widespread. There are a few researches about fire performance of CFS columns. In particular, CFS columns with a built-up section, which are more common in construction, have been less studied. Also, the existing standards for the design of cold-formed steel structures do not provide sufficient design criteria for designing against fire. In this research project, a numerical study will be conducted to investigate the buckling behavior of CFS columns with built-up cross sections, in fire conditions. Numerical analysis method using ABAQUS finite element software has been used to evaluate the models. After numerical modeling and validation using the results of previous experiments, parametric studies have been performed to investigate the effect of various parameters such as cross-sectional thickness, type of steel, etc. on the buckling behavior of CFS columns at elevated temperatures. The load bearing capacity of CFS columns is extracted from load-displacement curve obtained from numerical analysis. Also, using the direct strength method (DSM), the axial resistance of the CFS columns is computed and compared with the results of numerical analysis. Failure modes of CFS columns have also been obtained and discussed. The results showed that the DSM method estimates the ultimate load capacity of the columns very close to the values obtained from the numerical analysis method. Also, the use of high-strength steel has increased the load-bearing capacity of the columns at different temperatures, although the amount of increase is not very significant.