بررسي عددي رفتار ستون هاي فولادي سرد نورد شده جزئي پر شده با بتن تحت اثر بارگذاري همزمان بار محوري فشاري استاتيكي و بار ضربه اي محوري

Numerical study of the behaviour of partially concrete- filled cold-formed steel columns, under simultaneous loading of static axial compressive load and axial impact loading

ستون هاي فولادي پرشده با بتن (CFT) گروهي از مقاطع مركب هستند كه به دليل ظرفيت باربري بيشتر، شكل پذيري خوب و مقاومت مناسب، مورد توجه بوده است. اين مقاطع به طور گسترده اي در ساختمان هاي بلند مرتبه، سازه هاي دريايي، ايستگاه هاي مترو و پايه هاي پل ها كاربرد دارند. بنابراين اين سازه ها ممكن است در معرض بارهاي ديناميكي مانند بار ضربه محوري قرار بگيرند. يكي از تكنيك هاي مهم در كاربرد ستون هاي CFT استفاده از ستون هاي فولادي جزئي پر شده با بتن مي باشد كه به دليل مقرون به صرفه بودن و به دليل كاهش وزن سازه به خصوص در پايه هاي پل ها و اسكله ها مورد استفاده قرار مي گيرند. با توجه به افزايش كاربرد ستون هاي فولادي جزئي پرشده با بتن در سازه هاي مختلف شناخت رفتار آنها در برابر بارگذاري ضربه اي محوري ضروري است. در اين مقاله به بررسي پاسخ ديناميكي ستون هاي فولادي سرد نورد شده جزئي پر شده با بتن در مقابل بارگذاري هم زمان بار محوري فشاري استاتيكي و بارگذاري ضربه اي محوري با استفاده از نرم افزار عناصر محدود ABAQUS با انجام تحليل هاي ديناميكي غير خطي پرداخته مي شود.مطالعات پارامتريكي براي بررسي تاثير پارامترهاي سرعت ضربه وارده، نسبت ارتفاع بتن پر شده به ارتفاع كل ستون، ارتفاع سقوط ضربه زننده، نسبت جرم ضربه زننده به جرم كل ستون، نسبت بار محوري فشاري استاتيكي و خروج از مركزيت بار ضربه اي محوري بر پاسخ ضربه اي ستون هاي مورد نظر با مقطع مستطيلي انجام مي شوند. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان مي دهد كه با افزايش پارامترهاي نسبت بار محوري فشاري، نسبت پرشدگي و خروج از مركزيت ضربه محوري و ارتفاع سقوط ضربه زننده، بار ضربه اي كاهش مي يابد. همچنين افزايش نسبت جرم و سرعت ضربه باعث افزايش بار ضربه اي مي شود.

Concrete-filled tubular (CFT) steel columns are a group of composite sections that are considered due to their higher load-bearing capacity, good ductility and good strength. These sections are widely used in a variety of high-rise buildings, offshore structures, subway stations and bridge piers. Therefore, these structures may be exposed to dynamic loads such as axial impact loads (due to accidents or intentional impacts such as falling and releasing various devices, military or terrorist activities). One of the most important techniques in the application of CFT columns is the use of partially concrete-filled steel columns, which are now available due to their cost-effectiveness and weight reduction of the structure, especially in bridge piers and docks. Due to the increasing use of partially concrete-filled steel columns in various structures, it is necessary to know their behavior against axial impact loading, which has not been considered to date. In this paper, the dynamic response of partially concrete-filled cold-formed steel columns against simultaneous loading of static axial compressive load and axial impact load using finite element modeling in ABAQUS software by performing nonlinear dynamic analysis are discussed. Parametric studies to investigate the effects of impact speed, the ratio of the height of the filled concrete to the total height of the column, the height of the impact hammer falling, the ratio of the impact mass to the total mass of the column, the ratio of static axial compressive load and eccentricity of axial impact load are performed. The desired columns have rectangular cross section. The results of this study show that with increasing the parameters of static axial compressive load, filling ratio, eccentricity of axial impact load and the height of the impact hammer falling, the impact load decreases. Also, with increasing the mass ratio and impact speed, the impact load increases.