مطالعه آزمايشگاهي و عددي ابزار محدود كننده نيرو- سيستم لوله در لوله

Experimental and numerical study of a pipe in pipe force limiting device (PPFLD)

رفتاركمانشي عضو فشاري نقش تعيين كننده‌اي در رفتار خرابي سازه دارد. با استفاده از ابزار پيشنهادي محدودكننده نيرو- سيستم لوله در لوله، مي‌توان از كمانش و افت ظرفيت ناگهاني عضو فشاري جلوگيري و رفتار ترد پس‌كمانشي آن را به رفتار شكل‌پذير تبديل نمود. اين سيستم شامل دو لوله است كه يكي از لوله‌ها در داخل ديگري قرار مي‌گيرد. بطوريكه لوله داخلي، نيروي محوري را تحمل و لوله خارجي به عنوان غلاف عمل مي‌نمايد. در تحقيق حاضر، ابتدا به بررسي تعدادي نمونه‌ آزمايشگاهي پرداخته شده و سپس تحليل عددي آنها توسط نرم‌افزار اجزاي ‌محدود صورت گرفته است. در ادامه نمونه‌هاي عددي بيشتري مورد مطالعه قرار گرفت تا رفتار ابزار محدود كننده نيرو- سيستم لوله در لوله، تحت پارامترهاي مهمي نظير گپ بين دو لوله، ضريب لاغري لوله داخلي و نسبت طول لوله خارجي به طول لوله داخلي تعيين گردد. نتايج نشان مي‌دهد كه اين سيستم روشي موثر، ساده و اقتصادي براي جلوگيري از كمانش عضو فشاري بوده و مي‌تواند منجر به افزايش مطلوب ظرفيت باربري و شكل‌پذيري عضو فشاري ‌شود. ظرفيت باربري اين سيستم با اندازه گپ رابطه معكوس، و با نسبت طول لوله خارجي به طول لوله داخلي رابطه مستقيم دارد؛ در صورتي كه اندازه گپ كمتر از 43 درصد شعاع ژيراسيون لوله داخلي و نسبت طول لوله خارجي به طول لوله داخلي بيش از 55 درصد باشد، ظرفيت باربري عضو با افزايش چشمگيري مواجه مي‌گردد. اين موضوع بويژه زماني كه لوله بيروني سرتاسر طول لوله داخلي را دربر مي‌گيرد، داراي نمود بيشتري است. سيستم پيشنهادي لوله در لوله كارايي لازم در حذف كمانش عضو فشاري و تامين قيود مناسب و كافي براي تسليم عضو فشاري با لاغري مختلف را دارد.

The buckling behavior of compression member has a decisive role in the collapse behavior of a structure. The buckling and sudden capacity loss of the compression member can be prevented using a proposed PPFLD and the brittle post-buckling behavior of the compression member can be converted into ductility behavior. The PPFLD consists of two pipes, one of which is placed into the other pipe and the axial force applied to the inner pipe. Thus, the outer pipe operates as a casing for the inner pipe. The present study investigated a number of experimental specimens. Next, numerical analysis of these specimens has been done using finite element software. Further, the behavior of the PPFLD have been investigated under important parameters such as the gap between two pipes, the inner pipe slenderness coefficient, and the ratio of outer pipe length to inner pipe length, by studying more numerical specimens. The results indicate this PPFLD is an effective, simple and economical method to prevent the buckling of compression member and can lead to a favorable increase in the bearing and deformability capacity of the compression member. The bearing capacity of this PPFLD is inversely related to the size of the gap, and is directly related to the ratio of the outer pipe length to inner pipe length. The bearing capacity of the member will increase significantly, if the gap size is less than 43% of the inner pipe's gyration radius, and the the ratio of the outer pipe length to inner pipe length is greater than 55%. This is more sensible especially when the outer pipe covers the entire length of the inner pipe. The proposed PPFLD has the potential of eliminating the buckling of compression member and providing adequate and sufficient restraints to make yielding at compression member with different slenderness.