بررسي آسيب‌پذيري اتصالات ستون‌هاي فولادي پر شده با بتن در برابر سناريوهاي مختلف انفجار

Investigation of Vulnerability of Concrete Filled Steel Column Connections under Different Blast Scenarios

با توجه به افزايش بي‌سابقه تهديدات خصمانه و تروريستي، در نظر گرفتن پدافند غيرعامل در سازه‌ها از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. استفاده از خصوصيات مطلوب فولاد و بتن در تركيب با هم، باعث افزايش مقاومت اعضاي سازه‌اي مي‌شود. ستون‌هاي فولادي پر شده با بتن از سال‌هاي قبل به ‌عنوان يك سيستم كارامد پيشنهاد شد. مشكل اصلي استفاده از اين نوع ستون، نحوه اتصال تير به چنين ستوني بوده ‌است كه تحقيقات گسترده‌اي در خصوص عملكرد اتصالات اين نوع ستون تحت بار لرزه‌اي انجام شده ‌است. با اين حال، تاكنون تحقيق جامعي در خصوص عملكرد اتصالات تير به ستون فولادي پر شده با بتن تحت بار انفجار انجام نشده ‌است. در اين مقاله رفتار سه ‌نوع اتصال گيردار تير به ستون فولادي پر شده با بتن، تحت 5 سناريوي بار انفجار مورد بررسي قرار گرفته ‌است. براي انجام تحقيق از شبيه‌سازي اجزاي محدود با استفاده از نرم ‌افزار اباكوس استفاده شده ‌است. براي اطمينان از دقت مدل‌ها، اعتبارسنجي با استفاده از نتايج يك تحقيق آزمايشگاهي انجام شد و انطباق مناسبي ميان نتايج مشاهده شد. در ادامه رفتار اتصالات مذكور تحت بار انفجار با استفاده از 15 مدل متفاوت و استفاده از تحليل ديناميكي صريح غيرخطي انجام ‌شد. نتايج در قالب كانتورهاي تنش، كرنش و آسيب در بتن و نيز نمودارهاي نيرو، جذب ‌انرژي، تغيير مكان، دوران و پيچش استخراج و با هم مقايسه ‌شد. مشاهده شد كه حالت بهينه اتصال، اتصال سوم است كه در آن اتصال با امتداد دادن تير در داخل ستون انجام شده است. در اين حالت تمام قسمت‌هاي ستون در محدوده اتصال در باربري و جذب انرژي مشاركت مي‌كنند و رفتار بسيار مناسبي مشاهده ‌شد. در اين‌ حالت مفصل پلاستيك در تير از بر ستون فاصله گرفته ‌است.

Considering the increasing hostile and terroristic threats in the country, it is important to consider the passive defence criteria in structures. The desirable properties of steel and concrete can be used simultaneously to increase the strength of structural members. Concrete-filled steel tube columns (CFSTs) have been proposed as an efficient system in previous years. The main problem with using this type of column is how to connect the beam to such a column and extensive research has been done for seismic load scenarios. Despite the excellent resistance of these types of columns to the blast load, no comprehensive investigation has yet been conducted on the performance of beam-to-column joints under blast load. In this paper, the behavior of three types of beam-to-column connections under 5 blast scenarios is investigated. ABAQUS software was used to conduct the research. Verification was first performed using the results of an experimental study and a good agreement was observed. The behavior of beam-to-column blast-loaded connections was investigated using 16 different models using explicit nonlinear dynamic analysis. The results were compared in terms of stress, strain and damage contour as well as force, energy absorption, displacement, rotation and torsion diagrams. It was observed that the optimal connection where the connection was carried out as an extension of the beam inside the column, all parts of the column contributed to the load carrying and energy absorption and very good behavior was observed. In this case, the plastic joint in the beam is formed away from the column face.