شبیه‌سازی عددی و تحلیل نظری در اتصالات تیر حلقه‌ای RECC

ستون‌های مرکب از لوله‌های فولادی پرشده از بتن با پوشش بتنی (CFST با پوشش بتنی) که به دلیل عملکرد لرزه‌ای استثنایی‌شان شناخته می‌شوند، توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده‌اند. با این وجود، جزء خارجی بتن شکنندگی و حساسیت به آسیب را نشان می دهد، که بر اساس آن ستون CFST وارد مرحله الاستیک-پلاستیک می شود. شکل 1 ستون مرکب کامپوزیت سیمانی مهندسی شده تقویت شده جدید (RECC) با پوشش CFST را نشان می دهد که اخیراً توسعه یافته است [1]. بر اساس تحلیل المان محدود (FE) و مطالعات تجربی، Cai و همکاران. دریافتند که ستون‌های کامپوزیت CFST محفظه‌شده با RECC مزایای مختلفی نسبت به ستون‌های مرکب CFST با روکش بتنی دارند، مانند ظرفیت حمل بار زیاد، دوام برتر، مقاومت خوب در برابر آتش و ظرفیت قابل‌توجه ضد کمانش لوله فولادی [1]، [1]. 2]، [3]. همانطور که مشخص است، ساختار اتصال خاص به طور قابل توجهی بر رفتار ساختاری ستون های مرکب تأثیر می گذارد. تا به امروز، تحقیقات کمی در مورد اتصالات ستون‌های مرکب CFST با پوشش RECC وجود داشته است که کاربرد آنها را محدود می‌کند.

انواع اتصالات اتصال دهنده ستون های مرکب و تیرهای بتن مسلح (RC) می تواند به ستون های CFST یا ستون های مرکب CFST با پوشش بتنی اشاره داشته باشد که می توان آنها را به دو دسته تقسیم کرد. اولین نوع اتصال، اتصال از طریق ستون با لوله فولادی در ستونی است که از اتصال عبور می کند، مانند اتصالات با براکت های دور [4]، اتصالات براکتی [5]، اتصالات میله ای [6] و اتصالات با تیرهای حلقه بیرونی [7]. برای دو دسته قبلی، نیروی برشی عمدتاً توسط براکت هایی انجام می شود که تمرکز تنش در آنها مستعد رخ دادن است. در همین حال، تولید و نصب قطعات سوراخ کننده هسته (مانند براکت ها و میله های فولادی) پیچیده است که بر ریختن بتن تأثیر می گذارد. برای اتصالات با تیرهای حلقه بیرونی، نیروی برشی در تیر حلقوی توسط آرماتور برشی جوش داده شده در اطراف لوله فولادی منتقل می شود و معمولاً شکست به دلیل ترک خوردن بتن تحت بارگذاری چرخه ای مشاهده می شود. اخیراً اتصال پرتوی، نوع دیگر اتصال ستون‌های CFST و تیرهای RC، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. لوله فولادی در ناحیه اتصال قطع می شود، بنابراین میلگردهای طولی در تیرهای RC پیوسته هستند. به ناچار ظرفیت حمل بار اتصال به دلیل قطع شدن لوله فولادی ستون ضعیف می شود. بهبود ظرفیت تحمل بار برای این نوع اتصال مهم است. اشکال مختلفی از اتصالات پرتو با اقدامات تقویتی متفاوت پیشنهاد شده است. هان و همکاران [8] یک اتصال تیر عبوری را آزمایش کرد که کاهش ظرفیت باربری با افزایش آرماتور طولی در ناحیه اتصال جبران شد. تانگ و همکاران [9] نوع جدیدی از اتصال تیر عبوری را پیشنهاد کرد که از یک اتصال مقطع بزرگ شده با مش تقویت کننده افقی و عمودی که در ناحیه اتصال چیده شده بودند استفاده شد. امکان سنجی اتصال جدید با آزمون و تجزیه و تحلیل FE نشان داده شد. چن و همکاران [10] رفتار لرزه ای اتصال تیر حلقه ای بتنی را مورد مطالعه قرار داد. ناحیه مفصل با یک مفصل دایره ای RC بزرگ شده با تقویت محیطی و رکاب های شعاعی جایگزین شد. دو سری آزمایش فشاری محوری نیز توسط چن و همکاران انجام شد. [11]. آزمایش محوری پنج اتصال ستون CFST-تیر حلقه بتنی نشان داد که ظرفیت تحمل بار اتصال تیر حلقه RC بیشتر از ستون CFST است. علاوه بر این، آزمایش های فشاری محوری بر روی نمونه های آسیب دیده در طول آزمایش بارگذاری چرخه ای انجام شد. نتایج آزمایشات نشان داد که اتصال توسط پرتو حلقه محدود شده است، حتی اگر در طول بارگذاری چرخه ای آسیبی در پرتو حلقه ظاهر شود. نی و همکاران [12]، [13] اتصال تیر حلقه ای RC را به اتصال بین ستون های مرکب CFST با پوشش بتنی و تیرهای RC اعمال کردند. تجزیه و تحلیل تجربی و نظری ثابت کرد که اتصال دارای اتلاف انرژی و شکل‌پذیری عالی است، که به الزامات طراحی لرزه‌ای «گره‌های قوی و اجزای ضعیف» دست یافت. ژانگ و همکاران [14] یک مطالعه تجربی بر روی عملکرد لرزه ای چهار اتصال تیر حلقه ای RC هشت ضلعی انجام داد که برای اتصال ستون های لوله ای فولادی دوقلوی پر شده از بتنی و تیرهای RC استفاده شد. نتایج آزمایش نشان داد که تمامی نمونه ها عملکرد لرزه ای خوبی با قابلیت شکل پذیری و ظرفیت تغییر شکل بالا از خود نشان دادند. یو و همکاران [15]، [16] رفتار لرزه ای در اتصالات تیر حلقه ای ستون-حلقه بتنی محصور شده با PVC/CFRP را بررسی کردند. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که حالت شکست اتصال تحت تأثیر نسبت تقویت طولی تیر قاب است. نمونه با نسبت آرماتور طولی بزرگ با شکست برشی شکست خورد، در حالی که خمش تیر قاب برای نمونه با نسبت آرماتور طولی کوچک رخ داد. این اتصال عملکرد لرزه ای بسیار خوبی از خود نشان داد و می تواند به عنوان یک حالت اتصال موثر استفاده شود.

مطالعات فوق الذکر رفتار استثنایی را برای مفاصل تیرهای عبوری گزارش کردند. با این حال، به دلیل قطع شدن لوله های فولادی، ظرفیت باربری باید با گسترش ناحیه اتصال به یک منطقه فضایی قابل توجه افزایش یابد. علاوه بر این، ترک خوردگی بتن به عنوان یک مشکل مهم ناشی از ریختن یک توده بتنی در ناحیه اتصال شناسایی شده است. ECC دارای انعطاف پذیری کششی فوق العاده بالا بیش از 3٪ است [17]، [18]، [19]. استفاده از ECC در مهندسی سازه به پیشرفت های قابل توجهی از نظر ظرفیت باربری، ویژگی های تغییر شکل و اتلاف انرژی منجر شده است [20]، [21]. برای افزایش ظرفیت باربری و کاهش حجم اتصال تیر عبوری، نویسندگان پیشنهاد جایگزینی بتن با ECC را در ناحیه اتصال دادند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اتصال جدید برای اتصال تیرهای RC و ستونهای CFST محصور شده با RECC مناسب است. قطع شدن لوله فولادی مشکل چیدمان آرماتورهای طولی تیرهای RC را حل کرد. با توجه به ویژگی های ساختاری تیر حلقوی، اتصال را می توان با تیر قاب در هر جهتی متصل کرد. ECC را می توان به طور همزمان در ناحیه اتصال و اطراف ستون کامپوزیت ریخت که برای ساخت و ساز مناسب بود. در مطالعات قبلی، اتصالات تیر حلقوی RECC دارای استحکام و شکل پذیری بالاتری نسبت به اتصالات RC بودند [22، [23]، [24]، [25]. نتایج پتانسیل استفاده از ECC را در اتصالات تیر حلقوی که در آن اتصال تحت تنش زیادی قرار داشت نشان داد. با وجود چنین یافته‌هایی، مطالعات قبلی در مورد رفتار لرزه‌ای اتصالات تیر حلقه‌ای RECC بر روی آزمایش‌های تجربی متمرکز شده‌اند. با توجه به محدودیت های تجهیزات و کمیت آزمایش ها، مکانیسم شکست اتصالات تیر حلقه RECC به خوبی بررسی نشده است. علاوه بر این، پیشنهاد مدل ظرفیت برشی مناسب برای تیرها و اتصالات بسیار مهم است [26]، [27]. کمبود مدل های محاسباتی که به طور دقیق ظرفیت حمل برشی اتصال جدید را پیش بینی می کنند، اجرای عملی آن را در کاربردهای مهندسی محدود کرده است. در مطالعه حاضر، عملکرد لرزه‌ای اتصال تیر حلقه‌ای RECC به صورت عددی مدل‌سازی شد. مکانیسم شکست مفصل به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، تأثیر پارامترهای طراحی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، یک روش محاسبه برای پیش‌بینی ظرفیت برشی اتصال تیر حلقه‌ای RECC ایجاد شد. مکانیسم شکست اتصالات تیر حلقه RECC به خوبی بررسی نشده است. علاوه بر این، پیشنهاد مدل ظرفیت برشی مناسب برای تیرها و اتصالات بسیار مهم است [26]، [27]. کمبود مدل های محاسباتی که به طور دقیق ظرفیت حمل برشی اتصال جدید را پیش بینی می کنند، اجرای عملی آن را در کاربردهای مهندسی محدود کرده است. در مطالعه حاضر، عملکرد لرزه‌ای اتصال تیر حلقه‌ای RECC به صورت عددی مدل‌سازی شد. مکانیسم شکست مفصل به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، تأثیر پارامترهای طراحی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، یک روش محاسبه برای پیش‌بینی ظرفیت برشی اتصال تیر حلقه‌ای RECC ایجاد شد. مکانیسم شکست اتصالات تیر حلقه RECC به خوبی بررسی نشده است. علاوه بر این، پیشنهاد مدل ظرفیت برشی مناسب برای تیرها و اتصالات بسیار مهم است [26]، [27]. کمبود مدل های محاسباتی که به طور دقیق ظرفیت حمل برشی اتصال جدید را پیش بینی می کنند، اجرای عملی آن را در کاربردهای مهندسی محدود کرده است. در مطالعه حاضر، عملکرد لرزه‌ای اتصال تیر حلقه‌ای RECC به صورت عددی مدل‌سازی شد. مکانیسم شکست مفصل به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، تأثیر پارامترهای طراحی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، یک روش محاسبه برای پیش‌بینی ظرفیت برشی اتصال تیر حلقه‌ای RECC ایجاد شد. پیشنهاد مدل ظرفیت برشی مناسب برای تیرها و اتصالات بسیار مهم است [26]، [27]. کمبود مدل های محاسباتی که به طور دقیق ظرفیت حمل برشی اتصال جدید را پیش بینی می کنند، اجرای عملی آن را در کاربردهای مهندسی محدود کرده است. در مطالعه حاضر، عملکرد لرزه‌ای اتصال تیر حلقه‌ای RECC به صورت عددی مدل‌سازی شد. مکانیسم شکست مفصل به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، تأثیر پارامترهای طراحی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، یک روش محاسبه برای پیش‌بینی ظرفیت برشی اتصال تیر حلقه‌ای RECC ایجاد شد. پیشنهاد مدل ظرفیت برشی مناسب برای تیرها و اتصالات بسیار مهم است [26]، [27]. کمبود مدل های محاسباتی که به طور دقیق ظرفیت حمل برشی اتصال جدید را پیش بینی می کنند، اجرای عملی آن را در کاربردهای مهندسی محدود کرده است. در مطالعه حاضر، عملکرد لرزه‌ای اتصال تیر حلقه‌ای RECC به صورت عددی مدل‌سازی شد. مکانیسم شکست مفصل به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، تأثیر پارامترهای طراحی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، یک روش محاسبه برای پیش‌بینی ظرفیت برشی اتصال تیر حلقه‌ای RECC ایجاد شد. کمبود مدل های محاسباتی که به طور دقیق ظرفیت حمل برشی اتصال جدید را پیش بینی می کنند، اجرای عملی آن را در کاربردهای مهندسی محدود کرده است. در مطالعه حاضر، عملکرد لرزه‌ای اتصال تیر حلقه‌ای RECC به صورت عددی مدل‌سازی شد. مکانیسم شکست مفصل به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، تأثیر پارامترهای طراحی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، یک روش محاسبه برای پیش‌بینی ظرفیت برشی اتصال تیر حلقه‌ای RECC ایجاد شد. کمبود مدل های محاسباتی که به طور دقیق ظرفیت حمل برشی اتصال جدید را پیش بینی می کنند، اجرای عملی آن را در کاربردهای مهندسی محدود کرده است. در مطالعه حاضر، عملکرد لرزه‌ای اتصال تیر حلقه‌ای RECC به صورت عددی مدل‌سازی شد. مکانیسم شکست مفصل به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، تأثیر پارامترهای طراحی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، یک روش محاسبه برای پیش‌بینی ظرفیت برشی اتصال تیر حلقه‌ای RECC ایجاد شد.