بسم الله الرحمن الرحيم

1. بسم الله الرحمن الرحيم مقاومت دربرابر آتش درلوله هاي فولادي پر شده با بتن با بارگذاري محوري خرداد 87

2. چكيده • بررسي رفتار ستونهاي با مقطع فولادي پر شده با بتن • مقايسه اي بين رفتار مقاطع دايره اي و مربعي با فولاد مصرفي يكسان و سطح يكسان بتن

3. معرفي • لوله فولادي پر شده با بتن يك ستون تركيبي شامل يك لوله فولادي تو خالي است كه با بتن پر مي شود. بتن پر شده مقاومت ستون فولادي را افزايش دهد، همچنين پايداري ستون فولادي را در برابر آتش افزايش مي دهد، همچنين فولاد جانبي حكم محصور كننده موثري را براي بتن دارد. • CFST ها در مقايسه با ستون فولادي نازك و ستون بتن مسلح، ضرفيت حمل بالا و نرمي و سفتي ماندگاري دارد. • براي يك بار معلوم، CFSTها سطح مقطع كمتر و مقاومت بالاتري را به نسبت وزن ستونهاي بتن مسلح دارند.

4. مدل تحليلي آناليز سازه هاي مقاوم در برابر آتش يك روند پيچيده اي داردزيرا آناليز شامل تعداد زيادي متغيرها از قبيل: • رشد آتش • مدت زمان اعمال آتش • توزيع حرارت در اعضا سازه • اندركنش بين اجزاي سازه • تغيير در ويژگي هاي ماده • و تاثير بارها بر روي سيستم سازه اي مي باشد. هدف اصلي در چنين تحليل هايي تعيين طول مدت زماني است كه سازه قادر به مقاومت در برابر آتش تا مرحله فروپاشي مي باشد.

5. حرارت آتش در مدل عددي حاضر فرض مي شود كه درجه حرارت سازه از منحني استاندارد آتش مطابق زير پيروي كند: درجه حرارت بر حسب سلسيوس:Tg مدت زمان بر حسب ثانيه:t

6. ميدان حرارت در مقطع عرضي ستون با فرض اينكه آتش در تمام سطوح خارجي ستون اعمال شود و با توجه به تقارن مقطع ستون : xنيمرخ توزيع درجه حرارت در امتداد محور در درجه حرارت پايين دو ستون رفتار مشابه اي دارند اما در درجه حرارت بيش از 1 ساعت درجه حرارت داخلي مقطع مربعي اندكي بيشتر از ستون دايره اي است.

7. درجه حرارت اين ستونها توسط حل معادله انتقال حرارت در ابعاد مقطع محاسبه مي شود: : گرماي ويژهc : ضريب هدايت گرماييk : جرم مخصوص وابسته به درجه حرارت ميباشند و توسط معادلات زير تعيين ميگردند: وc مقادير

8. شرايط مرزي معادله انتقال حرارت مي تواند توسط معادله زير بيان شود: ضريب همرفتياست.h=25w/m2 kكه

9. آناليز مقاومت محاسبه تنشها و كرنشهاي بوجود آمده در ستونهاي CFST وقتي تواما تحت بارگذاري محوري خارجي و افزايش درجه حرارت قرار مي گيرند، فرض مي شود ستون مستقيم بوده و تنها تنش فشاري در ستون ايجاد مي گردد و خمشي در مقطع وجود ندارد. لازم به ذكر است كه بدليل پيوستگي تغيير شكلي فولاد و بتن در اين ستونها ، فولاد و بتن كرنش محوري يكساني دارند، كه مي توان آنرا به صورت زير نمايش داد: بدليل كم بودن مدت زمان اعمال آتش، از كرنشهاي ناشي از خزش چشم پوشي ميشود.

10. كرنشها براي فولاد و بتن به شرح زير تعيين مي گردنند: روابط بين تنش و كرنش ناشي از آن براي فولاد در درجه حرارتهاي بالا مي تواند به صورت معادلات زير ارائه شود:

11. فرض ميشود روابط تنش- كرنش در درجه حرارتهاي بالا از روابط زير پيروي كند: تنش پيك، ماكزيمم تنش فشاري بتن در درجه حرارت T از معادله زير قابل تعيين است: مقاومت فشاري بتن در دماي اتاق است.uo=25 MPaكه

12. كرنش نهايي بتن مي باشد:εuكه : مدول يانگ در دماي اتاقEo20GPa :K2=0.0000001 ,K1=0.0025 ثابتهايي هستند كه اثر درجه حرارت را بر منحني تنش-كرنش بيان مي كنند.

13. منحني تنش-كرنش بتن در درجه حرارتهاي مختلف

14. توزيع تنش محوري در xطول محور تحت مدت زمانهاي مختلف اعمال آتش ستون مركب مربعي ستون مركب دايره اي

15. تغييرات تنش فشاري محوري با مدت زمان اعمال آتش و كرنش فشاري براي اين دو نوع ستون خيلي مشابه است،‌ به جز اينكه مقدار تنش در ستون دايره اي اندكي نسبت به ستون مربعي بيشتر است،‌كه اين نشان دهنده ي اين است كه ظرفيت بار ستون دايره اي اندكي از ستون مربعي بيشتر است اگر شرايط ديگر يكسان باشد.

16. بررسي تغييرات تنش در بتن براي مقادير متفاوت كرنش نشان دهنده اين است كه، براي كرنشهاي فشاري خيلي كوچك، تنش در قسمتهاي داخلي بتدريج با گذشت زمان افزايش مي يابد، در حالي كه در قسمت بيروني لوله فولادي، تنش در 15 دقيقه اول افزوده مي گردد و سپس با افزايش زمان كاهش مي يابد. منحني نيروي محوري – تغيير مكان ستونهاي تركيبي دايره اي و مربعي • با افزايش مدتاعمالي حرارت، نيروي بيشينه كاهش مي يابد. • نيروهاي اوليه در كرنش محوري صفر، • نيروهايلازم براي توليد كرنشهاي فشاري • است كه كرنشهاي حرارتي را متوازن مي كند.

17. از آنجايي كه كرنش حرارتي با افزايش زمان افزوده مي گردد در صورتيكه مدول يانگ در طول افزايش حرارت كاهش نيابد نيروي اوليه بايد افزايش يابد. • در حقيقت براي ستونهاي CFSTكاهش مدول يانگ و يا مقاومت، براي لوله فولادي خارجي خيلي سريع است، كه اين بدين علت است كه مقاومت در برابر آتش بتن بيشتر از فولاد است. • مقاومت ستون دايره اي در برابر آتش اندكي بيشتر از ستون مربعي مي باشد، • زيرا براي يك سطح مقطع ثابت هر دو نوع ستون (دايره اي و مربعي)، ستون مربعي محيط بيشتري دارد لذا حرارت بيشتري را نسبت به ستون دايره اي جذب مي كند و مقاومت آن كمتر است.

18. مقايسه بين مقاومت در برابر آتش ستونهاي با مقطع مربعي و دايره اي: اين منحني ها داراي دو قسمت يك ساعته مي باشد كه قسمت اول در نتيجه كاهش مقاومت فولاد و قسمت دوم در نتيجه كاهش مقاومت بتن مي باشد.

19. در نهايت براي اين ستونهاي تركيبي نتيجه مي شود كه ستونهاي تركيبي دايره اي مقاومت بيشتري را در برابر آتش در مقايسه با ستونهاي مربعي دارد. پايان