تاثیر خزش بتن بر رفتار پایداری دینامیکی ستون لوله ای فولادی باریک پرشده از بتن
چکیده
یک روش تحلیلی برای پایداری دینامیکی ستون CFST ارائه شده‌است که خزش هسته بتنی را محاسبه می‌کند. اثر بلند مدت خزش هسته بتنی بر اساس مدل خزش توسط کمیته ACI 209 و روش مدول مؤثر تنظیم شده با سن(به انگلیسی age-adjusted) (AEMM) فرموله شده است. معادلات فرکانس های مرزی مربوط به اثرات خزش بتنی، توسط تئوری Bolotin بدست آمده و به عنوان یک مسئله مقدار ویژه درجه دوم حل می شوند. کارایی روش پیشنهادی و ویژگی‌های توزیع زمانی متغیر نواحی ناپایداری به صورت عددی بررسی شده‌است. نشان‌داده شده‌است که ستون CFST به صورت دینامیکی ناپایدار می‌شود حتی زمانی که مجموع بار استاتیکی پایدار و دامنه تحریک دینامیکی بسیار کم‌تر از بار ناپایداری استاتیکی باشد. همچنین مشخص شد که به دلیل اثرات زمانی خزش بتن تحت بار استاتیکی پایدار، همان تحریک که نمی‌تواند ناپایداری دینامیکی را در مرحله اولیه بارگذاری پایدار القا کند، می‌تواند ناپایداری دینامیکی را در چند روز بعد القا کند. دامنه و فرکانس بحرانی تحریک دینامیکی می تواند در 5 روز 6٪ و 3٪ و در 100 روز 11٪ و 6٪ کاهش یابد.
1. مقدمه
مقاطع توخالی فولادی در مقاومت در برابر نیروهای فشاری بسیار کارآمد هستند و پر کردن این مقاطع با بتن تا حد زیادی ظرفیت باربری را افزایش می‌دهد [1،2]. ساختار لوله‌ای فولادی پرشده با بتن (CFST) دارای مزایای مکانیکی بسیاری است، مانند مقاومت بالا و مقاومت در برابر آتش، شکل‌پذیری مطلوب و ظرفیت جذب انرژی زیاد، بنابراین اعضای CFST به طور گسترده در سازه‌های مدرن استفاده می‌شوند [3]. علاوه بر این، با پیشرفت در مقاومت و تکنیک‌های ساخت‌وساز ستون CFST، ستون‌های باریک CFST اغلب برای تکیه گاه سقف کارخانه‌های صنعتی، عرشه راه‌آهن و کف ساختمان‌های چند طبقه استفاده می‌شوند [4].
5. نتیجه‌گیری
یک روش تحلیلی برای ارزیابی پایداری دینامیکی ستون‌های باریک CFST به دلیل اثرات زمانی خزش هسته بتنی در این کار براساس مدل خزش کمیته ACI 209 و ارزیابی مدول موثر AEMM پیشنهاد شده‌است. از طریق بررسی‌های دقیق عددی بر روی یک ستون نمونه CFST، اعتبار و اثربخشی روش پیشنهادی تایید شده و ویژگی‌های وابسته به زمان پایداری دینامیکی ستون CFST مورد بررسی قرار می‌گیرند.
برای ستون نمونه CFST تحت بار محوری مرکزی پایدار، فرکانس طبیعی و بار کمانش Euler آن در ۶۵ روز و ۱۱۰ روز به ترتیب حدود ۵ / ۵ % و ۲ / ۱۱ % کاهش می‌یابد. از آنجا که فرکانس طبیعی و بار Euler دو پارامتر کلیدی هستند که به طور مستقیم بر نواحی ناپایداری دینامیکی تاثیر می‌گذارند و نرخ روز مطلق (absolute day rates) تغییر آن‌ها در حدود ۱۰۰ روز کم‌تر از ۰.۰۱ % می‌شود، زمان ۱۰۰ روز خزش هسته بتنی می‌تواند برای ارزیابی اثر زمانی خزش هسته بتنی بر پایداری دینامیکی ستون CFST استفاده شود.
Abstract
An analytical procedure for dynamic stability of CFST column accounting for the creep of concrete core is proposed. The long-term effect of creep of concrete core is formulated based on the creep model by the ACI 209 committee and the age-adjusted effective modulus method (AEMM). The equations of boundary frequencies accounting for the effects of concrete creep are derived by the Bolotin's theory and solved as a quadratic eigenvalue problem. The effectiveness of the proposed method and the characteristics of time-varying distribution of instability regions are numerically surveyed. It is shown that the CFST column becomes dynamically unstable even when the sum of the sustained static load and the amplitude of the dynamic excitation is much lower than the static instability load. It is also found that due to the time effects of concrete creep under the sustained static load, the same excitation, that cannot induce dynamic instability in the early stage of sustained loading, can induce the dynamic instability in a few days later. The critical amplitude and frequency of the dynamic excitation can decrease by 6% and 3% in 5 days, and 11% and 6% in 100 days.
1. Introduction
Steel hollow sections are very efficient in resisting compression forces, and filling these sections with concrete greatly enhances the load-carrying capacity [1,2]. The concrete-filled steel tubular (CFST) structure possesses many mechanic benefits, such as high strength and fire resistances, favorable ductility and large energy absorption capacities, so the CFST members are widely used in modern structures [3]. Moreover, with the advancement in the strength resistance and construction techniques of CFST column, slender CFST columns are frequently adopted to support the roofs of industrial plants, the decks of railways and the floors of multistory buildings [4].
5. Conclusions
An analysis procedure for assessing the dynamic stability of slender CFST columns due to the time effects of the creep of the concrete core is proposed in this work based on the creep model of the ACI committee 209 and the effective modulus evaluation from the AEMM. Through the detailed numerical investigations on a typical CFST column, the validity and effectiveness of the proposed method is verified and the time-dependent characteristics of dynamic stability of the CFST column are explored.
For the typical CFST column under a sustained central axial load, its natural frequency and Euler buckling load decrease by about 5.5% and 11.2% in 65 days and 110 days, respectively. Since the natural frequency and Euler load are two key parameters directly influencing the regions of dynamic instability, and their absolute day rates of change become less than 0.01% in about 100 days, the time of 100 days of the creep of the concrete core can be used to evaluate the time effect of the creep of the concrete core on dynamic stability of the CFST column.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. خزش هسته بتنی تحت بار استاتیکی پایدار
3. تحلیل پایداری دینامیکی برای خزش هسته بتن
3.1 معادله حاکم بر پایداری دینامیکی
3.2 مرزهای وابسته به زمان نواحی ناپایداری دینامیکی
4. بررسی های عددی
4.1. بررسی عددی ناحیه ناپایداری
4.2. ویژگی های وابسته به زمان ناپایداری دینامیکی
5. نتیجه‌گیری
ABSTRACT
1. Introduction
2. Creep of concrete core under sustained static load
3. Dynamic stability analysis accounting for creep of concrete core
3.1. Governing equation of dynamic stability
3.2. Time-dependent boundaries of regions of dynamic instability
4. Numerical investigations
4.1. Numerical verification on the instability region
4.2. Time-dependent characteristics of dynamic instability
5. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه