ارزیابی اثر محصورشدگی در ستون های فولادی پرشده با بتن با مقطع مربع و مستطیل

با افزایش به کارگیری مقاطع مرکب، به ویژه مقاطع مرکب فولادی- بتنی در صنعت ساخت و ساز، به کارگیری مقاطعی که دارای مقاومت (اعم از فشاری، کششی، تاب در برابر آتش و... )، شکل پذیری و سختی بسنده باشند به خوبی احساس می شود. «ستون های فولادی پر شده با بتن» یا "cft" گونه ای از ستون های کامپوزیت فولادی- بتنی به شمار می روند که شامل یک مقطع جدار نازک میان تهی فولادی است که درون آن با بتن معمولا غیر مسلح پر می شود. این گونه از ستون ها در هم سنجی با ستون های هم اندازه فولادی و بتنی دارای ظرفیت باربری محوری بسیار بالایی می باشند. دلیل اصلی این امر، وجود پدیده «محصورشدگی» است. پژوهش های پیشین انجام گرفته در این زمینه تا کنون بیشتر بر روی مقاطع گرد متمرکز بوده و تاثیر اثر محصورشدگی هسته بتنی و افزایش ظرفیت باربری مقطع کامپوزیت ناشی از این پدیده در مقاطع گرد مورد بررسی قرار گرفته است. در این میان کمبود پژوهشی با رویکرد عددی در راستای شناخت تاثیر این پدیده بر ستون های cft با مقطع مربع و مربع مستطیل احساس می شد. در این پژوهش به کمک نرم افزار abaqus تاثیر اثر محصورشدگی هسته بتنی ستون cft بر ظرفیت باربری محوری نهایی و سختی مقطع بررسی شد و به واکاوی اثر سه پارامتر مشخص بر محصورشدگی هسته بتنی پرداخته شد تا نسبت های بهینه و کاربردی برای این متغیرها به دست آید. پارامترهای مورد اشاره عبارتند از: نسبت طول به عرض مقطع (a/b)، نسبت طول مقطع به ضخامت مقطع فولادی (a/t) و نسبت ارتفاع ستون به قطر مقطع (l/d). در تحقیقات گذشته بر روی ستون های cft با مقطع مربع و مربع مستطیل بیشینه تمرکز بر روی متغیرهای مکانیکی مقطع –مانند مقاومت مشخصه هسته بتنی و تنش تسلیم مقطع میان تهی فولادی- بوده از این رو رویکرد این پژوهش انتخاب و بررسی سه متغیر از میان متغیرهای هندسی بود. در پایان به هم سنجی نتایج برآمده از هر متغیر پرداخته شد تا نسبت های بهینه شناخته شوند. بررسی ها نشان داد که افزایش نسبت (a/b)، تغییر رفتار سازه ای ستون را (از کمانشی به کوتاه شدگی محوری) در پی دارد و با افزایش دو نسبت (a/t)و (l/d) از ظرفیت باربری ستون ها کاسته شد. همچنین دو نسبت (a/t) و (l/d) تاثیر چندانی بر سختی نمونه ها نشان ندادند.