مطالعه آزمایشگاهی و عددی ابزار محدود کننده نیرو- سیستم لوله در لوله

رفتارکمانشی عضو فشاری نقش تعیین کننده‌ای در رفتار خرابی سازه دارد. با استفاده از ابزار پیشنهادی محدودکننده نیرو سیستم لوله در لوله، می‌توان از کمانش و افت ظرفیت ناگهانی عضو فشاری جلوگیری و رفتار ترد پس‌کمانشی آن را به رفتار شکل‌پذیر تبدیل نمود. این سیستم شامل دو لوله است که یکی از لوله‌ها در داخل دیگری قرار می‌گیرد. بطوریکه لوله داخلی، نیروی محوری را تحمل و لوله خارجی به عنوان غلاف عمل می‌نماید. در تحقیق حاضر، ابتدا به بررسی تعدادی نمونه‌ آزمایشگاهی پرداخته شده و سپس تحلیل عددی آنها توسط نرم‌افزار اجزای ‌محدود صورت گرفته است. در ادامه نمونه‌های عددی بیشتری مورد مطالعه قرار گرفت تا رفتار ابزار محدود کننده نیرو سیستم لوله در لوله، تحت پارامترهای مهمی نظیر گپ بین دو لوله، ضریب لاغری لوله داخلی و نسبت طول لوله خارجی به طول لوله داخلی تعیین گردد. نتایج نشان می‌دهد که این سیستم روشی موثر، ساده و اقتصادی برای جلوگیری از کمانش عضو فشاری بوده و می‌تواند منجر به افزایش مطلوب ظرفیت باربری و شکل‌پذیری عضو فشاری ‌شود. ظرفیت باربری این سیستم با اندازه گپ رابطه معکوس، و با نسبت طول لوله خارجی به طول لوله داخلی رابطه مستقیم دارد؛ در صورتی که اندازه گپ کمتر از 43 درصد شعاع ژیراسیون لوله داخلی و نسبت طول لوله خارجی به طول لوله داخلی بیش از 55 درصد باشد، ظرفیت باربری عضو با افزایش چشمگیری مواجه می‌گردد. این موضوع بویژه زمانی که لوله بیرونی سرتاسر طول لوله داخلی را دربر می‌گیرد، دارای نمود بیشتری است. سیستم پیشنهادی لوله در لوله کارایی لازم در حذف کمانش عضو فشاری و تامین قیود مناسب و کافی برای تسلیم عضو فشاری با لاغری مختلف را دارد.

Experimental and numerical study of a pipe in pipe force limiting device (PPFLD)

The buckling behavior of compression member has a decisive role in the collapse behavior of a structure. The buckling and sudden capacity loss of the compression member can be prevented using a proposed PPFLD and the brittle postbuckling behavior of the compression member can be converted into ductility behavior. The PPFLD consists of two pipes, one of which is placed into the other pipe and the axial force applied to the inner pipe. Thus, the outer pipe operates as a casing for the inner pipe. The present study investigated a number of experimental specimens. Next, numerical analysis of these specimens has been done using finite element software. Further, the behavior of the PPFLD have been investigated under important parameters such as the gap between two pipes, the inner pipe slenderness coefficient, and the ratio of outer pipe length to inner pipe length, by studying more numerical specimens. The results indicate this PPFLD is an effective, simple and economical method to prevent the buckling of compression member and can lead to a favorable increase in the bearing and deformability capacity of the compression member. The bearing capacity of this PPFLD is inversely related to the size of the gap, and is directly related to the ratio of the outer pipe length to inner pipe length. The bearing capacity of the member will increase significantly, if the gap size is less than 43% of the inner pipe’s gyration radius, and the the ratio of the outer pipe length to inner pipe length is greater than 55%. This is more sensible especially when the outer pipe covers the entire length of the inner pipe. The proposed PPFLD has the potential of eliminating the buckling of compression member and providing adequate and sufficient restraints to make yielding at compression member with different slenderness.