بررسی عددی سازوکار خرابی پیش رونده قاب های فولادی دارای ستون های جعبه ای پر شده با بتن (cfst)

خرابی پیش‌رونده به‌صورت گسترش یک گسیختگی موضعی آغازین از یک المان به المان دیگر که در نهایت منجر به فروپاشی کل سازه یا بخش بزرگی از آن می‌شود، تعریف می‌گردد. این پدیده‌ می‌تواند موجب آسیب‌های موضعی در عناصر سازه‌ای شود که در پی‌آیند آن خرابی پیش‌رونده‌ی حاصل ممکن است تلفات گسترده و خسارات قابل توجّهی را ایجاد کند. شکل‌پذیری، پیوستگی و میزان توسعه‌پذیری سازه جزو پارامترهایی‌اند که نقش مهمّی را در کاهش چنین پیامدهایی بازی می‌کنند. در این پژوهش، یک قاب فولادی چهار دهانه، دارای ستون‌های جعبه‌ای فولادی پر شده از بتن (cfst)، به‌صورت مقیاس شده تحت حذف ستون میانی مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس، سازکارهای خرابی پیش‌رونده تحت این سناریو حذف ستون بررسی گردید. این کار به کمک روش اجزای محدود در نرم‌افزار آباکوس صورت گرفت. این کار با بررسی اثر اعمال ورقِ تقویّتی پشت‌بند، تقویّت ماهیچه‌ای و نبشی زاویه‌دار، روش مقطع کاهش‌یافته‌ی بال و جان و کابل‌های پس‌تنیده‌ی frp همچنین تحلیل حسّاسیّت به این قاب دنبال شد. یافته‌ها نشان دادند که در میان روش‌های پادفروریزش پیشنهادی، با افزودن نبشی زاویه دار، مقاومت تسلیم و مقاومت نهایی به ترتیب 13/1 درصد کاهش و 25/1 درصد افزایش می یابد ولی شکل پذیری 71/14 درصد کاهش می یابد. با این همه، در یک مقایسه ی همه جانبه، روش افزودن ورق پشت بند بهترین روش پادفروریزش به دلیل پرهیز از آسیب به ستون ها شناخته شد. افزون بر این، تغییر مقاومت فشاری و کششی بتن اثر چندانی بر رفتار قاب در خرابی پیش رونده نداشت. همچنین، قاب با ستون ها بدون بتن دارای نسبت شکل پذیری کمابیش 3 برابر بیشتر از حالت ستون های فولادی توخالی پر شده با بتن با یک مقطع فولادی مدفون در بتن (srct) است هرچند که مقاومت تسلیم قاب با ستون های فولادی توخالی پر شده با بتن با یک مقطع فولادی مدفون در بتن (srct)، 14 درصد بیشتر است.

numerical study of progressive failure mechanism in steel frames with cfst columns

progressive failure is developed by expanding a local initial failure from one element to another, which ultimately leads to the collapse of the whole structure or a large part of it. this phenomenon causes local damage in structural elements which can result in massive losses and significant damage. ductility, continuity, and degree of structural expansion are among the parameters that play an important role in reducing such consequences. in this study, the behaviour of a scaled four-span steel frame, with concrete filled steel tubular columns (cfst), was evaluated under progressive failure by removing the middle column. this work was done using the finite element method in abaqus. this work was carried out by examining the effect of reinforced triangular plate, haunch and angle steel reinforcements, reduced section in flange and web as well as post-tensioned frp cables along with sensitivity analysis. the findings indicated that among the proposed anti-collapse methods, the maximum yield strength, the maximum ultimate strength and ductility ratio belong to angle steel reinforcement with 140.24 kn, reinforced triangular plate with 259.6 kn and rbs with 21.16 method. however, in a comprehensive comparison, the method of adding reinforced triangular plate was the best anti-collapse method since it avoids damage to the columns. additionally, the change in compressive and tensile strength of the concrete did not have much effect on the frame behaviour in the progressive failure. moreover, the frame with non-concrete columns has a ductility ratio 3 times higher than srct case, although the frame with srct columns has a 14 percent higher yield strength.