بررسی و مقایسه مؤثرترین روش‌های بهبود عملکرد پس از آتش ستون‌های فولادی کوتاه دارای نقص های افقی و قائم

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دکتری گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران

2 استاد دانشگاه شهید باهنر

3 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران

4 گروه سازه و زلزله، دانشکده عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

5 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد زاهدان، دانشگاه آزاد اسلامی، زاهدان، ایران

10.24200/j30.2022.60114.3086

چکیده

در این مقاله به بررسی عملکرد ستون های فولادی قوطی شکل دارای خوردگی در دماهای مختلف و مقاوم سازی آنها پرداخته می شود. بنابراین ستون‌هایی با جانمایی‌های مختلف نقص (6 حالت) ساخته ‌شده و تحت اعمال حرارت در 2 دمای 20 و 700 درجه قرارگرفته‌اند؛ در ادامه جهت بهبود رفتار ستون‌ها، با استفاده از کامپوزیت‌های CFRP و ورق فولادی در محل نقص، مقاوم‌سازی شده اند. سپس ظرفیت باربری کلیه نمونه‌های ستون (38 نمونه)، به ‌دست‌ آمده است. نتایج تحقیق نشان می دهد که هر دو عامل نقص و حرارت منجر به کاهش مقاومت ستون‌ها و ضعف در عملکرد آن‌ها می گردد، بصورتیکه بیشترین کاهش مقاومت ستون به علت نقص در حدود 32 درصد و در اثر حرارت ناشی از افزایش دما، در حدود 35 درصد می باشد. همچنین مقایسه روش های مقاوم سازی نشان می دهند که استفاده از CFRP تأثیر بیشتری در بهبود عملکرد ستون‌های فولادی داشته است. در نهایت جهت بررسی بیشتر 5 نمونه از ستون‌ها با نرم‌افزار ABAQUS مورد مدل‌سازی و صحت سنجی قرار گرفته اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the most effective methods to improve post-fire performance of steel short columns with vertical and horizontal defects

نویسندگان [English]

  • Hamed Makhdoumi Darmian 1
  • Mohsen Mohammadizadeh 3
  • Amir Saedi Daryan 4
  • Kambiz Narmashiri 5
1 Department of Civil Engineering, Sirjan Branch, Islamic Azad University, Sirjan, Iran
3 Department of Civil Engineering, Sirjan Branch, Islamic Azad University, Sirjan, Iran
4 Faculty of Civil Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
5 Department of Civil Engineering, Zahedan Branch, Islamic Azad University, Zahedan, Iran.
چکیده [English]

Steel structures are one of the most popular structures designed and constructed these days. Steel structures are extensively used worldwide due to their advantages, such as more construction speed and interior spaces than concrete structures in recent years; researches show that the most important weaknesses of steel structures are related to corrosion, performance defects as well as very low resistance to high temperature and fire. In this paper, corrosion weakness is considered a defect, and the steel columns are made with different defect locations (6 modes) and are subjected to temperatures of 20 °C and 700 °C. Then, two retrofitted methods (CFRP composites and steel plates) are used in the defect area in order to improve the performance of the damaged columns and all of the 38 specimens are conducted for axial compression test. The results indicate a decrease in the bearing capacity of the columns and weakness in their performance due to the two factors of defect and heat so that the greatest decrease in the column compression strength is about 32% and 35% due to defect and high temperature, respectively. Also, the effect of CFRP composites is more appropriate in comparison with steel plates on improving the performance of steel columns, especially at high temperatures. To compensate for the weakness of bearing capacity and strength reduction of steel columns due to defects and high temperatures, one of the best methods was using CFRP fibers in a wrap without significantly increasing the weight of the structure, in which more layers had a significant role due to confining. Finally, 5 specimens (retrofitted and non-retrofitted specimens) are modeled in ABAQUS finite element software and the results are compared with similar experimental results in order to verify the results. Numerical results show the numerical model could determine the bearing capacity of the column and its failure mode with reasonable accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel Columns
  • Defect
  • CFRP Composites
  • Bearing capacity
  • Fire