مهدی نعمت زاده افروزی

ارزیابی عملکرد مرکب اعضای لوله‌های فولادی پرشده با بتن (CFST) همواره بخش مهمی از مرحله طراحی این نوع سازه‌ها به شمار می‌آید. با توجه ‌به اینکه هر سازه‌ای در طول عمر مفید خود به دلایل مختلف خطر قرارگیری در معرض حرارت را دارد، بررسی رفتار حرارتی سازه‌ها نیز موردتوجه متخصصان طراحی سازه است. اعضای CFST به عنوان ستون، تیر و یا مهاربند‌های فولادی در قاب‌های مرکب مورد استفاده قرار می‌گیرند. این اعضا به دلیل مقاومت، شکل‌پذیری و سختی بالایی که از خودشان نشان می‌دهند تحت اثر بارهای دینامیکی و غیردینامیکی، دارای رفتار بهتر و مناسب‌تری ‎‍‍‌نسبت به سایر قاب‌های متعارف بتن مسلح یا فولاد می‌باشند. همین امر موجب شده که ستون‌های CFST به عنوان اعضای اصلی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله رواج بسیار یابد. اگرچه تحقیقات متعددی در مورد عملکرد اعضای CFST حاوی بتن سبک انجام گردیده است، اما در خصوص رفتار باند در سطح مشترک میان لوله فولادی و هسته بتنی آن‌ها، تحقیقات اندک و محدودی موجود می‌باشد. علاوه بر این، باتوجه ‌به پراکندگی داده‌های حاصل از تحقیقات گذشته، تاکنون روابط تجربی محدودی جهت پیش‌بینی مقاومت پیوستگی ارائه شده است که این روابط هنوز پاسخگوی نیازهای مهندسین جهت طراحی اعضا و اتصالات CFST نمی‌باشد. از سوی دیگر، تاکنون تحقیقات زیادی در حوزه بررسی رفتار مقاومت پیوستگی اعضای CFST تحت حرارت انجام نشده است. در این پژوهش، رفتار پیوستگی اعضای لوله فولادی با مقطع دایره‌ای پرشده با بتن سبک‌وزن و معمولی بعد از قرارگیری در معرض حرارت مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش پوش اوت تحت بارگذاری معکوس تا چهار نیم‌سیکل بارگذاری بر روی نمونه‌های لوله‌های فولادی پرشده با بتن (CFST)، به‌منظور بررسی پارامترهای مؤثر بر مقاومت پیوستگی طبیعی (چسبندگی شیمیایی، میکرولاکینگ و ماکرولاکینگ) و منحنی‌های تنش پیوستگی - لغزش قبل و بعد از آسیب‌دیدگی ناشی از حرارت انجام گرفت. متغیرهای مورد مطالعه عبارت‌اند از دمای در معرض (20، 400،200 و 600 درجه سانتی‌گراد)، نسبت طول به قطر لوله فولادی (L/D)، نسبت قطر به ضخامت لوله فولادی (D/t)، عیار مواد سیمانی ، و نوع بتن (سبک‌وزن پومیس و معمولی). نتایج نشان داد که قرارگرفتن در معرض دماهای بالا غالباً تأثیر منفی بر چسبندگی شیمیایی و اصطکاک بین لوله فولادی و هسته بتنی دارد به‌طوری‌که در دماهای 200، 400 و 600 درجه مقاومت پیوستگی برای نمونه‌های CFST با بتن سبک به طور متوسط به ترتیب بدون تغییر (افزایش و یا کاهش ناچیز)، 84 و 94 درصد، نسبت به دمای محیط، افت کرده و برای بتن معمولی در دمای 200 و 400 درجه به ترتیب 22، 44 درصد افت کرده و در دمای 600 درجه با 7 درصد افزایش مقاومت پیوستگی نسبت به دمای محیط همراه بود. افزایش پارامتر L/D ناشی از افزایش طول و کاهش قطر به ترتیب باعث کاهش و افزایش مقاومت پیوستگی گردید. افزایش نسبت D/t (افزایش D یا کاهش t) در نمونه‌هایCFST با بتن سبک در معرض کلیه دماها منجر به افت مقاومت پیوستگی گردید. علاوه بر این، نمونه‌های بتن سبک با عیار سیمانِ کمتر در کلیه دماهای در معرض (به جز 600 درجه) دارای مقاومت پیوستگی بیشتری در مقایسه با نمونه‌های متناظر با عیار سیمان بیشتر بود. همچنین، مقاومت پیوستگی نمونه با بتن معمولی در دمای 600 درجه به طور قابل‌توجهی (حدوداً 8 برابر) از مقاومت پیوستگی نمونه با بتن سبک بیشتر شد. از مقایسه نتایج نیم‌سیکل اول با سوم نمونه‌های CFST، مشارکت ماکرولاکینگ در دمای 200 درجه، برای بتن سبک و معمولی به ترتیب 60% و %30 به دست آمد درحالی‌که در دمای 600 درجه به ترتیب 12% و 34% به دست آمد. سختی اولیه و جذب انرژی نمونه‌های حاوی بتن سبک در دمای 600 درجه نسبت به دمای محیط با یک افت قابل‌توجهی همراه بود درحالی‌که برای نمونه‌های حاوی بتن معمولی یک‌روند معکوسی رخ داد. در انتها، دو مدل ساده و بادقت مناسب جهت پیش‌بینی مقاومت پیوستگی نرمالایز برای نمونه‌های CFST حاوی بتن سبک و بتن معمولی به‌صورت تابعی از دما و یک مدل جهت پیش‌بینی مقاومت پیوستگی بتن سبک به‌صورت تابعی از نسبت L/D، نسبت D/t، مقاومت فشاری بتن و دمای در معرض پیشنهاد شد و با نتایج آزمایشگاهی حاضر و سایر محققین مقایسه شد.