بررسی رفتار سیکلیک ستون فلزی پر شده با بتن با آباکوس Abaqus

خانه » فیلم های آموزشی » فیلم های آموزش Abaqus » بررسی رفتار سیکلیک ستون فلزی پر شده با بتن با آباکوس Abaqus

بررسی رفتار سیکلیک ستون فلزی پر شده با بتن با آباکوس Abaqus

۰ تومان

(دیدگاه 1 کاربر)

به طور کلی در فیلم آموزشی بررسی رفتار سیکلیک ستون فلزی پر شده با بتن با موارد زیر در نرم افزار آباکوس (Abaqus) آشنا می شوید.

• ایجاد مدل هندسی ستون (Column) و ریب ها و سخت کننده ها به صورت Shell و مدل هندسی بتون به صورت Solid به روش های Extrusion و Planer
• تعریف رفتار الاستیک و پلاستیک ماده استیل و همچنین تعریف رفتار الاستیک، پلاستیک و شکست بتن به روش Concrete Damage Plasticity
• مونتاژ کردن قطعات مختلف نسبت به یکدیگر و تعیین مکان مناسب آن ها به کمک ابزارهای مختلف بخش Assembly در نرم افزار آباکوس Abaqus
• تعریف روش حل متوالی استاتیکی و دینامیکی و تنظیمات روش ها حل و فیزیک شبه استاتیکی مسئله
• تعیین خروجی های مورد نظر به صورت Filed Output و History Output
• تعریف تماس جوش بین ریب ها، ستون و سخت کننده ها و تعریف تماس با اصطکاک بین بتن و ستون
• تعریف شرایط مرزی و قیود مسئله و همچنین بارهای اعمالی به مدل به کمک ابزارهای بخش Load در نرم افزار آباکوس Abaqus
• پارتیشن بندی مدل های هندسی، تعیین اندازه و نوع المان و ایجاد شبکه منظم بین قطعات
• انجام تنظیمات روش حل به صورت موازی و اجرای روند حل مسئله
• تحلیل نتایج خروجی و استخراج داده های مورد نظر و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی

مدت زمان فیلم آموزشی : 47 دقیقه

مدرس فیلم آموزشی : احمدزاده

زبان فیلم آموزشی : فارسی

ضمیمه فیلم : فایل ورودی نرم افزار آباکوس

EAN: 10007381

توضیحات

باتوجه به زلزله خیزی کشورمان استفاده از سازه های با قابلیت شکل پذیری بیشتر واتلاف انرژی بیشتر در مقابل سازه های سنتی، ما را به سمت استفاده ازسازه های جدید که یکی از انواع آن ستون های پرشده با بتن می باشد، سوق می دهد. این سازه ها در مقابل نیروهای جانبی رفتار بهتری از خود نشان می دهند به همین سبب در سازه های بلند و پایه پل ها و اسکله ها از آن استفاده می گردد.
استفاده از ستون های مرکب به سال های خیلی دور برمی گردد. یکی از دلایل گسترش استفاده از ستون های مختلط بتن- فولاد در صنعت ساختمان سازیی حفاظت ساختمان های فولادی در مقابل اتش سوزی بوده است. از انجا که مقاطع فولادی درحرارت شدید بسیارآسیب پذیر ودر مواجه با آتش به سرعت خواص مکانیکی- مقاومتی خود را از دست می دهند به این منظور برای بهبود این خواص ستون های فولادی را داخل بتن قرار می دادند ویا به نحوی با بتن ترکیب می کردند.
از مزایای ستون مختلط فولادی– بتن نسبت به ستون‌های صرفاً فولادی یا بتنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• ظرفیت تحمل بار محوری و لنگرهای خمشی عالی
• توانایی جذب انرژی بالا و خاصیت شکل پذیری زیاد
• افزایش بار بحرانی کمانشی
• استفاده از مقطع فولادی به عنوان قالب برای هسته بتنی
• حفاظت سطح بتن از اسیب های شیمیایی
• حمل و نقل آسان
• کاهش ابعاد مقطع نسبت به سازه های بتن مسلح با ظرفیت باربری یکسان و در نتیجه وزن کمتر
مزایای ستون CFT باعث کاربرد روز افزون ان شده است، به گونه ای که کاربرد این نوع ستون ها در ساختمان های بلند مرتبه، پایه پل ها،کارگاه های صنعتیی بزرگ، سکوهای ساحلی، ستون های سازه های بتنی با دهانه های بزرگ، شمع های فنداسیون، ستون های نگهدارنده، مخازن و مقاوم سازی سازه های فولادی بسیار متداول است. در مقابل این مزایا ستون های مختلف فولاد- بتن معایبی نیز دارند از جمله به دلیل قرار گیری فولاد در سطح خارجی ستون موضوع حفاظت در مقابل اتش سوزی مطرح می شود و با تمهیدات خاصی را برای ان پیش بینی کرد. همچنین اجرای اتصالات در این ستون ها مشکل بوده و رفتار اتصالات به طور دقیق مشخص نیست و تحقیقات کمی در مورد ان انجام گرفته ویا در حال انجام است.
بسته به نحوه ی ترکیب دو ماده فولاد و بتن ستون های مرکب به دو دسته تقسیم می شوند :
• ستون های فولادی پر شده با بتن (CFT)
• ستون های فولادی محبوس شده در بتن(SRC)
در روش اول ستون های فولادی با بتن پر می شوند (CFT) و درروش دوم ستون های فولادی در بتن مدفون می گردند. در حالت ستون های فولادی مدفون درر بتن هسته فولادی می تواند مقاومت برشی ستون را بهبود بخشد. پوشش بتنی هسته فولادی را در مقابل هر دو کمانش موضعی و کلی مقاومتر می سازد. پوشش بتنی همچنین حفاظتی در مقابل خوردگی در برابر مواد شیمیایی و یک عایق در برابر افزایش سریع دما بوجود می آورد.عیب اصلی ستون های فولادی مدفون در بتن این است که یک شبکه میلگرد تقویتی به منظور جلوگیری از پوسته شدن پوشش بتنی در سطوح پایین لازم دارد.بنابراین ستون های فولادی مدفون در بتن به یک قالب بندی گسترده در حین ساخت بویژه در اتصالات تیر به ستون احتیاج دارند.از طرف دیگر ستون هایCFT احتیاجی به شبکه میلگرد تقویتی و قالب بندی ندارد. بتن داخل لوله فولادی در پایداری لوله فولادی شرکت داشته و لوله فولادی به نوبه خود محصورکنندگی جانبی موثری را بر روی بتن دارد.این نوع محبوس شدگی پیوسته می تواند شکل پذیری ومقاومت بتن های با مقاومت معمولی و بالا را بهبود بخشد. اساسی ترین عیب ستون هایCFT این است که لوله فولادی بدون پوشش بوده بنابراین منجر به یک مقاومت پایین تر در برابر اتش در مقایسه با ستون های فولادی مدفون در بتن می شود.
استفاده از ستون های فولادی پر شده با بتن CFT به دلیل مزایای فراوانی که نسبت به ستون های بتن ارمه و فولادی دارند درسال های اخیر رواج زیادی پیداا کرده است. بر اساس نتایج آزمایشات وجود ورق های سخت کننده در نواحی بحرانی ستون باعِث بهبود رفتار ستون در چرخه های بارگذاری جانبی شده و شکل پذیری ستون را افزایش می دهد هم چنین رفتار ستون با مقطعی به شکل دایره از لحاظ شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی بهتر از مقطع هشت ضلعی ورفتار مقطع هشت ضلعی بهتر از مقطع مربعی است. مقاطع فولادی پرشده با بتن که شامل مقاطع چهار گوش یا دایره ای است درمقایسه اقتصادی ستونهای مرکب وستونهای فلزی نشان میدهد که ستونهای مرکب حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد فولاد مصرفی کمتری داشته واز مقایسه ستونهای مختلط با ستونهای بتنی دیده می شود که در ستونهای مرکب حدود ۶۵ تا ۸۰ درصد بتن مصرفی کمتری داشته ولی مصرف فولاد حدود ۱۰ درصد افزایش خواهد داشت در اجرای ستونهای مرکب با مقطع قوطی ویا دایره تو خالی پر شده با بتن نیاز به قالب بندی یا قفسه اروماتوربندی نیست در ضمن بتن ریزی داخل مقطع را در صورت نبود نیاز به اروماتور می توان بر روی زمین انجام داد این مسله باعث افزایش سرعت عمل و کاهش زمان ساخت می شود. بتن مورد استفاده در این مقاطع ممکن است با مقاومت پایین باشد که فقط برای جلوگیری از کمانش موضعی ورق فولادی استفاده شود و در کسب بار نقشی نداشته باشد و یا با مقاومت بالا باشد که علاوه بر مساله کمانش موضعی فولاد بتن نیز در تحمل بارهای اعمالی شرکت کند و یا حتی بتن مسلح نیز باشد که باعث افزایش مقاومت مقطع وپیوستگی بیشتر بتن با جداره مقطع فولادی می شود.
در ستونهای فولادی پر شده با بتن وتحت بار قرار دادن ان بتن محبوس شده از کمانش موضعی به طرف داخل جلوگیری می کند زیرا بتن در حالت محصور شدگیی قرار می گیرد و بنابراین تحت تاثیر فشار سه محوره قرار گرفته و گسیختگی عضو در مقایسه با ستونهای بتنی از حالت ترد به حالت شکل پذیر تغییر میکند.
بتن یکی از موادی است که به دلیل مقاومت فشاری بالا و کارایی بالا کاربرد گسترده ای در مهندسی عمران دارد. صرفه اقتصادی، بهره‏وری و مقاومت این مادهه باعث شده است تا در زمینه های مختلف نظیر پل¬ها، برج ها، سدها وغیره شاهد استفاده گسترده از این ماده باشیم. رفتار غیر خطی بتن، بوجود آمدن ترک در بتن و رفتار متفاوت ماده در بارگذاری های کششی و فشاری از جمله مواردی است که باعث پیچیده شدن رفتار ماده می شود.
یکی از مشکلات اصلی بتن مقاومت پایین این ماده در برابر تنش های کششی ، خصوصا در محصوریت پایین است که موجب به وجود آمدن ترک در بتن در تنشش های بسیار پایین تر از تنش فشاری می شود. با مسلح کردن بتن تحت کشش با استفاده از فولاد پرمقاومت، می‏توان این مشکل را برطرف نمود. در حالت کلی اجزاء سازه ای باید شرایط خاصی را نظیر مقاومت و سختی دارا باشند و یک طرح مناسب سازه ای باید طوری صورت گیرد که سازه از حاشیه ایمنی مناسبی در برابر زلزله و بار های ثقلی برخوردار باشد.
معمولاً طراحی سازه‌ها در حالت عادی و تحت بارهای ثقلی بصورت الاستیک و با روش‌های تنش‌های مجاز یا حدنهایی صورت می‌پذیرد و اندازه اعضای بتنی وو میزان فولاد موردنیاز در آنها تعیین می‌شود. طراحی سازه‌ها تحت بارگذاری زلزله برای باری به مراتب کمتر از بارگذاری واقعی صورت می‌پذیرد، به این صورت که سازه در حالت الاستیک بایستی قادر به تحمل این بارهای تقلیل یافته باشد و در این حالت میزان جابجایی‌ها در آن از حد مجاز تجاوز ننماید، سپس درنظر گرفته می‌شود که بقیه انرژی وارده به سازه در بارگذاری زلزله، توسط مکانیسم‌های غیرخطی و جابجایی‌های خمیری سازه مستهلک گردد. لذا اعضای سازه‌ای باید بگونه‌ای طرح‌گردند که قابلیت تغییر شکل‌های زیاد در حالت خمیری و ایجاد کرنش‌های بزرگ را دارا باشند. بررسی این رفتار در سازه‌های بتنی بدلیل وجود پیچیدگی‌های زیاد در خصوصیات رفتاری آن‌ها، کمی دشوار است. رفتار پیچیده مصالح بتنی برآمده از ماهیت ترکیبی آن‌ها می‌باشد. این رفتار با کاهش ظرفیت باربری و افزایش تغییر شکل‌ها بعد از رسیدن مصالح به حدی از بارگذاری همراه می‌شود که غالباً ناشی از نرم‌شوندگی مصالح در ناحیه فشاری و کششی می‌باشند، بنابراین مدل‌های رفتاری مناسبی جهت بررسی واکنش سازه‌های بتنی به انواع بارگذاری موردنیاز است. در اعضای بتنی مسلح این رفتار پیچیده‌تر است.
در حالت کلی تحت بارگذاری ترک‌هایی در محل اتصال بتن و فولاد بوجود می‌آید که منجر به باز توزیع تنش‌ها و انتقال آنها از بتن به فولاد می‌شود، این پدیده بهه سخت شوندگی کششی معروف است، چرا که در این حالت رفتار سیستم در کشش سخت‌تر از حالتی است که بتن به تنهایی مقاومت نماید. از دیگر عوامل پیچیدگی رفتار این مصالح وجود مکانیسم‌هایی نظیر خزش و انقباض بتن، ایجاد ترک در مصالح بتنی تحت کشش و خرد شوندگی این مصالح در فشار، نحوه اتصال بتن با فولاد و رفتار مصالح فولادی می‌باشد. البته ارائه مدل رفتاری که در برگیرنده همه موارد فوق باشد بسیار دشوار خواهد بود.
نمونه آزمایشگاهی مورد استناد در این تحقیق از مقاله ارایه شده توسط Hanbin و همکاران (Hanbin at el,1996) که در ژورنال structural engineering به چاپپ رسیده، می باشد که ستونهای فلزی پر شده با بتن تحت اثر بار متناوب را به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند.
در این تحقیق آنها ۱۲نمونه را تحت اثر بار محوری و باررفت و برگشتی مورد آزمایش قرارداده اند. در این آزمایشها با تغییر نسبت عرض به ضخامت ستون هایی فلزی و درنتیجه آن تغییر ضریب لاغری ستون ها و بررسی نحوه زوال آنها به نتایج خوبی درجهت درک بهتر رفتار غیرخطی ستون های فلزی پرشده با بتن دست یافتند. که ازجمله انها میتوان به بهبود ظرفیت شکل پذیری و جذب انرژی بهتر این نمونه ها در مقابل ستونهای فلزی معمولی اشاره کرد.
در این فیلم آموزشی ستون از جنس استیل سری ۳۷ با در نظر گرفتن رفتار الاستیک و پلاستیک حاوی بتن بوده که این ستون تحت بار سیکلیک قرار می گیرد.. رفتار الاستیک، پلاستیک و شکست بتن به روش Concrete Damage Plasticity تعریف شده است و نمودار هیسترسیس (Hysteresis) مجموعه به روش شبیه سازی محاسبه شده است. تماس بین بتن و ستون فلزی به صورت اصطکاکی در نظر گرفته شده است و اتصال جوشی بین قسمت های مختلف مجموعه تعریف گردیده است. مسئله به صورت موازی و به MPI حل گردیده و نتایج حاصل بررسی و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است.

نمونه کوتاهی از فیلم آموزشی

برند

سافت یار

1 دیدگاه برای بررسی رفتار سیکلیک ستون فلزی پر شده با بتن با آباکوس Abaqus

  1. محسن احمدزاده

دیدگاه خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *