Устойчивость несущей способности бетононаполненных стальных трубчатых колонн, подвергающихся длительным

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10377 (2023) Цитировать эту статью

252 доступа

Подробности о метриках

Стальные трубы, заполненные бетоном (CFST), обычно используются в современных зданиях и мостах. Несмотря на свою популярность, исследования по изучению влияния длительной нагрузки на устойчивость несущей способности таких элементов малочисленны. В этом исследовании исследуется, как ключевые параметры, включая коэффициент гибкости (λ), коэффициент осевой нагрузки (м) и коэффициент эксцентриситета (e/r), влияют на устойчивость несущей способности колонны CFST при длительной нагрузке. Двадцать три колонны CFST были изготовлены для исследования влияния длительной нагрузки на несущую способность устойчивости. Четырнадцать образцов были подвергнуты постоянной сжимающей нагрузке в течение 462 дней, а затем испытаны на разрушение. Остальные 9 представляли собой сопутствующие экземпляры без нагрузки. Для прогнозирования устойчивости несущей способности после ползучести использовался трехэтапный метод конечных элементов. Результаты показывают, что несущая способность колонн CFST снижается после воздействия длительной нагрузки. Как экспериментальные, так и численные результаты показали, что нагрузка стальной трубы для образцов с длительным нагружением, доходящим до упругопластического и пластического процессов, была ниже, чем для образцов без нагрузки. Кроме того, соответствующая деформация ползучести образцов была больше, чем у образцов без нагрузки, когда элемент достиг максимальной нагрузки. Сравнительный анализ показал, что коэффициент снижения ползучести (kcr), предложенный для колонн CFST, можно использовать для прогнозирования снижения устойчивости несущей способности после ползучести. Кроме того, для исследования предложенных формул для kcr была использована собранная база данных, содержащая 49 образцов CFST, подвергнутых длительной нагрузке. Результаты показывают, что формулы согласуются с результатами эксперимента.

Элементы из стальных труб, заполненных бетоном (CFST), представляют собой эффективные компрессионные конструктивные элементы, используемые в сооружениях гражданского строительства, таких как арочные мосты и колонны, используемые в зданиях1,2,3,4,5,6. В отличие от стальных или армированных элементов, поведение и прочность элементов CFST значительно улучшаются благодаря взаимодействию между стальной трубой и бетонным заполнением6. Кроме того, стальная труба может служить несъемной опалубкой для укладки бетона, что облегчает процесс строительства. Благодаря постоянному совершенствованию материалов и технологий строительства пролет вновь построенных арочных мостов CFST увеличивается, при этом самый длинный пролет достигает 575 м5.

Поскольку рекорд длины самого длинного пролета арки постоянно побивается, коробление ребра арки постепенно стало серьезной проблемой из-за увеличения коэффициента гибкости. Кроме того, эффект ползучести арочного ребра CFST является еще одной заметной проблемой, возникающей при увеличении собственного веса арочных мостов CFST. При проверке устойчивости несущей способности тонкого арочного ребра CFST его можно рассматривать как эквивалент тонкой колонны6 . Таким образом, большинство исследований было проведено по ползучести для колонн CFST7,8,9,10,11,12,13,14. Эти исследования были сосредоточены на развитии ползучести и прогнозировании моделей колонн CFST с обычным бетоном, бетоном с переработанным заполнителем, расширяющимся бетоном и железобетоном. Напротив, экспериментальные исследования исследовали устойчивость предельной несущей способности колонн CFST, подвергающихся длительной нагрузке. Лишь несколько теоретических обсуждений и выведенных формулировок были проведены для исследования предельной несущей способности колонн CFST, подвергающихся длительной нагрузке. Все эти исследования показали, что несущая способность колонн CFST снижается из-за ползучести15,16,17,18,19,20. Кроме того, методы численного расчета были использованы для анализа устойчивости несущей способности колонн CFST, подверженных воздействию длительной нагрузки, и, следовательно, были получены формулы расчета коэффициента уменьшения ползучести колонны CFST21,22,23. Тан и др.24 заявили, что несущая способность колонн CFST не снижается после воздействия длительной нагрузки. Результаты исх. 25 и 26 показали снижение устойчивости несущей способности колонн CFST из-за длительной нагрузки. Напротив, некоторые ученые21,27,28,29 пришли к выводу, что прочность CFST на сжатие улучшается при воздействии длительной нагрузки.