Понимание производительности стальных труб с бетонным наполнением с различными типами бетонного заполнения
В последние годы стальные трубы с бетонным наполнением (CFST) привлекли внимание в строительной отрасли благодаря своим уникальным статическим и сейсмостойким свойствам. Сталежелезобетонный композитный элемент формируется путем заполнения бетоном полой стальной трубы различной формы. Экспериментальные и численные исследования проводились для элементов CFST, заполненных разными типами бетона одной марки. Типы бетона, используемые для этого исследования, представляют собой обычный бетон, железобетон, армированный стальной фиброй, геополимерный бетон и расширяющийся бетон соответственно. Бетоны отливали в виде кубов с последующим отверждением под водой и в условиях самоотверждения. Образцы, отвержденные в возрасте 7 и 28 дней, подвергали испытанию на прочность при осевом сжатии. Влияние условий твердения на прочность бетона оценивали путем сравнения полученных результатов. Было обнаружено, что самоотверждение, единственный возможный способ отверждения заполненного бетона в случае колонн CFST, не влияет на прочность бетона, и тот же метод отверждения был принят для колонн CFST, протестированных в этом исследовании. В общей сложности 24 образца CFST были отлиты с различными типами бетонного заполнения, и их несущая способность при осевом сжатии и их прочность сцепления были определены экспериментальными исследованиями. Были сопоставлены характеристические прочности, измеренные для колонн CFST с различными типами бетонного заполнения, и представлены результаты. Аналитические исследования проводились с использованием Eurocode-4 для прогнозирования несущей способности колонн CFST при осевом сжатии. Наконец, грузоподъемность колонн CFST при осевом сжатии, полученных в ходе экспериментальных и модельных исследований, сравнивались, и результаты представлены.
1. Введение
Элемент конструкции, состоящий из двух или более разнородных материалов, известен как композитный элемент. Поскольку конструкционные композиты обладают несколькими свойствами, они превосходят свойства отдельных элементов. Сталежелезобетонный композитный элемент является одним из наиболее широко используемых композитных элементов в строительстве [1]. Хотя бетон хорошо работает при сжатии, он имеет относительно низкое сопротивление силам растяжения. Напротив, сталь очень прочна на растяжение и даже используется в меньших количествах. Комбинация сталебетонных композитных элементов использует прочность бетона на сжатие и сопротивление стали растяжению, что делает его эффективным кандидатом в строительной отрасли.
Композитные конструкции на основе стальных труб с бетонным наполнением (CFST) используют преимущества как полой конструкционной стали, так и бетонного сердечника. Комбинированное действие между составными элементами, присутствующими в колонне CFST, улучшает поведение ее структурной системы. Благодаря высокой прочности, высокой пластичности и большой способности поглощать энергию элементы CFST сохраняют хорошую устойчивость к вибрациям, вызванным статическим электричеством и землетрясениями. Во время осевой сжимающей нагрузки бетон внутри стальной трубы ограничивается и, таким образом, улучшает сопротивление нагрузке и пластичность элементов CFST. Материалы CFST разрушаются более благоприятно из-за вязкого механизма разрушения из-за высокой способности к сдвигу заполненных бетоном стальных трубчатых элементов. Кроме того, стальная труба служит постоянным каркасом для хорошо распределенной арматуры бетона. Поскольку подход экономически эффективен, они существенно способствуют скорости монтажных работ. Внутренняя локальная потеря устойчивости, наблюдаемая в полых стальных колоннах, устраняется за счет использования стальных труб, заполненных бетоном [2]. Эта особенность элементов CFST обеспечивает более высокую несущую способность, чем полые стальные колонны.
Поскольку колоннам из CFST требуется лишь небольшое поперечное сечение, чтобы выдержать нагрузку, они ценятся инженерами-строителями и архитекторами как многообещающий материал. Адекватное ограничение, накладываемое сталью на заполненный бетон, задерживает локальное изгибание стальной трубы в колоннах из CFST. Это полезное свойство делает заполненные бетоном стальные трубы подходящим кандидатом для различных конструкционных применений, таких как морские платформы, поддерживаемые колоннами, здания, колонны резервуаров для воды, опоры мостов и сваи как в сейсмических, так и в ветровых зонах. Схематическая диаграмма заполненной бетоном стальной трубы показана на рисунке 1.
(A)
(B)
(c)
(D)
(A)
(B)
(c)
(D)
Распространенные теоретические исследования и лабораторные испытания выявили механические свойства колонок CFST, проведенные Han et al. [3–7], Guneyisi et al. [8], Абед и др. [9] и Тао и соавт. [10–12] и сформировали широкую теоретическую и спецификационную систему для колонн CFST. Структурные характеристики нагруженной секции CFST можно объяснить с помощью теорий микротрещин в бетоне и эффектов Пуассона составляющих материалов. Поскольку коэффициент Пуассона у бетона меньше, чем у стали, разделение между сталью и бетоном происходит на начальных стадиях нагружения. Если напряжение связи между границей раздела стали и бетона достаточно для ограничения разделения, поэтому боковое напряжение возникает на внешней поверхности бетонного ядра. Поскольку влияние напряжения связи невелико, влиянием этих взаимодействий обычно пренебрегают. Следовательно, предполагается, что и сталь, и бетон в колоннах CFST демонстрируют комбинированное одноосное напряжение. Пластичность колонны снижается с увеличением прочности бетонного заполнения (основного бетона) и увеличивается с повышением прочности. D/t соотношение, но для более низкого D/t соотношение верно и обратное. Увеличение D/t соотношение снижает жесткость элемента CFST и осевую прочность материала. Это связано с уменьшением удержания бетона в стальной трубе [9]. Круглые колонны CFST работают лучше, чем квадратные, а квадратное сечение имеет более сильную несущую способность, чем прямоугольное сечение. Благодаря усиленному эффекту ограничения колонны круглого сечения превосходят квадратные и прямоугольные сечения. Несущая способность колонн CFST улучшается с маркой бетона [10]. Прочность сцепления и прочность на сжатие колонн CFST могут быть улучшены за счет более низкой замены летучей золы цементом. Достижение аналогичного положительного эффекта за счет более высокой замены летучей золы требует относительно длительного времени [13]. Такие типы бетона, как геополимерный бетон, железобетон, армированный стальным волокном, расширяющийся бетон и самоуплотняющийся бетон, признаны экологически безопасными и более эффективными альтернативными материалами по сравнению с обычным бетоном. Геополимерный бетон образуется путем взаимодействия алюминатных и силикатсодержащих материалов с едким активатором. Обычно используются неиспользованные или отработанные материалы, такие как шлак от производства железа и металлов или летучая зола, что помогает сделать окружающую среду более чистой. Стальная колонна, заполненная геополимерным бетоном, обладает большей прочностью по сравнению с обычными колоннами CFST. Когда он подвергается воздействию повышенных температур, он имеет меньшую потерю прочности, чем другие колонны [14]. Бетон, армированный волокном, представляет собой смешанный материал, состоящий из цементного теста, раствора или бетона с волокнами из стекла, пластика, углерода, асбеста или стали. Такой бетон может быть подходящим там, где требуется высокая прочность на растяжение и меньшее растрескивание. Волокна при использовании в бетоне очень полезны для развития прочности бетона на сжатие, растяжение и изгиб [15]. Расширяющийся бетон или бетон с компенсацией усадки – это тип бетона, в котором расширение, если оно ограничено, вызывает сжимающие напряжения, которые примерно компенсируют растягивающие напряжения в бетоне, вызванные сушкой. Микрорасширяющаяся бетонная заливка внутри стальной трубы может не только компенсировать обычную усадку, но и создавать предварительное напряжение в бетоне сердцевины [Ченг и др.].
В последние годы исследования колонн CFST сосредоточены на высокопрочном бетоне, тонкостенных стальных трубах, эффекте удержания, поведении тонких колонн и поведении межфазных связей.
Хотя доступны последние литературные работы, в которых подчеркиваются последние технологические достижения колонн CFST, по-прежнему отсутствует информация о поведении заполненных бетоном стальных труб с различными типами бетонного заполнения. Следовательно, в текущем исследовании была предпринята попытка понять поведение различных типов заполненных бетоном стальных труб одного и того же класса с помощью экспериментального и теоретического подхода.
2. Материалы и методы
В этом исследовании механические характеристики были выполнены для различных типов бетонного заполнения стальной трубы, чтобы получить представление о поведении материала при осевой нагрузке. Используемые методология, материалы и методы характеристики кратко описаны ниже.
Изготовление и отливка элементов CFST проводились с использованием четырех различных типов бетона, а именно: (i) обычный бетон, (ii) железобетон, армированный стальной фиброй, (iii) геополимерный бетон и (iv) расширяющийся бетон. Первоначально было отлито два комплекта кубических образцов. После этого один набор кубов был отвержден водой, а остальные подверглись самоотверждению с помощью Concure WB30 (рис. 2). В случае кубов из геополимерного бетона был принят метод отверждения при комнатной температуре. Все отвержденные кубические образцы были испытаны на прочность при сжатии в возрасте 28 дней. Полученные результаты были использованы для валидации образцов, приготовленных методом самоотверждения.
Различные типы колонн, используемых в строительстве. Где использовать? и когда использовать?
Вертикальный элемент, эффективная длина которого более чем в 3 раза превышает его наименьший поперечный размер, воспринимающий сжимающие нагрузки, называется колонной. Колонны передают нагрузку от балок или плит на опоры или фундаменты. Наклонный элемент, несущий сжимающие нагрузки, как в случае рам и ферм, называется стойками. Пьедестал представляет собой вертикальный элемент сжатия, эффективная длина которого менее чем в 3 раза превышает его наименьший поперечный размер. (разные типы столбцов)
Почему мы предоставляем колонки?
В первую очередь, колонны несут осевые нагрузки и поэтому рассчитаны на сжатие. Другие нагрузки от снега, ветра или других горизонтальных сил могут вызвать изгиб колонн. Затем колонны должны быть рассчитаны на осевую нагрузку и изгиб.
Столбцы делятся на четыре типа:
- На основе формы
- По типу армирования
- В зависимости от типа загрузки
- На основе коэффициента гибкости
Примечание. Это просто классификация, столбец может быть комбинацией обоих типов, например, столбец может быть прямоугольной формы с привязанным столбцом.
На основе формы: –
Квадратная или прямоугольная колонна: –
Они вообще используются при строительстве зданий, которые распространены на практике; эти виды колонн предусмотрены только в том случае, если форма помещения квадратная или прямоугольная.
Гораздо проще построить и отлить прямоугольные или квадратные колонны, чем круглые. В первую очередь это делается для облегчения работы с опалубкой и для защиты ее от разрушения из-за давления, пока бетон еще находится в текучей форме. Квадратные и прямоугольные лучше и дешевле в литье.
Круговая колонка: –
Это специально разработанные колонны, которые в основном используются для свай и возведения зданий. Почему мы используем его в возвышении? Чтобы избежать краев, мы используем этот тип столбцов. они также предусмотрены в зонах отдыха, аудиториях или зонах сбора огня, где у вас есть достаточно места для них, чтобы не мешать движению людей или плохо смотреться на плоских поверхностях. нужно смывать их ни к чему. Также круглая выглядит там эстетично.
Колонка L-типа:-
Колонка Т-типа:
Колонка V-типа:-
Шестиугольная колонна:-
Шестиугольные колонны обычно представляют собой модифицированные колонны. Он имеет шесть сторон и дает хорошее изображение, обычно используемое на высоте. Это принято, чтобы дать хороший вид колонке. Как правило, это предусмотрено на открытых верандах, в аудиториях, кинозалах и т. д.
Колонны арочного типа:
Y – Тип столбца: –
Колонна типа Y с аркой:
В зависимости от типа армирования: –
В зависимости от типа используемой арматуры армированные колонны подразделяются на следующие типы:
Связанная колонка:
Спиральная колонна:
Составной столбец:
В зависимости от типа загрузки:
В зависимости от вида нагрузки на колонны делятся на три типа:
Колонна с осевой нагрузкой: –
Колонна с внецентренной нагрузкой (одноосная или двухосная):
Когда линия действия сжимающей силы не совпадает с центром тяжести поперечного сечения колонны, ее называют внецентренно нагруженной колонной.
Одноосный:
Мы знаем ось X и ось Y, если нагрузка действует эксцентрично либо на ось X, либо на ось Y (любую), тогда это называется эксцентрически нагруженной колонной (одноосной).
Двухосный:
На основе коэффициента гибкости: –
В зависимости от коэффициента гибкости (отношение эффективной длины к наименьшему поперечному размеру колонны) колонны классифицируются как (самое важное)
Он широко используется для определения расчетной нагрузки, а также для классификации различных колонн на короткие/средние/длинные.
Короткая колонка:
Длинная колонка:
Некоторые другие типы:
Столбец-заглушка / Плавающий столбец / Связанный столбец: –
Мы знаем, что колонна стоит на фундаменте. но при подходе к окурку колонки. Это не будет иметь никакого основания. Колонна стоит на плите или балке.
Шейная колонка:
Это часть колонны (колонны любого типа), которая зарыта в землю, называется шейной колонной. Слово «Шейная колонна» обычно используется при строительстве фундаментов.
Привет, друзья, надеюсь, я рассмотрел каждую колонку. Нашли что-то упущенное, добавляйте в комментарии, обязательно добавлю сюда. Надеюсь, вы узнали все о столбцах.
СЛЕДИТЕ ЗА НАС МНОГОЕ ЕЩЕ СКОРО!
Для мгновенных обновлений-присоединяйтесь к нашей трансляции WhatsApp. Сохраните наш контакт WhatsApp 9700078271 as Civil Прочтите и отправьте нам сообщение “ПРИСОЕДИНИТЬСЯ”
Никогда не пропустите обновление Нажмите «Разрешить нам» или красный колокольчик уведомлений в правом нижнем углу. и разрешить уведомление. Следите за обновлениями! Больше обновляется Скоро.
Civil Read желает вам всего наилучшего.