بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد ستونهای - Concrete filled steel tube - CFT1 به طور فزایندهای در ساختمانها و پلها در دنیا رو به افزایش است. در کشورهای شرق آسیاخصوصاً در کشور چین از سال 2005 بیشتر از 230 پل قوسی به صورت CFT با دهانه بیشتر از 50 متر اجرا شده است.[1] باید به این نکته توجه داشت که سرعت در پروههای عمرانی از اهمیت بسیار بالایی برخودار می باشد، واز مزایای ستونهای CFT سرعت بالای اجرای آن خصوصاً در مناطق باشرایط آب وهوایی سخت، واز دیگرمزایا هزینهی اجرای پایینتر در مقایسه با ستونهای سنتی میباشد. در این مطالعه ستون پلهای اجرا شده در شهر کرمان که به روش سنتی - بتن مسلح - اجرا شده به کمک آیین نامه UERO- CODE4 به ستون CFT معادل سازی شده و نتایج بدست آمده از پنج پل بررسی شده است. نتایج نشان میدهدکه سطح مقطع ستونها بین 40تا 50 درصد و همچنین هزینهی اجرا بین 25 تا 60 درصد کاهش یافته است.
1 -مقدمه:
یکی از حساسترین تصمیماتی که طراح سازه بایستی مد نظر قرار دهد، انتخاب نوع مصالح مصرفی در سازه می باشد. این تصمیم در بسیاری از اوقات تابع نوع سازه، مسایل مالی و همچنین تجربه و مهارت طراح است. هدف اصلی دنبال شده در طراحی بدست آوردن سازه های اقتصادی ودر عین حال با عملکرد مطلوب میباشد . بتن و فولاد مصالحی هستند که به صورت گسترده در ساخت و سازهها مورد استفاده قرار میگیرد. مزایای هر دو مصالح امروزه به خوبی شناخته شده است. بتن مصالحی با مقاومت قابل قبول، ارزان قیمت - نسبت به سایر مصالح - و مقاومت قابل توجه در برابر آتشسوزی و ضمناً فولاد مصالحی با شکلپذیری و مقاومت بالا و وزن کم است. با این وجود استفاده از فولاد تنها در ساختن ستونها بخصوص در سازههای بلند، غیر اقتصادی میباشد. همچنین سازههای بلند با ستونهای فولادی معمولاًدارای تغییر شکلهای جانبی نسبتاًبزرگ بوده ودر مقابل آتش سوزی مقاومت پایینی دارند . همچنین استفاده از بتن در ستونهای ساختمانهای بلند، در طبقات پایین فضای بیشتری رااشغال نموده ودارای وزن نسبتاً بیشتری است و به علت تردو شکننده بودن بتن، سازه حاصل دارای شکلپذیری کمتری بوده ودر بارهای لرزهای افت مقاومت در سازه بوجود خواهد آمد. ترکیب هوشمندانه این دو مصالح، یک سیستم موثر وکاراتر از استفاده مجزا از آنها را نتیجه میدهد. این سیستم را با عباراتی چون سیستم مرکب ویا دوگانه معرفی می کنند. امروزه سیستمهای مرکب به صورت موفقیتآمیزی در ستونها، تیر ها و دالهای با دهانه های متوسط و بزرگ در ساختمانها و همچنین در پایه و تیرهای پلهها مورد استفاده قرار میگیرند. استفاده از ستونهای مرکب بعلت همکاری توام و مناسب بتن و فولاد در بسیاری از سیستمهای سازهای در سرتاسر جهان در حال افزایش است. ستونهای مرکب نه تنها مزایای بسیاری در ساخت - بخصوص سرعت و اقتصاد - دارند بلکه باعث بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی اعضای سازهای در مقایسه با اعضای بتن مسلح و فولادی تنها می شوند. ستونهای مرکب اگر جزئی از سیستم سازهای مرکب باشند، مزایای دیگری نیز میتوان از آنها انتظار داشت. بعنوان مثال اگر اتصال مناسبی بین ستون و سیستم سقف - تیرو دال - بر قرار باشد، این اتصال مقاومت بالاتر و رفتار بهتری از خود نشان میدهد که در نتیجه باعث افزایش طاقت و ایجاد قید اضافی خواهد شد. یکی از پیچدگی های اجرایی در این ستونها هماهنگی بین عوامل اجرایی بتن و فولاد و نحوه اتصال تیر به ستون است اما مزایای بالای این ستونها - سرعت ساخت، عدم نیاز به قالب، کاهش بارهای روی فونداسیون، افزایش فضای مفید و کاهش هزینههای ساخت و نگهداری - باعث طراحی و اجرای روز افزون آنها می باشد.
2 -سیستم های مرکب
ستونهای مرکب فولادی - بتنی به صورت عمده از سال 1950 به تدریج رواج یافتهاند و با توجه به مزایای زیاد این ستونها، استفاده از آنها در ساختمانهای بلند به صورت روز افزون شدت یافت، ستونهای فولادی مدفون در بتن، اولین بار در ساختمانPetersburg در سال 1989 برای افزایش مقاومت ستون در برابر آتشسوزی مورد استفاده قرار گرفت. وهمچنین از سال 1970بررسی وسیعی برای اثبات استحکام ستونهای CFT وتیرهایH شکل ومزیت آنها نسبت به سیستمهای فولادی و بتن مسلح انجام شده است. این سیستم اغلب در ساختمانهای متوسط وبلند در ژاپن استفاده شده بود. درسال 1961 ناکا کتو1 اولین مقاله فنی روی ستونهای CFT در ژاپن نوشت .[2] سیستمهای مرکب متشکل از ستون بتنی و تیرهای فولادی چند سالی است که به عنوان یک سیستم سازهای جدید و کارآمد مطرح گردیده است که از طریق ستونهای بتن مسلح سختی کافی واز طریق تیرهای فولادی ظرفیت استهلاک انرژی را فراهم میکنند. در دهههای اخیر تحقیقات زیادی در زمینه مقاومت سیستم های مرکب بتن و فولاد در برابر نیروهای جانبی انجام شده است که از آن جمله، میتوان سیستم قاب خمشی شامل ستون بتنی و تیر فولادی را مورد توجه قرار داد. هریک از سیستمهای فلزی و بتنی به تنهایی دارای مزایا و معایبی می باشند. به عنوان مثال، سیستم قاب صلب بتنی به علت استحکام و صلبیت اتصالات مناسب است، ولی انعطاف پذیری کم و مدت زمان طولانی اجرای سازههای بتنی و وزن و ابعاد تیر ستونها مخصوصاً در سازههای بلند مسئله ساز میشود. از طرف دیگر در سیستم قاب صلب فولادی مسائلی مانند پرهزینه بودن اتصال صلب، ضعف جوش، عدم علاقه به استفاده از سخت کنندهها و وقوع کمانشهای موضعی مطرح میشود.
