پیش بینی ظرفیت بار محوری لوله فولادی پر از بتن با مقطع دایره‌ای

چکیده

کلیدواژه‌ها

1. مقدمه 

شکل 1. نموده‌ای از کاربرد قطعه CFST در ساخت ستون 

2. نظریه اصلی: اثر تحدید و ظرفیت بار محوری CFST دایره‌ای شکل 

شکل 2. توزیع تنش CFST دایره‌ای شکل تحت بار محوری 

شکل 3. منحنی یک محوری تنش- کرنش برای بتن معمولی و بتن محدود شده 

3. پایگاه داده و مدل مبتنی بر قوانین فازی برای CFST دایره‌ای شکل تحت بار محوری

3.1 توصیف پایگاه داده تست

شکل 4. تنظیمات تست نمونه برای CFST تحت بار محوری

شکل 5. توزیع داده‌های تست؛ (a) تعداد داده‌های تست در برابر نسبت D/t و (b) تعداد داده‌های تست در برابر نسبت 

3.2. طراحی مدل مبتنی بر منطق فازی برای CFST دایره‌ای شکل 

شکل 6. تابع عضویت برای ورودی و خروجی؛ (a) تابع عضویت گوسی برای ورودی؛ و (b) تابع دلتا برای خروجی 

3.3 نتایج و بحث

4. مطالعه پارامتری و نمودار طراحی پیشنهادی برای CFST دایره‌ای تحت بار محوری

5.نتیجه گیری‌ها 

جدول 1. نتایج تحلیل رگرسیون مطالعه پارامتری

پیوست 1. پایگاه قوانین فازی که برای یک CFST با مقطع دایره ای در مطالعه آمده در جدول زیر نشان داده شده است

لوله فولادی پر از بتن با مقطع دایره‌ای (CFST) در مقایسه با قطعه بتن آرمه عادی یا لوله فولادی توخالی مزیت‌های مختلفی دارد، زیرا حالت سه محوری فشردگی مقطع پر از بتن باعث افزایش مقاومت و ظرفیت کرنش می‌شود. مطالعات بسیاری درباره CFST انجام شده است و محققان مختلفی برای پیش بینی اثر تحدید و مقاومت فشردگی محدود مقطع پر از بتنCFT فرمول‌های تجربی و نظری پیشنهاد داده‌اند. با وجود این معادلات پیشنهادی قبل به خاطر پیچیدگی و عدم قطعیت حالت پایدار سه محوری در مقطع پر از بتن به طور قابل توجهی با یکدیگر تفاوت دارند. در این مطالعه با استفاده از منطق فازی یک روش جایگزین برای تعیین اثر تحدید پرشدن با بتن و ظرفیت بار محوری CFST مقطع ارائه شده است. در این مقاله بر روی برآورد دقیق اثر تحدید CFST با استفاده از یک مدل مبتنی بر منطق فازی تمرکز کرده‌ایم که امکان ارزیابی اندر کنش بین پارامترهای مختلفی که اثر تحدید را تحت تأثیر قرار می‌دهند فراهم می‌آورد. مدل پیشنهادی مبتنی بر منطق فازی از لحاظ اثر تحدید و ظرفیت بار محوری CFST دایره‌ای شکل با کدهای طراحی فعلی و نتایج مطالعات قبل مقایسه شده است. علاوه بر این نشان داده‌ایم که مدل پیشنهادی مبتنی بر منطق فازی می‌تواند اثر تحدید و ظرفیت بار محوری CFST دایره‌ای شکل را به خوبی پیش بینی کند. در انتها، نمودار طراحی برای برآورد تأثر تحدید CFST مقطع به منظور پیاده سازی عملی طرح ارائه شده است.

لوله‌های فولادی پر از بتن (CFST) به خاطر مزیت‌های متفاوتی که دارد به عنوان اجزاء سازه‌ای مانند ستون‌های ساختمانی و پایه پل کاربرد گسترده‌ای دارند. شکل 1 نمونه‌ای از کاربرد جزء CFT را در ستون ساختمانی نشان می‌دهد. مزیت اولیه CFST این است که مقاطع پرشده با بتن توسط لوله فولادی محدود شده‌اند، بدین ترتیب حالت سه محوری فشردگی به وجود می‌آید که باعث افزایش مقاومت و ظرفیت کرنش مقطع پر شده با بتن می‌شود. علاوه بر این، مقطع پرشده با بتن موجب مهار خمش محلی و جهانی لوله فولادی می‌شود. CFST امکان ساخت و ساز سریع را فراهم می‌آورد زیرا لوله‌های فولادی جایگزین آرماتورها شده و مانع از انجام کارهای بیشتر در این زمینه می‌شوند. مطالعات تجربی و عددی گسترده‌ای در دهه‌های گذشته برای بررسی اثر تحدید و ظرفیت بار محوری CFST با مقطع دایره‌ای انجام شده است که در آن‌ها CFST دایره‌ای شکل در مقایسه با ضریب قطر دارای طول کمتری است به طوری که اثر ناپایداری جهانی بسیار ناچیز خواهد بود. ماندر و همکاران مکانیسم‌های اصلی اثر تحدید ستون‌های بتن آرمه را ارائه داده و محققان مختلفی ورژن های اصلاح شده فرمول واندر را برای برآورد اثر تحدید CFST دایره شکل بر حسب روش‌های آماری پیشنهاد داده‌اند. با وجود این، فرمول‌های پیشنهادی بسیار با یکدیگر تفاوت دارند. این وضعیت را می‌توان به ماهیت پیچیدگی حالت تنش سه محوری در مقطع پر شده با بتن نسبت داد و هر محقق برای پیش بینی اثر تحدید CFST دایره‌ای شکل از متغیرهای مختلفی استفاده کرده است. بعلاوه، برخی از قواعد طراحی شرایطی برای CFST دایره‌ای تحت بار محوری ارائه داده‌اند. با وجود این، در قواعد طراحی یافته‌ها به طور قابل توجهی با نتایج تجربی موجود درCFST های دایره‌ای تناقض دارند. بنابراین، برای برآورد ظرفیت بار محوری CFST دایره‌ای شکل به یک روش مدل سازی تجربی بسیار قوی نیاز داریم که با مکانیسم اصلی اثر تحدید مطابقت کند. در این مطالعه، برای پیش بینی اثر تحدید و ظرفیت بار محوری CFST دایره‌ای شکل یک روش جایگزین ارائه شده است که از منطق فازی استفاده می‌کند. به طور کلی، برای شبیه سازی مسأله های مهندسی پیچیده می‌توان از منطق فازی استفاده کرد. امکانپذیری این روش به عنوان برآوردگر جهانی ثابت شده است. در روش مهندسی سازه‌ای، از منطق فازی برای ارزیابی ویژگی‌های مختلف سازه مانند دوام بتن و مقاومت برشی پانچ دال استفاده شده است. لازم به ذکر است که عدم قطعیت‌های تصادفی و غیر تصادفی را می‌توان با منطق فازی مشخص کرد، در حالی که در روش‌های احتمالی فقط می‌توان عدم قطعیت‌های تصادفی را به دست آورد. علاوه بر این می‌توان اندرکنش بین پارامترهای مختلفی که اثر تحدید CFST دایره‌ای را با استفاده از منطق فازی تحت تأثیر قرار می‌دهند ارزیابی کرد.