Studio sperimentale sulla compressione assiale per colonna cava composita in fibra di acciaio, alta

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12409 (2022) Citare questo articolo

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Al fine di studiare le prestazioni di compressione assiale per colonne cave composite di fibra di acciaio, calcestruzzo aggregato leggero ad alta resistenza e acciaio angolare, le prove di compressione assiale sono state effettuate su cinque colonne cave composite di fibra di acciaio, calcestruzzo aggregato leggero ad alta resistenza e acciaio angolare. acciaio con i parametri di variazione del rapporto di cavità (0%, 15%, 16%, 32% e 36%) e della forma di apertura (foro rotondo e foro quadrato). Sono stati osservati i fenomeni di cedimento e le forme di cedimento dei provini, sono state misurate le loro curve sforzo-deformazione ed è stata stabilita la formula della capacità portante assiale adatta per colonne cave composite di fibra di acciaio, calcestruzzo aggregato leggero ad alta resistenza e acciaio angolare. Dai risultati del test si possono ottenere le seguenti conclusioni: le prestazioni di compressione assiale per le colonne cave composite di acciaio angolare sono influenzate notevolmente dal rapporto delle cavità e dalla forma di apertura. Le prestazioni di compressione assiale per colonne cave composite di fibra di acciaio, calcestruzzo aggregato leggero ad alta resistenza e acciaio angolare sono quasi vicine a quelle delle colonne solide composite quando il rapporto cavo è basso; Maggiore è il rapporto dei vuoti, maggiori sono le fessurazioni sulla superficie del calcestruzzo, compaiono alcune fessurazioni trasversali, il carico di picco diminuisce di circa il 5–38% e il coefficiente di duttilità di deformazione aumenta gradualmente; Il coefficiente di duttilità della deformazione della colonna cava a foro tondo è inferiore a quello della colonna cava a foro quadrato. Sulla base del test, viene utilizzato il software agli elementi finiti ABAQUS per simulare la colonna SCAH. La correttezza del modello viene verificata attraverso il confronto tra i risultati della simulazione numerica e i risultati dei test. Allo stesso tempo, vengono simulati il ​​nefogramma delle tensioni del calcestruzzo e dell'acciaio nelle diverse fasi e il nefogramma delle tensioni allo stato vincolato del calcestruzzo. In base ai risultati della simulazione agli elementi finiti, il modello Mander viene utilizzato per calcolare la capacità portante a compressione assiale della colonna cava composita di acciaio angolare. È possibile ottenere un'elevata precisione di calcolo e adatta alla divulgazione.

Insieme allo sviluppo di grattacieli e di edifici a lunga campata, il peso strutturale degli edifici sta diventando sempre più grande. La ricerca mostra che ridurre il peso proprio degli edifici può ridurre notevolmente l’impatto di forti terremoti sugli edifici, la quantità di materiali e il costo del progetto, in modo da ottenere benefici economici ambientali sostenibili e benefici sociali ambientali1,2. Da un lato, il calcestruzzo ad alte prestazioni dovrà essere utilizzato per ridurre al minimo il peso proprio dell'edificio. La struttura può essere ridotta in modo efficace sostituendo il calcestruzzo ordinario con calcestruzzo aggregato leggero ad alta resistenza con lo stesso grado di resistenza3,4,5. Tuttavia, la fragilità del calcestruzzo aumenta in modo significativo insieme al graduale aumento del grado di resistenza del calcestruzzo con aggregati leggeri ad alta resistenza6. Si può riscontrare che la resistenza alle fessurazioni, la duttilità, il consumo di energia e la fragilità possono essere migliorati efficacemente aggiungendo la fibra di acciaio al calcestruzzo aggregato leggero7. D'altro canto si tratta di ottimizzare la forma strutturale e modificare la sezione della trave-colonna. Si è riscontrato che la colonna cava con fori nella sezione della colonna può ridurre efficacemente il peso proprio della struttura8,9. La colonna cava è ampiamente utilizzata nella struttura dell'edificio e nel pilastro grazie al peso proprio ridotto, all'enorme rigidità antiflessione e torsionale.

Negli ultimi anni, gli studiosi in patria e all'estero hanno condotto una serie di ricerche sulle prestazioni di compressione assiale della colonna cava attraverso i cambiamenti del rapporto cavo e della forma della sezione. Per quanto riguarda la variazione del rapporto dei vuoti, Han et al.10,11 hanno studiato le prestazioni di compressione assiale delle colonne cave in cemento armato e hanno scoperto che la capacità portante, la duttilità e la capacità di deformazione delle colonne cave in cemento armato erano scarse. Al-Gasham et al.12 hanno studiato le prestazioni di compressione assiale delle colonne cave di calcestruzzo autocompattante con un rapporto di cavità pari a 0,0%, 2,3%, 9,0% e 20,3% e hanno scoperto che il carico ultimo, la rigidezza e la tenacità del calcestruzzo autocompattante le colonne cave erano inferiori a quelle delle colonne piene, mentre la duttilità era superiore a quella delle colonne piene. Per quanto riguarda il cambiamento della forma della sezione delle colonne in cemento armato, Liang et al.13,14 si sono concentrati sulla ricerca e sullo studio dell'effetto vincolante delle colonne piene in cemento armato con sezioni circolari e quadrate, delle colonne cave in cemento armato con sezioni circolari esterne e interne. , sezioni quadrate esterne e quadrate interne sotto carico di compressione assiale. Si è riscontrato che l'effetto di vincolo del rinforzo nelle colonne piene e nelle colonne cave sulla deformazione del calcestruzzo era in larga misura diverso, e anche l'effetto di vincolo del rinforzo nel cerchio esterno e nel cerchio interno, nelle colonne cave di cemento quadrate esterne e quadrate interne era diverso, e la differenza è stata causata dal cambiamento dell'espansione del calcestruzzo e dalla distribuzione della pressione confinante sulla sezione trasversale. Per riassumere, si possono ottenere le seguenti conclusioni che il peso proprio della struttura può essere ridotto e la duttilità della struttura può essere aumentata efficacemente attraverso l'aumento del rapporto dei vuoti, mentre la capacità portante è ridotta e l'effetto vincolante del l'armatura sul calcestruzzo è diversa a causa dei diversi metodi di apertura.