Estudo experimental de compressão axial para coluna oca composta de fibra de aço, alta

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12409 (2022) Cite este artigo

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Com o objetivo de estudar o desempenho da compressão axial de pilares ocos mistos de fibra de aço, concreto leve de alta resistência e cantoneiras, foram realizados ensaios de compressão axial em cinco pilares ocos mistos de fibra de aço, concreto leve de alta resistência e cantoneiras aço com os parâmetros de variação de índice de oco (0%, 15%, 16%, 32% e 36%) e a forma de abertura (furo redondo e furo quadrado). Os fenômenos de falha e as formas de falha dos corpos de prova foram observados, e suas curvas tensão-deformação foram medidas, e a fórmula de capacidade de carga axial adequada para coluna oca composta de fibra de aço, concreto leve de alta resistência e aço angular foi estabelecida. As seguintes conclusões podem ser obtidas a partir dos resultados do teste: o desempenho da compressão axial para as colunas ocas compostas de aço angular é fortemente influenciado pela relação de cavidades e forma de abertura. O desempenho de compressão axial para colunas ocas compostas de fibra de aço, concreto agregado leve de alta resistência e aço angular é quase próximo ao de colunas sólidas compostas quando a relação oca é baixa; Quanto maior a taxa de vazios, mais fissuras na superfície do concreto, algumas fissuras transversais aparecem, a carga de pico diminui em cerca de 5 a 38% e o coeficiente de ductilidade de deformação aumenta gradualmente; O coeficiente de ductilidade de deformação da coluna oca de furo redondo é menor do que o da coluna oca de furo quadrado. Com base no teste, o software de elementos finitos ABAQUS é utilizado para simular a coluna SCAH. A correção do modelo é verificada através da comparação entre os resultados da simulação numérica e os resultados do teste. Ao mesmo tempo, o nefograma de tensões do concreto e do aço em diferentes estágios e o nefograma de tensões no estado de restrição do concreto são simulados. De acordo com os resultados da simulação de elementos finitos, o modelo de Mander é usado para calcular a capacidade de suporte de compressão axial da coluna oca composta de aço angular. A alta precisão de cálculo e adequada para popularização pode ser obtida.

Junto com o desenvolvimento de arranha-céus e edifícios de grande vão, o peso estrutural dos edifícios está se tornando cada vez maior. A pesquisa mostra que a redução do peso próprio dos edifícios pode reduzir muito o impacto de fortes terremotos nos edifícios, a quantidade de materiais e o custo do projeto, de modo a obter benefícios econômicos ambientais sustentáveis ​​e benefícios sociais ambientais1,2. Por um lado, o concreto de alto desempenho deve ser usado para minimizar o peso próprio do edifício. A estrutura pode ser reduzida efetivamente através da substituição do concreto comum pelo concreto agregado leve de alta resistência com o mesmo grau de resistência3,4,5. No entanto, a fragilidade do concreto aumenta significativamente com o aumento gradual do grau de resistência do concreto de agregados leves de alta resistência6. Pode-se constatar que a resistência à fissuração, o consumo de energia de ductilidade e a fragilidade podem ser melhorados efetivamente adicionando a fibra de aço ao concreto leve agregado7. Por outro lado, é otimizar a forma estrutural e alterar a seção do pilar da viga. Verifica-se que a coluna oca com furos na seção da coluna pode efetivamente reduzir o peso próprio da estrutura8,9. A coluna oca é amplamente utilizada na estrutura do edifício e cais devido ao pequeno peso próprio, grande anti-flexão e rigidez torcional.

Nos últimos anos, uma série de pesquisas sobre o desempenho da compressão axial de colunas ocas por meio das mudanças na proporção de cavidades e na forma da seção foram conduzidas por estudiosos no país e no exterior. Em relação à variação do índice de vazios, Han et al.10,11 estudaram o desempenho à compressão axial de pilares vazados de concreto armado e constataram que a capacidade de carga, ductilidade e capacidade de deformação de pilares vazados de concreto armado eram ruins. Al-Gasham et al.12 estudaram o desempenho da compressão axial de pilares vazados de concreto autoadensado com razão de cavidade de 0,0%, 2,3%, 9,0% e 20,3%, e descobriram que a carga última, rigidez e tenacidade do concreto autoadensado as colunas vazadas foram menores que as das colunas sólidas, enquanto a ductilidade foi maior que a das colunas sólidas. Com relação à mudança da forma da seção de pilares de concreto armado, Liang et al.13,14 se concentraram na pesquisa e investigação do efeito de restrição de pilares maciços de concreto armado com seções circulares e quadradas, pilares vazados de concreto armado com seções circulares externas e circulares internas , seções quadrada externa e quadrada interna sob carga de compressão axial. Verificou-se que o efeito de restrição do reforço em colunas sólidas e colunas vazadas na deformação do concreto era muito diferente, e o efeito de restrição do reforço no círculo externo e no círculo interno, quadrados externos e quadrados internos de concreto vazado também era diferente, e a diferença foi causada pela mudança da expansão do concreto e distribuição da pressão de confinamento na seção transversal. Em suma, as seguintes conclusões podem ser obtidas de que o peso próprio da estrutura pode ser reduzido e a ductilidade da estrutura pode ser aumentada efetivamente através do aumento do índice de vazios, enquanto a capacidade de carga é reduzida e o efeito de restrição do o reforço no concreto é diferente devido a diferentes métodos de abertura.