مقاطع کامپوزیت و انواع آن

مقاطع کامپوزیت فولادی پر شده با بتن که به اختصار CFT (Concrete Filled Tube)  نامیده می شوند، گروهی از مقاطع مختلط هستند که از عملکرد مشترک فولاد در محیط و بتن در بخش مرکزی برای باربری بهره می گیرند. در منابع و مراجع معتبر از این مقاطع با عناوین دیگری هم چون CFST (Concrete Filled Steel Tube) نیز نام برده شده است. ایده اصلی پیدایش این مقاطع، ترکیب بتن و فولاد با هدف به کار گیری همزمان مزیت های هر یک از مصالح است. برآیند این ترکیب منجر به ایجاد سازه‌ای با ویژگی های برتر نسبت به سازه های مرسوم بتنی و فولادی است.

کاربرد ستون های با مقطع فولادی پر شده با بتن (CFT) در ساختمان ها به اوایل قرن بیستم باز می گردد. در ابتدا برای حفاظت ستون های فولادی ساختمان در برابر حریق، فولاد با لایه نازکی از بتن پوشانیده می شد. مشاهدات حاکی از این حقیقت بود که وجود لایه نازک بتن باعث افزایش مقاومت مقطع ستون می‌شود. همین امر باعث گردید این مقاطع با رویکرد سازه‌ای در ساختمان ها به کار گرفته شوند و به تدریج استفاده از آن ها به علت مزیت های فراوان افزایش یافت، تا جایی که امروزه یکی از مقاطع متداول در نقاط مختلف جهان از جمله آمریکا، ژاپن، چین، جنوب شرق آسیا و اروپا بوده و در آیین نامه طراحی سازه های فولادی کشور های مختلف بخش جداگانه ای برای مبحث اعضا مختلط (Composite Members )در نظر گرفته شده است.

انواع مقاطع CFT

مقاطع CFT از نظر جنس و نوع آرایش مصالح به سه دسته زیر تقسیم می شوند :

  • مقاطع فولادی پر شده با بتن (CFT)
  • مقاطع فولادی پر شده با بتن مسلح دارای مقطع تقویتی (SR-CFT)( Steel Reinforcement Concrete Filled Tube)
  • مقاطع فولادی پر شده با بتن مسلح دارای الیاف (SFR-CFT)( Steel Fiber Reinforcement Concrete Filled Tube)

مقاطع پر شده با بتن دارای انواع قطع فولادی دایره ای (CHS)( Circle Hollow Section)، مربعی (SHS)( Square Hollow section)، مستطیلی (RHS)( Rectangular Hollow Section) و شش ضلعی می باشند(شکل 1). مقاطع دایره ای بیشترین محصور شدگی را برای بتن تامین می کنند، با این وجود استفاده از اعضای فولادی پر شده با بتن دارای مقاطع مربعی و مستطیلی به علت سهولت در طراحی اتصال تیر به ستون، و دارا بودن مقاومت خمشی مناسب به صورت روز افزون در حال گسترش است. از سوی دیگر، اشکال دیگر مقاطع پر شده با بتن (CFT) مانند مقاطع مستطیلی با دو وجه گرد و بیضوی نیز به دلایل زیبایی شناختی معماری مورد استفاده قرار می گیرند.

تنوع هندسی مقاطع فولادی متداول پر شده با بتن.

شکل 1- تنوع هندسی مقاطع فولادی متداول پر شده با بتن.

اعضا با مقاطع فولادی پر شده با بتن دو لایه (CFDST)( Concrete-Filled Double Skin Steel Tube)دارای مزیت هایی نسبت به اعضا با مقاطع فولادی پر شده با  بن تک لایه (CFT) هستند. به دلیل محافظت بتن محصور شده از جدار فولادی داخلی در هنگام آتش سوزی، مقاومت این نوع مقاطع در برابر آتش بیش از مقاومت تک لایه CFT است. همچنین می توان از هر دو  لایه فولاد این مقاطع به عنوان آرماتور و نیز قالب دائمی بتن در عملیات ساخت سازه استفاده نمود. امکان متفاوت بودن جنس مقطع فولادی داخلی و خارجی نیز از دیگر مزیت های اعضا با مقطع CFDST است. مقاطع CFT در نوع با فولاد اضافی برای تقویت مقاومت موجود مقطع و به همراه روکش بتن مسلح وجود دارند (شکل 2).

شکل 2 – انواع مقاطع CFT

بخش فولادی مقاطع CFT به دو روش تولید می گردد. روش اول، تولید سنتی است که ورق های فولادی با ابعاد متناسب با هر وجه مقطع برش داده شده و سپس با جوش دادن چند ورق به یکدیگر مقطع فولادی ساخته می‌شود. خروجی این روش، مقاطع دست ساز (Built-up Box) نام دارد.

روش دوم، تولید کارخانه ای است که با استفاده از خطوط تولید خودکار، ورق فولادی به صورت مقطع مورد نظر (دایره ای یا مربعی) شکل دهی گردیده و سپس دو لبه ورق ضمن حرارت دادن به یکدیگر متصل گردیده و سطح یکپارچه ای به وجود می آورند. عبارت مقاطع تک درز شکل داده شده کارخانه ای یا HSS (Hollow Structural Section) به محصولات این روش اطلاق می گردد.

منبع:

L.-H. Han, W. Li and R. Bjorhovde, “Developments and advanced applications of concrete-filled steel tubular (CFST) structures: Members,” Journal of Constructional Steel Research, vol. 100, pp. 211-228, 2014.

© کپی رایت 1398 - عمران زاگرس