Wydajność i nośność ciężkich słupów kompozytowych z obudowanymi stalowymi kształtownikami walcowanymi na gorąco

Optymalizacja materiałów konstrukcyjnych, w tym zmniejszenie wymiarów elementów nośnych, ma fundamentalne znaczenie w nowoczesnym budownictwie wysokościowym. Kompozytowe elementy konstrukcyjne składające się z betonu i stali to trwałe rozwiązanie. W niniejszym raporcie badawczym przeanalizowano zastosowanie ciężkich słupów kompozytowych z obsadzonymi w betonie stalowymi kształtownikami  walcowanymi na gorąco, działającymi jako pionowy układ konstrukcyjny. Przeprowadzono szereg testów w celu zbadania maksymalnej nośności, przemieszczeń, rozkładu naprężeń, plastyczności i sztywności, których kulminacją są sugerowane uproszczone metody projektowania, oparte na normach europejskich, chińskich i amerykańskich.

Streszczenie raportu

„Słupy żelbetowe (SRC - Steel Reinforced Concrete) są szeroko stosowane w budynkach wysokich, ponieważ zapewniają większą nośność i lepszą ciągliwość niż tradycyjne słupy ze zbrojonego betonu (RC - Reinforced Concrete). Ten rodzaj systemu konstrukcyjnego nie jest obecnie wyraźnie uwzględniony w aktualnych przepisach projektowych. Raport ma na celu przedstawienie zachowania ciężkich słupów w nowej konfiguracji - izolowanych słupów żelbetowych (ISRC). W ramach badania został przeprowadzony dwufazowy test na skalowanych słupach ISRC, zaprojektowanych na podstawie typowych, ciężkich słupów stosowanych w wieżowcach. Faza 1 badania obejmuje sześć kolumn ISRC w skali 1/4 pod obciążeniem statycznym: każde dwie próby odbywają się z obciążeniem statycznym ze współczynnikiem mimośrodu wynoszącym odpowiednio 0, 10% i 15%. Faza 2 badania obejmuje cztery kolumny ISRC w skali 1/6 pod obciążeniem quasi-statycznym: każde dwie próby zostały poddane symulowanym obciążeniom sejsmicznym ze współczynnikiem mimośrodu wynoszącym odpowiednio 10% i 15%. Analiza elementów skończonych (MES) została przeprowadzona jako uzupełnienie testów fizycznych, aby zapewnić głębszy wgląd w zachowanie ciężkich słupów. Zdefiniowano rozszerzoną metodę analizy plastycznej w celu oceny wydajności próbek poddanych badaniu. Metoda opiera się na uproszczeniach podobnych do tych proponowanych w EC4 [1]. Zakres tej ostatniej normy jest ograniczony do rozważenia jednego pojedynczego profilu stalowego. Metoda została zweryfikowana przez porównanie z wynikami eksperymentów i symulacji numerycznych, które zostały wykonane przy użyciu zaawansowanych programów do analizy elementów skończonych, charakteryzujących się wysoką dokładnością wyników.”

Raport w języku angielskim, streszczenie i zdjęcia: © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin
Wprowadzenie: Constructalia