長時間にわたるコンクリート充填鋼管柱の安定支持力

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10377 (2023) この記事を引用

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コンクリート充填鋼管 (CFST) は、現代の建築や橋梁用途で一般的に使用されています。 それらの人気にもかかわらず、そのような要素の安定支持能力に対する長期荷重の影響を調査する研究はほとんどありません。 この研究では、細長比 (λ)、軸方向荷重比 (m)、偏心率 (e/r) などの重要なパラメータが、持続荷重下での CFST 柱の安定支持力にどのような影響を与えるかを調査します。 安定支持力に対する長期荷重の影響を調査するために、23 個の CFST カラムが製造されました。 14 個の試験片に 462 日間一定の圧縮荷重を加え、破壊についてテストしました。 残りの 9 個はコンパニオンの負荷のない標本でした。 クリープ後の安定支持力を予測するために、3 段階の有限要素法が使用されました。 結果は、CFST カラムの安定支持能力が長期間の荷重にさらされると低下することを示しています。 実験結果と数値結果の両方から、弾塑性および塑性過程に達する長期荷重試験片の鋼管の荷重は、無荷重試験片の鋼管荷重よりも低いことが示されました。 さらに、部材が最大荷重に達したときのクリープ試験片の対応するひずみは、無負荷試験片のひずみよりも大きかった。 ベンチマーク分析により、CFST 柱に対して提案されたクリープ低減係数 (kcr) を使用して、クリープ後の安定支持力の低下を予測できることが示されました。 さらに、長期荷重にさらされた 49 個の CFST 試験片からなる収集されたデータベースを使用して、提案された kcr の式を調査しました。 結果は、式が実験結果と一致していることを示しています。

コンクリート充填鋼管 (CFST) 部材は、建築物に使用されるアーチ橋や柱などの土木構造物に使用される効率的な圧縮構造コンポーネントです1、2、3、4、5、6。 鋼製または強化された部材とは対照的に、CFST 部材の挙動と強度は、鋼管とコンクリート充填材の間の相互作用により大幅に向上します6。 さらに、鋼管はコンクリートを配置する恒久的な型枠として機能するため、建設プロセスが容易になります。 材料と建設技術の継続的な改良により、新しく建設される CFST アーチ橋のスパンは増加しており、最長スパンは 575 m5 に達しています。

アーチスパン長の最長記録が更新され続ける中、細長率の増加によりアーチリブの座屈が徐々に顕著な問題となってきました。 さらに、CFST アーチ リブに対するクリープ効果も、CFST アーチ橋の自重増加に伴って直面する顕著な問題です。細い CFST アーチ リブの安定支持力を確認する場合、それは細い柱と同等であると考えることができます6。 。 したがって、ほとんどの研究は CFST カラムのクリープ挙動について行われました 7、8、9、10、11、12、13、14。 これらの研究は、クリープの発達に焦点を当て、通常のコンクリート、再生骨材コンクリート、膨張コンクリート、および鉄筋コンクリートを使用した CFST 柱のモデルを予測しました。 対照的に、実験研究では、長期荷重にさらされた CFST カラムの安定性極限支持力が調査されています。 長期荷重にさらされる CFST カラムの究極の支持力を調査するために、いくつかの理論的な議論と推定された定式化が行われただけです。 これらすべての研究は、クリープ挙動により CFST カラムの安定支持能力が低下することを実証しています 15、16、17、18、19、20。 さらに、長期荷重による CFST 柱の安定支持力を数値計算手法により解析し、その結果、CFST 柱のクリープ低減係数の計算式が導出されている 21,22,23。 Tan et al.24 は、CFST カラムの安定支持能力は長期間負荷を受けた後でも低下しないと述べています。 参考文献の結果。 図２５および２６は、長期負荷によるＣＦＳＴカラムの安定支持能力の低下を示している。 対照的に、一部の学者 21、27、28、29 は、CFST の圧縮強度は長期間の荷重にさらされると向上すると結論付けています。