Ricerca sul carico ultimo di collasso di colonne fabbricate in cemento armato e strutture a telaio composito con travi in ​​acciaio

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13604 (2022) Citare questo articolo

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In questo lavoro è stato studiato il carico ultimo di collasso di una struttura a telaio composito prefabbricata con colonne in cemento armato e travi in ​​acciaio. Durante lo studio, come connessione trave-colonna nel modello sperimentale è stato utilizzato il “nuovo giunto trave-colonna RCS”. Inoltre, la struttura a telaio spaziale RCS fabbricata a metà scala (2 piani, 1 × 2 campate) è stata sottoposta due volte a esperimenti di cedimento istantaneo nella parte inferiore della colonna laterale sotto vari livelli di carico e la colonna 2A è stata rapidamente estratta dalla trazione forza del veicolo. I risultati sperimentali hanno dimostrato che il metodo di smantellamento della colonna rotta ha fornito una risposta relativamente fedele alla condizione di collasso progressivo. La restante struttura RCS è risultata essere nella fase elastica durante vari test di livello di carico. Inoltre, la curva temporale dello spostamento non presentava fenomeni di vibrazione durante la prima sperimentazione. Il programma agli elementi finiti SAP2000 è stato utilizzato per verificare che i risultati del test fossero simili a quelli dei risultati della simulazione numerica, ed è stato ulteriormente esplorato e ha scoperto che il valore del carico ultimo di collasso era 10,25 volte il valore del carico di progetto della struttura.

La struttura a telaio composita prefabbricata in cemento armato (RC) colonna-trave in acciaio (S) è abbreviata come struttura composita RCS, che si riferisce alla struttura a telaio prefabbricata utilizzando una trave in acciaio prefabbricata, una colonna in cemento armato e il solaio composito sulla costruzione luogo. Rispetto alla colonna in acciaio, la colonna in cemento di questo nuovo tipo di struttura composita presenta una migliore resistenza alla compressione, maggiore rigidità, durabilità e resistenza al fuoco. Inoltre, fa risparmiare acciaio e migliora la stabilità della struttura. Inoltre, se confrontata con la trave in cemento armato, la trave in acciaio ha buone prestazioni di flessione, costruzione leggera e conveniente, riduce le dimensioni della sezione dei componenti e aumenta lo spazio effettivo per l'uso1. Pertanto, la struttura a telaio composito prefabbricato RCS è uno dei principali sistemi strutturali conformi alla tendenza di sviluppo dell'industrializzazione edilizia, con un'ampia prospettiva di sviluppo.

A causa di incidenti imprevisti, il cedimento parziale della struttura dell'edificio provoca il cedimento a catena dei componenti e porta al crollo della maggior parte della struttura o dell'intera struttura. Questo si chiama collasso progressivo. Se la struttura dell’edificio dovesse crollare, ciò causerebbe inevitabilmente gravi vittime e ingenti perdite economiche. Inoltre, il comportamento al collasso progressivo della struttura a telaio composito prefabbricato RCS è diverso da quello della struttura a telaio in calcestruzzo gettato in opera o della struttura a telaio in acciaio. Pertanto, è necessario studiare le prestazioni di resistenza al collasso progressivo della struttura a telaio composito prefabbricato RCS.

Shiekh e Deierlein et al. (1989) hanno condotto test sugli esperimenti a basso ciclico in condizioni di carico ripetute su diciassette provini di giunti con strato intermedio RCS e hanno studiato l'influenza della modalità di cedimento del giunto, della resistenza, della rigidezza e delle misure strutturali sulle prestazioni del giunto. Sulla base dello studio è stata sviluppata la formula analitica per ottenere la resistenza al taglio del giunto2,3. Kanno e Deierlein (1993) hanno condotto esperimenti a bassa ciclicità in condizioni di carico ripetute e sono state studiate le differenze di capacità durante la deformazione, il cuscinetto e la dissipazione di energia dei provini in vari meccanismi di rottura4,5. Parra-Montesinos e Weight (2000) hanno studiato la prestazione sismica del giunto del bordo nello strato intermedio del telaio composito RCS in condizioni di carico ciclico6. Liang e Parra-Montesinos (2004) hanno condotto esperimenti su quattro giunti spaziali RCS in condizioni di basso carico ciclico al fine di studiare il comportamento isteretico, la deriva della storia e le deformazioni dei giunti7. Chou et al. (2010) hanno condotto una serie di esperimenti sulle prestazioni sismiche della struttura a telaio composito RCS di tipo “colonna attraverso” (a grandezza naturale, a un piano, a due campate) e hanno verificato se la forma della connessione era fattibile. Inoltre, hanno studiato la risposta sismica in diverse modalità di carico8. Azar et al. (2013) hanno utilizzato Open Sees per l'analisi statica non lineare al fine di simulare l'influenza dei nodi sul comportamento complessivo della struttura a telaio composito RCS9. I risultati hanno mostrato che i giunti RCS potrebbero aumentare la capacità portante laterale dell’intero telaio. Inoltre, utilizzando una trave in acciaio invece di una trave in cemento armato, le prestazioni complessive sono risultate significativamente migliorate.