مقدمه

ستون Concrete Filled Tube) CFT) یکی از انواع ستون‌های مرکب معرفی شده در آیین‌نامه‌ها است. در رابطه با المان‌های سازه‌ای، معمولاً کلمه مرکب (کامپوزیت – مختلط) به مقاطع ساخته شده از ترکیب فولاد و بتن، اطلاق می‌شود. در این حالت، فولاد و بتن باید عملکرد یکپارچه‌ای داشته باشند. ترکیب مصالح با یکدیگر سبب استفاده همزمان از مزایای آن‌ها و به‌طور کلی بهبود رفتار عضو می‌شود. به عنوان مثال در حالت کلی می‌توان مقاطع بتن آرمه را نیز نوعی مقطع مرکب به شمار آورد. البته تعریف کلمه مرکب در آیین‌نامه‌های امروزی مستقل از بتن مسلح است و به ترکیب مقاطع فولادی (مقاطع نوردشده یا ساخته شده از ورق) با بتن اشاره دارد. این مقاطع در المان‌های مختلف ساختمان‌ها و پل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و با توجه به گسترش مفاهیم آیین‌نامه‌ای و پیشرفت تجهیزات ساخت و اجرای مقاطع مختلف، استفاده از این مقاطع در حال افزایش است.

Introduction
آزمایش ستون‌های فولادی دایروی پرشده با بتن توسط Kloppel و Goder (آلمان)
آزمایش ستون‌های فولادی دایروی پرشده با بتن توسط Kloppel و Goder (آلمان)
ایده ترکیب فولاد و بتن به اواسط قرن ۱۹ و پیدایش بتن مسلح بر می‌گردد. افزودن آرماتور فولادی به بتن به‌منظور بهبود رفتار مقطع بتنی در برابر نیرو‌های کششی و لنگر خمشی صورت گرفت. اما روند گسترش مقاطع مرکب امروزی از مقاطع فولادی آغاز شد. در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم، بیشتر ساختمان‌ها با مصالح فولادی ساخته می‌شدند. مقاطع ستون‌های فولادی نسبت به بتنی کوچکتر هستند و امکان اجرای دهانه‌های بلندتری را نیز فراهم می‌کنند، در نتیجه از لحاظ معماری انتخاب مناسبی هستند و فضای مفید بیشتری در اختیار کارفرما قرار می‌دهند. اما وقوع چند آتش‌سوزی در این سازه‌ها باعث خرابی‌های گسترده شد و مهندسان باید برای این مشکل چاره‌ای در نظر می‌گرفتند. یکی از راه‌حل‌ها، پوشاندن ستون فولادی یا پرکردن آن‌ها با استفاده از بتن بود. در نتیجه اولین ستون‌های مرکب این‌گونه ایجاد شدند و رفته رفته اثر بتن بر رفتار این ستون‌ها بیشتر آشکار شد. اگرچه اولین موارد کاربرد ستون‌های CFT در ساخت پایه‌های پل در بریتانیا بوده است (1870-1880)، اما اولین بررسی مطالعاتی آن‌ها توسط مهندس آمریکایی John Stephen Sewell در سال 1902 انجام شده است. Swell به‌منظور افزایش مقاومت ستون‌های فولادی دایروی در برابر خوردگی، آن‌ها را با بتن پر کرد و به دنبال آن متوجه افزایش سختی و مقاومت ستون‌ها شد. او از این ستون‌ها در یک سیستم جرثقیل نیز استفاده کرد و علی‌رغم تکان‌ها و لرزش‌های شدید، سختی و پایداری خوبی را در این ستون‌ها مشاهده کرد. در قدم‌های بعدی افراد دیگری مانند Gessner (1908)، Swain و Holmes (1915)، Kloppel (1957) و ... روی ستون‌های دایروی پرشده با بتن مطالعاتی انجام دادند.
در شکل زیر نمونه‌ای از جزئیات‌بندی اتصالات در این نوع ستون‌ها توسط John Lally (1922) ارائه شده است. البته برخی محققان استفاده از ستون‌های فولادی دایروی پرشده با بتن را مناسب نمی‌دانستند، زیرا آن‌ها بر اثر محصورکنندگی مقطع فولادی برای بتن تأکید بیشتری داشتند و معتقد بودند که می‌توان با به‌کارگیری دورپیچ‌ها این اثر را با هزینه کمتر برای بتن به وجود آورد، به همین دلیل، در اوایل توسعه این ستون‌ها، استفاده از آن‌ها در کشورهای اروپایی چندان گسترش نیافت. پیشرفت در شناخت رفتار این ستون‌ها توسط محققان و پیدایش بندهای آیین‌نامه‌ای و همچنین ظهور تکنولوژی‌های جدید ساخت مقاطع با اشکال و اندازه‌های مختلف، باعث گسترش استفاده از ستون‌های پرشده با بتن شد. در این بین تولید مقاطع فولادی سازه‌ای توخالی (Hollow Structural Section) اثر چشمگیری در توسعه ستون‌های CFT داشت. در ابتدا، مقاطع HSS بدون درز دایروی توسط برادران Mannesmann در سال 1866 و مقاطع مستطیلی و مربعی در سال 1959 توسط Stewarts و Loyds تولید شدند.
اتصال ارائه شده توسط John Lally
اتصال ارائه شده توسط John Lally

اولین ستون‌های پرشده با بتن با مقطعی غیر از مقطع دایره، توسط William Hubert Burr در سال ۱۹۰۸ مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج آن در سال ۱۹۱۲ در مقاله‌ی "Composite Columns of Concrete and Steel" منتشر شد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که پر کردن این ستون‌های فولادی با بتن می‌تواند تا ۲۵ درصد، میزان باربری را افزایش دهد. شکل زیر مقاطع بکار رفته در این آزمایش را نشان می‌دهد.
همچنین از این ستون‌ها در سال ۱۹۱۲ در ساختمان 39th Street Building نیویورک استفاده شد.
مقاطع ستون‌های فولادی که توسط Burr مورد آزمایش قرار گرفتند
مقاطع ستون‌های فولادی که توسط Burr مورد آزمایش قرار گرفتند
ساختمان خیابان شماره ۳۹ در نیویورک (سال ۱۹۱۲)، ۱۲ طبقه، ۴۵ متر ارتفاع. نمای بیرونی، پلان و مقطع ستون‌ها
ساختمان خیابان شماره ۳۹ در نیویورک (سال ۱۹۱۲)، ۱۲ طبقه، ۴۵ متر ارتفاع. نمای بیرونی، پلان و مقطع ستون‌ها

بعد از Burr محققانی مثل Arthur N. Talbot and Arthur R. Lord (۱۹۱۲-آمریکا)، K. Memmler، G.Bierett و G. Gruning (۱۹۳۲-آلمان)، K. Kloppel (۱۹۳۵-آلمان) در رابطه با این ستون‌ها مطالعاتی داشتند.
آزمایش‌های انجام شده روی ستون‌های پرشده با بتن
تاریخچه

تمامی حقوق این وب‌سایت محفوظ و در اختیار شرکت مقاوم المان‌ سازان می‌باشد.