การวิเคราะห์ความเค้นในเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตหน้าตัดวงกลมโดยใช้แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์
Stress Analysis in Concrete-Filled Steel Circular Pipe Column by Finite Element Program
Abstract
บทความนี้เสนอการศึกษาการวิเคราะห์ความเค้นในเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตหน้าตัดวงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 150 มิลลิเมตร สูง 300 มิลลิเมตร โดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ด้วยโปรแกรม ABAQUS ความหนาของท่อเหล็กกรอกคอนกรีตได้แก่ 3.0, 4.5 และ 6.0 มิลลิเมตร การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตหน้าตัดวงกลมได้ใช้ความสัมพันธ์ของน้ำหนักบรรทุกตามแนวแกนและการเสียรูปตามแนวแกนจากผลการทดสอบห้องปฏิบัติการเป็นตัวเปรียบเทียบ ผลการศึกษาพบว่าการกระจายความเค้นในเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตหน้าตัดวงกลมโดยใช้โปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ระดับความสูงต่างกันบนหน้าตัดเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตหน้าตัดวงกลมมีพฤติกรรมการกระจายความเค้นที่แตกต่างกันออกไป โดยความเค้นที่เกิดขึ้นในคอนกรีตจะเพิ่มขึ้นเมื่อความหนาของเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตมีค่าสูงขึ้น ซึ่งทำให้เกิดพฤติกรรมแบบแข็งตัวเนื่องจากความเครียด โดยที่ความชันของกราฟเพิ่มขึ้นเมื่อถึงจุดคลาก และความเหนียวของเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตหน้าตัดวงกลมจะเพิ่มสูงขึ้นเมื่อมีการเพิ่มความหนาของท่อเหล็กกรอกคอนกรีต ทั้งนี้พบว่าค่าการเสียรูปเกิดขึ้นสูงสุดที่บริเวณเสาท่อเหล็ก และการวิบัติของเสาท่อเหล็กกรอกคอนกรีตหน้าตัดวงกลมจากงานวิจัยนี้เป็นการวิบัติโดยแรงอัดตามแนวแกนไม่มีผลของการโก่งเดาะเข้ามาเกี่ยวข้องเนื่องจากยังคงเป็นพฤติกรรมแบบเสาสั้น
This paper presents stress analysis of a concrete-filled steel circular pipe column (CFTCC) by ABAQUS finite element program. The diameter and height of the investigated CFTCC column are 150 mm, and 300 mm respectively. The thicknesses of circular steel pipe are varied from 3.0, 4.5 and 6.0 mm. The accuracy of the numerical results were compared with the experimental results. The results of the stress distribution of CFTCC using the finite element program show that stress distributions values were varied by different heights. The stress distribution in concrete increases with the increase of pipe wall thickness. Then the load-displacement relationship is similar to that of strain-hardening behavior; that is, the slope of load-displacement relation increases after reaching the yield point. The ductile of CFTCC increases with increased thickness of CFTCC. Finally, the highest of displacement will occur at the steel pipe. The failure behavior of CFTCC emerges only on the axial compression without buckling as a result of short column structural behavior.
Keywords
[1] J. Thumrongvut and K. Ritraksa, “Effects of load application on high-strength concretefilled circular steel tube specimens,” RMUTI Journal Science and Technology, vol. 9, no. 2, pp. 145–160, 2016 (in Thai).
[2] Y. R. Al-Ani, “Finite element study to address the axial capacity of the circular concrete-filled steel tubular stub columns,” Thin-Walled Structures, vol. 126, pp. 2–15, 2018.
[3] T. Zhang, D. Fa-xing, L. Xue-mei, and Y. Zhi-wu, “Compressive behavior of steel-reinforced concrete-filled circular steel tubular stub columns,” Structures, vol. 28, pp. 863–877, 2020.
[4] N. Photchananuwat and P. Lertwattanaruk, “Design guidelines of temporary prefabricated house for disaster rehabilitation in Thailand,” The Journal of KMUTNB, vol. 25, no. 2, pp. 191– 202, 2015 (in Thai).
[5] C. Siriyanont, W. Jiammeepreecha, J. Thumrongvut, S. Tiyasangthong, C. Chaidachatorn, and K. Treepong, “Finite element model for concrete-filled square steel tube columns under axial compression,” presented at the Proceedings of the 22nd National Convention on Civil Engineering, Nakhon Ratchasima, Thailand, July 18–20, 2017.
[6] M. Kamali and K. Hewage, “Development of performance criteria for sustainability evaluation of modular versus conventional construction methods,” Journal of Cleaner Production, vol. 142, part 4, pp. 3592–3606, 2017.
[7] T. Onthawon, “Finite element analysis of steel-reinforced concrete-filled steel tubular columns subjected to eccentric loadings,” M.S. thesis, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University, 2016 (in Thai).
[8] T. Onthawon and A. Lenwari, “Finite element analysis of steel–reinforced concrete–filled steel tubular columns subjected to concentric loading,” presented at the 22nd National Convention on Civil Engineering, Nakhon Ratchasima, Thailand, July 18–20, 2017 (in Thai).
[9] J. Thumrongvut, T. Siriparinyanan, and S. Seangatith, “Structural test of cellular lightweight concrete-filled steel square tube columns under axial compressive load,” UBU Engineering Journal, vol. 11, no. 1, pp. 9–17, 2018. (in Thai).
[10] J. Eknara, “Evaluation of response modification factor for 4-story RC shophouses,” The Journal of KMUTNB, vol. 28, no. 2, pp. 273–284, 2018 (in Thai).
[11] M. Setkit and T. Imjai, “Strength performance of damaged concrete beams in service conditions using post-tensioned metal strapping technique,” The Journal of KMUTNB, vol. 29, no. 4, pp. 577–584, 2019 (in Thai).
[12] H. Nandun, W. Jiammeepreecha, and K. Treepong, “Finite element simulation for analysis of concrete-filled steel pipe columns under axial compression,” presented at the 24th National Convention on Civil Engineering, Udonthani, Thailand, July 10–12, 2019 (in Thai).
[13] H. Nandun, W. Jiammeepreecha, and S. Jamnam, “Parametric study of critical load on concrete-filled steel pipe column under axial compression,” UBU Engineering Journal, vol. 13, no. 1, pp. 16–28, 2020 (in Thai).
[14] ABAQUS Analysis User's Manual, Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc., Pawtucket, Rhode Island, 2017.
[15] L. H. Han, G. H. Yao, and Z. Tao, “Performance of concrete-filled thin-walled steel tube under pure torsion,” Thin-Walled Structures, vol. 45, pp. 24–36, 2007.
[16] A. S. Genikomsou and M. A. Polak, “Finite element analysis of punching shear of concrete slabs using damaged plasticity model in ABAQUS,” Enginnering Structures, vol. 98, pp. 38–48, 2015.
[17] F. E. Richart, A. Brandtzaeg, and R. L. Brown, “A study of the failure of concrete under combined compressive stresses,” University of Illinois, Engineering Experiment Station, Bulletin, Technical Reports, no. 185, 1928.
[18] Z. Tao, Z. B. Wang, and Q. Yu, “Finite element modelling of concrete-filled steel stub columns under axial compression,” Journal of Constructional Steel Research, vol. 89, pp. 121–131, 2013.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2022.02.002
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all