Yuqori mustahkamlikdagi beton bilan to‘ldirilgan po‘lat quvur (High-Strength Concrete-Filled Steel Tube, HSCFST) — yuqori mustahkamlikdagi beton yadro uni o‘rab turgan po‘lat quvur bilan birgalikda yuk ko‘taradigan kompozit konstruktiv elementdir. Po‘lat quvur betonni aylana yo‘nalishda cheklaydi, beton yadro esa po‘lat quvurning mahalliy barqarorligiga hissa qo‘shadi; ikki materialning birgalikda ishlashi uchun po‘lat–beton interfeysdagi bog‘lanish va sirpanish xatti-harakati juda muhimdir. Ushbu tadqiqot HSCFST interfeysi −60 °C dan 60 °C gacha bo‘lgan haroratlarda yukni qanday uzatishini 15 ta push-out sinovi, regressiya tahlili, bo‘lakli bog‘lanish kuchlanishi–sirpanish modeli va ABAQUS chekli element simulyatsiyalari orqali o‘rgangan.

Tajriba dasturida tashqi diametri 140 mm bo‘lgan 15 ta dumaloq HSCFST namuna ishlatilgan. Po‘lat quvur devor qalinliklari 2, 3 va 4 mm; maqsadli muhit haroratlari 60, 20, 0, −20 va −60 °C bo‘lgan. Interfeys bog‘lanish uzunligi 420 mm qilib belgilangan va 3 mm devor qalinligiga ega seriya asosiy taqqoslash guruhi sifatida ishlatilgan.

Tajribalar muhit harorati pasaygan sari umumiy interfeys bog‘lanish mustahkamligi oshganini ko‘rsatgan. 3 mm devor qalinligidagi asosiy guruhda 20 °C dagi 0,616 MPa bog‘lanish mustahkamligi 60 °C da 0,587 MPa gacha kamaygan, −60 °C da esa 1,123 MPa gacha oshgan. Bu qiymatlar 20 °C ga nisbatan mos ravishda %4,71 kamayish va %82,31 oshishga to‘g‘ri keladi.

Po‘lat quvurning diametr/devor qalinligi nisbati D/t oshgani sari bog‘lanish mustahkamligi umuman olganda kamaygan. Nisbatan yupqaroq po‘lat devor yadro betonga radial cheklov ta’sirini susaytirgan; natijada interfeysdagi normal bosim, mexanik ilashish va ishqalanish ta’minlaydigan umumiy qarshilik kamaygan.

Past haroratlarda kuzatilgan mustahkamlikning ortishi po‘lat va betonning turlicha termik qisqarishi, past haroratda materiallar mustahkamligining oshishi va g‘ovak/interfeys suvining muzlashi berishi mumkin bo‘lgan qo‘shimcha qarshilik bilan bog‘langan. Biroq muzlagan suv sinov vaqtida bevosita tasvirlanmagan va boshlang‘ich namlik miqdori o‘lchanmaganligi sababli muzlashdan kelib chiqadigan qo‘shimcha bog‘lanish mexanizmi qat’iy isbotlangan emas.

Tadqiqotchilar tajriba ma’lumotlaridan ultimate bog‘lanish mustahkamligi va unga mos sirpanish uchun empirik tenglamalar ishlab chiqqan. Ultimate bog‘lanish mustahkamligi tenglamasi leave-one-out cross-validation tahlilida R² = 0,8761 bilan nisbatan barqaror natija bergan bo‘lsa, xarakterli sirpanish tenglamasining R² qiymati −0,5037 bo‘lgan. Shu sababli sirpanish bog‘lanishi aniq individual bashorat modeli emas, balki umumiy tendensiyani taxminan tavsiflovchi munosabat sifatida baholanishi kerak.

Bog‘lanish–sirpanish xatti-harakati OA, AB/AC va BC kabi xarakterli bosqichlarga ajratilgan va uch xil egri turi uchun bo‘lakli constitutive munosabat ishlab chiqilgan. Ushbu munosabat ABAQUS/Standard 2024 ichidagi taqsimlangan nonlinear connector elementlariga kiritilgan. Model tadqiqotning o‘z tajribalari bilan taqqoslanganda o‘rtacha cho‘qqi yukida %1,66 og‘ish ko‘rsatgan; biroq bu taqqoslash mustaqil validatsiya emas, chunki model parametrlari ayni tajriba ma’lumotlaridan olingan.

Chekli element modeli real qizish yoki sovish jarayonini vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi termo-mexanik tarzda simulyatsiya qilmagan. Har bir harorat avvaldan shu haroratga shartlantirilgan alohida izotermik mexanik holat sifatida modellashtirilgan. Demak, tadqiqot ekstremal harorat sharoitlaridagi push-out xatti-harakati uchun kuchli tajribaviy va sonli asos taqdim etsa-da, real konstruksiyalardagi harorat gradientlari, termik sikllar va uzoq muddatli xizmat xatti-harakati uchun qo‘shimcha tasdiqlash talab etiladi.

Tadqiqot muammosi nega muhim?

Beton bilan to‘ldirilgan po‘lat quvur tizimida po‘lat va beton shunchaki yonma-yon turgan ikki material emas. Po‘lat quvur yadro betonni aylana bo‘ylab cheklaydi; beton esa po‘lat quvurning ichkariga yo‘nalgan mahalliy deformatsiyasini cheklashi mumkin. Ammo ushbu kompozit ta’sir yuzaga kelishi uchun o‘q bo‘ylab yuk bir materialdan boshqasiga interfeys orqali uzatilishi kerak.

Bu uzatish kimyoviy yopishish, sirt notekisligidan kelib chiqadigan mexanik ilashish va bog‘lanish buzilgandan keyin ishga tushadigan ishqalanish kabi mexanizmlarga bog‘liq. Interfeysda sezilarli sirpanishning yuzaga kelishi beton yadro bilan po‘lat quvur endi to‘liq mos deformatsiya ko‘rsatmayotganini anglatadi.

Ekstremal harorat bu tizimni yanada murakkablashtiradi. Po‘lat va betonning issiqlik kengayishi/qisqarishi xususiyatlari bir xil emas. Beton g‘ovaklaridagi erkin suv past haroratda muzlashi mumkin; po‘lat va betonning elastiklik modullari hamda mustahkamligi harorat bilan o‘zgarishi mumkin. Shu sababli xona haroratida ishlab chiqilgan bog‘lanish–sirpanish modeli −60 °C kabi sharoitlarga bevosita ko‘chirilmasligi mumkin.

Adabiyotdagi bo‘shliq

Avval oddiy mustahkamlikdagi CFST tizimlarida xona harorati, yong‘in va past harorat sharoitida interfeys bog‘lanishiga doir ko‘plab tajribalar va modellar ishlab chiqilgan. Biroq yuqori mustahkamlikdagi beton pastroq suv/sement nisbati, boshqa g‘ovak tuzilishi, yuqoriroq siqilish mustahkamligi va yuqoriroq mo‘rtlik sababli oddiy betondan farq qilishi mumkin.

Manba tadqiqot uchta bo‘shliqni nishonga oladi: haroratga bog‘liq CFST tendensiyalari HSCFST uchun amal qiladimi-yo‘qmi sinash; faqat ultimate bog‘lanish mustahkamligini emas, butun bog‘lanish–sirpanish egri chizig‘ini modellashtirish; ishlab chiqilgan bo‘lakli constitutive munosabatni bevosita chekli element modeliga qo‘llash.

Ekstremal Harorat HSCFST Interfeys Bog‘lanish Mustahkamligiga Qanday Ta’sir Qiladi?

O‘rganilgan −60 °C dan 60 °C gacha bo‘lgan oraliqda HSCFST interfeys bog‘lanish mustahkamligi harorat ko‘tarilgan sari umuman olganda kamaygan; 3 mm devor qalinligidagi asosiy guruhda 20 °C ga nisbatan 60 °C da %4,71 pasayish, −60 °C da esa %82,31 ortish o‘lchangan, biroq past haroratdagi ortishning bir qismi uchun taklif qilingan muzlash mexanizmi bevosita tasdiqlanmagan.

Haroratga ko‘ra beton mustahkamligi

Ayni beton aralashmasidan tayyorlangan kub namunalarning haroratga bog‘liq siqilish mustahkamligi quyidagicha o‘lchangan:

Past haroratda yuqoriroq siqilish mustahkamligi olingan bo‘lsa-da, −60 °C namunalarining sinish morfologiyasi yanada mo‘rt va parchalangan. Ya’ni “yuqoriroq mustahkamlik” yanada egiluvchan xatti-harakatni anglatmaydi.

Po‘lat xususiyatlari ham haroratga bog‘liq o‘zgaradi

Po‘lat quvurlar Q235 past uglerodli po‘latdan ishlab chiqarilgan. Manba harorat pasaygan sari oqish va cho‘zilishdagi mustahkamlik oshganini, uzayish esa umumiy holda kamayganini ko‘rsatadi.

Masalan, 3 mm po‘lat uchun oqish mustahkamligi 60 °C da 308,32 MPa, 20 °C da 320,31 MPa va −60 °C da 396,43 MPa. Ayni namuna guruhida uzilishdagi cho‘zilish 60 °C da %29,27 bo‘lgan bo‘lsa, −60 °C da %19,81 gacha tushgan.

Shuning uchun past harorat ostidagi HSCFST interfeysdagi o‘zgarish faqat beton suvi muzlashi bilan tushuntirilmaydi; po‘lat ham, beton ham haroratga bog‘liq mexanik xususiyatlarini o‘zgartiradi.

Asosiy guruhning harorat–bog‘lanish mustahkamligi munosabati

Jadval bog‘lanish mustahkamligi harorat bilan ancha muntazam o‘zgarishiga qaramay, xarakterli sirpanish S_u monoton harorat munosabatini ko‘rsatmasligini aniq ko‘rsatadi. Bu holat keyinchalik sirpanish regressiyasining past LOOCV ko‘rsatkichi bilan ham mos keladi.

Past Haroratdagi Bog‘lanish Ortishining Sababi Muzlashmi?

Manba beton g‘ovaklaridagi yoki po‘lat–beton interfeysdagi suvning muzlashi mexanik ilashish va qo‘shimcha interfeys qarshiligiga hissa qo‘shishi mumkinligini ilgari suradi; biroq sinov vaqtida muz hosil bo‘lishi bevosita tasvirlanmagan va boshlang‘ich namlik miqdori o‘lchanmaganligi sababli muzlash bog‘lanish ortishining tasdiqlangan yagona sababi emas.

Kuzatilgan dalil

Push-out sinovlaridan keyin past harorat namunalari kesilganda po‘lat quvur bilan beton interfeysida namlik ko‘rilgan. Tadqiqotchilar bu namlikni sinov vaqtida muzlagan suvning sinovdan keyin erishi bilan mos keladigan kuzatuv sifatida talqin qilgan.

Shu bilan birga, past harorat namunalarning yuklangan uchlarida betonning parchalanishi ancha yaqqol bo‘lgan va kattaroq yuklar ko‘tarilgan.

Yetishmayotgan bevosita dalil

Tadqiqot sub-zero holatda interfeysni tasvirlamagan. Boshlang‘ich suv/namlik miqdori ham miqdoriy o‘lchanmagan. Shu sababli muzning joylashuvi, miqdori va bog‘lanish mustahkamligiga alohida hissasi hisoblab chiqilmagan.

Shu bois Verianla bayonida “muz qo‘shimcha qarshilik hosil qilgan bo‘lishi mumkin” ifodasi mos; “bog‘lanish mustahkamligi muz sababli %82,31 oshdi” ifodasi esa manba tomonidan qo‘llab-quvvatlanmaydi.

Diametr/Devor Qalinligi Nisbati D/t Nega Bog‘lanish Mustahkamligini Kamaytiradi?

D/t oshganda po‘lat quvur ayni diametrga nisbatan yupqaroq bo‘lib qoladi, shu sababli radial qattiqlik va yadro beton ustidagi aylana bo‘ylab cheklash kamayadi; natijada interfeysdagi normal kontakt kuchi, mexanik ilashish va ishqalanishdan ta’minlanadigan bog‘lanish qarshiligi zaiflashadi.

D/t qiymatlari

Barcha tajriba namunalarining tashqi diametri 140 mm. Shunga ko‘ra:

60 °C da bog‘lanish mustahkamligi D/t = 35 uchun 0,845 MPa, D/t = 46,67 uchun 0,587 MPa va D/t = 70 uchun 0,564 MPa.

−60 °C da mos qiymatlar 1,446, 1,123 va 1,008 MPa.

Bu tendensiya o‘rganilgan barcha haroratlarda umumiy holda kuzatilgan.

D/t uchun ikkinchi darajali ifodalar nega “fizika qonuni” emas?

Manba har bir harorat uchun uchta D/t nuqtasiga ikkinchi darajali egri moslashtirgan. Biroq tadqiqotchilar atigi uchta D/t darajasi mavjud bo‘lgani uchun bu tenglamalarni alohida interpolatsiya munosabatlari deb ta’riflaydi va ular tasdiqlangan umumiy funksional qonun emasligini qayd etadi.

Shu sababli tenglamalarni sinovdan o‘tgan 35–70 oralig‘idan ancha tashqariga ishonchli tarzda ekstrapolyatsiya qilib bo‘lmaydi.

O‘rtacha bog‘lanish kuchlanishini hisoblash

Tajribada interfeys bo‘ylab barcha mahalliy bog‘lanish kuchlanishini bevosita o‘lchash imkoni bo‘lmagani uchun ekvivalent o‘rtacha ultimate bog‘lanish kuchlanishi ishlatilgan:

\[ \tau_u=\frac{P_u}{\pi D_0 l} \tag{1} \]

Bu yerda \(\tau_u\) po‘lat–beton interfeysdagi ekvivalent o‘rtacha ultimate bog‘lanish mustahkamligi bo‘lib, MPa da ifodalanadi. \(P_u\) — xarakterli bog‘lanish shikastlanishi yuki; \(D_0\) — po‘lat quvurning ichki diametri, \(l\) esa po‘lat–beton bog‘lanish uzunligi.

Tenglama maxrajidagi \(\pi D_0l\) silindrik interfeysning nominal bog‘lanish yuzasini ifodalaydi. Demak, bir xil yukda interfeys yuzasi kattaroq bo‘lsa, o‘rtacha kuchlanish pastroq bo‘ladi.

Bu kattalik mahalliy interfeys kuchlanishi har bir nuqtada haqiqatdan ham teng degani emas; u tajribadagi global bog‘lanish qarshiligini taqqoslash uchun ishlatiladigan ekvivalent o‘rtacha qiymatdir.

Push-out egri chiziqlarining uchta xatti-harakat turi

Manba bog‘lanish kuchlanishi–sirpanish egri chiziqlarini uch turga ajratadi. Type I aniq cho‘qqi ko‘rsatmaydi va birinchi xarakterli burilish nuqtasidan keyin tekisroq davom etadi. Type II aniq cho‘qqi va undan keyin kamayuvchi qarshilikni ko‘rsatadi. Type III ham aniq cho‘qqiga ega, biroq keyingi ishqalanish evolyutsiyasi boshqacha rivojlanadi.

Bu egri chiziqlar turlicha ko‘rinsa-da, tadqiqotchilar bog‘lanish orqali yuk uzatilishini umumiy fizik bosqichlar bilan tushuntiradi.

OA bosqichi: yopishish va dastlabki ilashish

Dastlabki yuklashda po‘lat va beton orasidagi nisbiy sirpanish juda kichik. Kimyoviy yopishish asosiy qarshilik manbalaridan biri; past haroratda muzlagan interfeys suvi qo‘shimcha hissa qo‘shishi mumkin.

Yuk oshgan sari kimyoviy yopishish chet hududlardan buzila boshlaydi va mexanik ilashishning nisbiy ahamiyati ortadi.

AB / AC bosqichi: keng tarqalgan sirpanish

Sirpanish interfeys bo‘ylab tarqalgan sari kimyoviy yopishish hissasi kamayadi. Mexanik ilashish va statik ishqalanish yuk uzatishda muhimroq bo‘ladi.

Egri turiga qarab bu bosqichda ikkinchi cho‘qqi, plato yoki pasayuvchi shox hosil bo‘lishi mumkin.

BC bosqichi: qoldiq ishqalanish

Kimyoviy yopishish va mexanik ilashish katta darajada yo‘qolgandan keyin kinetik ishqalanish interfeys qarshiligining asosiy tarkibiy qismiga aylanadi. Sirpanish ortishda davom etar ekan, egri chiziqning qiyaligi kamayadi.

Normallashtirilgan ko‘tariluvchi shox

Bo‘lakli modelning ko‘tariluvchi shoxi manbada quyidagi o‘lchamsiz ko‘rinishda berilgan:

\[ \frac{\tau}{\tau_u} = \left(\frac{S}{S_u}\right)^\beta \tag{22} \]

Bu yerda \(S/S_u\) normallashtirilgan sirpanish, \(\tau/\tau_u\) normallashtirilgan bog‘lanish kuchlanishi va \(\beta\) ko‘tariluvchi shox shaklini boshqaruvchi o‘lchamsiz parametrdir.

15 namunada \(\beta\) 0,890 dan 1,528 gacha o‘zgargan, arifmetik o‘rtacha 1,172 bo‘lgan. Manba D/t yoki harorat bilan tizimli \(\beta\) munosabatini aniqlay olmaganligi sababli soddalashtirilgan modelda \(\beta=1,172\) ishlatgan.

\(S/S_u=0,50\) bo‘lganda \(\beta=0,890\), 1,172 va 1,528 uchun normallashtirilgan bog‘lanish kuchlanishlari mos ravishda 0,540, 0,444 va 0,347. \(S/S_u=0,90\) bo‘lganda qiymatlar 0,910, 0,884 va 0,851 ga yaqinlashadi. Barcha egri chiziqlar \(S/S_u=1\) nuqtada \(\tau/\tau_u=1\) da birlashadi.

Shunday qilib, \(\beta\) cho‘qqi mustahkamligini yoki cho‘qqi sirpanishini o‘zgartirmaydi; asosan cho‘qqigacha bo‘lgan qattiqlik va egri shaklini boshqaradi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Namuna geometriyasi

Sirpanishni o‘lchash uyachalari

Po‘lat quvurlarda uch xil balandlikda 10 × 40 mm o‘lchamdagi bo‘ylama uyachalar ochilgan va ulardan 200 × 8 × 2 mm po‘lat tasmalar o‘tkazilgan. Bu tizim interfeysning turli joylaridagi nisbiy sirpanishni siljish o‘lchagichlar bilan kuzatish imkonini bergan.

Uyachalarning umumiy interfeys yuzasiga nisbati taxminan %0,67–0,69. Sinov paytida ularning atrofida aniq mahalliy bukilish kuzatilmagan; biroq uyachalar aylana bo‘ylab qattiqlikni mahalliy kamaytirishi va po‘lat tasmalar beton bilan qo‘shimcha mexanik o‘zaro ta’sir hosil qilishi mumkin.

Manbada uyachasiz nazorat namunasi bo‘lmagani uchun bu ta’sir miqdori alohida ajratilmagan.

Qotirish va haroratga shartlantirish

Barcha push-out namunalari va etalon beton kublari bir xil beton qorishmasidan quyilgan, 20 ± 2 °C harorat va kamida %95 nisbiy namlikda 28 kun standart sharoitda qotirilgan.

Past harorat sinovlaridan oldin namunalar 48 soat ultra-past harorat kamerasida saqlangan; sinov vaqtida suyuq azot yordamida atrof-muhit harorati ushlab turilgan.

60 °C sharoitida elektr isitish lentalari ishlatilgan. Yadro betonga o‘rnatilgan PT100 sensorlari ichki haroratni uzluksiz kuzatgan. Maqsadli harorat sinov davomida ±2 °C chegarasida saqlangan.

Yuklash protokoli

Push-out sinovlari 500 kN quvvatli kompyuter boshqaruvidagi universal sinov qurilmasida bajarilgan.

Dastlabki bosqichda yuk nazorati ishlatilgan; har bir yuk qadami taxminiy ultimate yukning %5'i qilib belgilangan va 1–2 daqiqa ushlab turilgan. Nonlinear sirpanish boshlanganda yoki ultimate yukning taxminan %70'iga yetilganda siljish nazoratidagi yuklashga o‘tilgan.

Maksimal nisbiy sirpanish 30 mm gacha kuzatilgan.

15 namunaning asosiy push-out natijalari

Haroratga bog‘liq chiziqli tajribaviy munosabatlar

Har bir devor qalinligi uchun manba tajriba oralig‘ida harorat bilan ultimate bog‘lanish mustahkamligi orasidagi quyidagi regressiyalarni bergan:

\[ \tau_u=-0.0039T+0.7196 \qquad (t=2\text{ mm}) \tag{2} \]

\[ \tau_u=-0.0045T+0.7738 \qquad (t=3\text{ mm}) \tag{3} \]

\[ \tau_u=-0.0048T+1.0796 \qquad (t=4\text{ mm}) \tag{4} \]

Bu ifodalarda \(T\) °C, \(\tau_u\) esa MPa. Manfiy harorat koeffitsiyentlari tegishli tajriba guruhlarida harorat oshgani sari bog‘lanish mustahkamligi kamayishi bilan mos keladi.

Ultimate Bog‘lanish Mustahkamligi va Xarakterli Sirpanish Tenglamalari Qanchalik Ishonchli?

Ultimate bog‘lanish mustahkamligi uchun ishlab chiqilgan Equation (10) leave-one-out cross-validation tahlilida R² = 0,8761 bilan nisbatan barqaror natija bergan; aksincha, xarakterli sirpanish Equation (11) uchun R² = −0,5037 bo‘lgani sababli bu ikkinchi tenglama aniq bashorat modeli emas, faqat umumiy tendensiyani tavsiflovchi taxminiy empirik munosabat sifatida ishlatilishi kerak.

Ko‘p o‘zgaruvchili ultimate bog‘lanish mustahkamligi tenglamasi

Manba Equation (10):

\[ \tau_u= k\frac{1}{\gamma} \left[ 0.003T +0.022f_{cu} +0.0007\left(\frac{D}{t}\right)^2 -0.082\left(\frac{D}{t}\right) +1.152 \right] \tag{10} \]

Bu yerda \(\tau_u\) ultimate interfeys bog‘lanish mustahkamligi (MPa); \(T\) muhit harorati (°C); \(f_{cu}\) yuqori mustahkamlikdagi betonning kub siqilish mustahkamligi (MPa); \(D/t\) o‘lchamsiz diametr/devor qalinligi nisbati.

\(\gamma=1.055\) tuzatish koeffitsiyenti. \(k\) po‘lat quvur ichki sirt holatini ifodalaydi: manba sifatida olingan avvalgi tadqiqotga ko‘ra zanglagan sirt uchun 1,3; qo‘lda tozalangan dag‘al sirt uchun 1,0; mexanik tozalangan silliqroq sirt uchun 0,7. Ushbu tadqiqotda \(k=1,0\) ishlatilgan.

Bu empirik regressiya tenglamasi; uning koeffitsiyentlari universal o‘lchamli fizik konstantalar emas va manba tadqiqot sharoitlaridan tashqarida bevosita umumlashtirilmasligi kerak.

Xarakterli sirpanish tenglamasi

Manba Equation (11):

\[ S_u= k\frac{1}{\lambda} \left[ -0.079T -0.237f_{cu} -0.015\left(\frac{D}{t}\right) +25.525 \right] \tag{11} \]

Bu yerda \(S_u\) ultimate bog‘lanish mustahkamligiga mos keladigan xarakterli sirpanish (mm) va \(\lambda=0.997\).

Manbada tajribaviy qiymatlar bilan birga ikki tenglama uchun umumiy moslik R² = 0,948 deb berilgan; bog‘lanish mustahkamligi va sirpanish tenglamalarining o‘rtacha xatolari mos ravishda taxminan %7,33 va %10,33. Biroq bu kalibratsiya mosligi o‘zi modelning ko‘rilmagan ma’lumotdagi ishlashini ko‘rsatmaydi.

LOOCV nega muhimroq ogohlantirish beradi?

Leave-one-out cross-validation jarayonida har safar 15 namunadan biri tashqarida qoldirilgan, tenglama qolgan 14 namuna bilan qayta tuzilgan va tashqaridagi namuna bashorat qilingan.

Ultimate bog‘lanish mustahkamligining harorat, beton mustahkamligi va D/t bilan muntazamroq bog‘lanishi Equation (10) ning yaxshiroq umumlashishiga yordam beradi.

S_u esa mahalliy interfeys sharoitlari, yoriqlar rivoji, ishlab chiqarish tolerantliklari va shikastlanish evolyutsiyasidan kuchliroq ta’sirlanadi. Manfiy LOOCV R² Equation (11) tashqarida qoldirilgan namunalar uchun hatto oddiy o‘rtacha bashoratdan ham yomonroq ishlashi mumkinligini anglatadi.

Tadqiqotning uch bosqichli constitutive modeli

Tajribaviy egri chiziqlar OA, AB/AC va BC bosqichlariga ajratilgan. Manba Equation (15) ushbu bosqichlarni Type I, II va III xatti-harakatlar uchun turli matematik shoxlar bilan birlashtiradi.

OA ko‘tariluvchi shoxi Equation (22) dagi daraja qonuni bilan ifodalanadi. Keyingi shoxlarda chiziqli/ratsional munosabatlar yordamida cho‘qqi, pasayuvchi shox va qoldiq ishqalanish hududlari birlashtirilgan.

Manbada \(a\), \(b\), \(c\), \(d\), \(c'\) va \(d'\) koeffitsiyentlari tajribaviy xarakterli nuqtalardan regressiya orqali olingan. Modelning maqsadi yagona ideal egri chiziqni barcha namunalarga majburan qo‘llash emas, balki tajribalarda kuzatilgan uchta asosiy egri shaklini bir xil bo‘lakli tuzilma ichida ifodalashdir.

Chekli element to‘ri

ABAQUS/Standard 2024 modelida po‘lat quvur S4R to‘rt tugunli reduced-integration shell elementlari bilan; beton yadro C3D8R sakkiz tugunli reduced-integration solid elementlari bilan modellashtirilgan.

%5 qabul mezoni ishlatilgani sababli 10 × 10 × 10 mm to‘r hisoblash xarajati bilan aniqlik o‘rtasidagi muvozanat sifatida tanlangan.

Beton damaged plasticity parametrlari

Beton uchun ABAQUS concrete plastic damage modeli ishlatilgan. Manbada dilatatsiya burchagi 35°, eksantriklik 0,1, ikki o‘qli/bir o‘qli siqilish mustahkamligi nisbati \(f_{b0}/f_{c0}=1.1667\) va viskozlik parametri 0,005 deb berilgan.

Haroratga bog‘liq material koeffitsiyentlari

Po‘latning oqish mustahkamligi uchun haroratni kamaytirish/oshirish koeffitsiyenti:

\[ k_y(T)= 1-0.001504(T-20) +1.832\times10^{-5}(T-20)^2 \tag{30} \]

Betonning o‘q bo‘ylab siqilish mustahkamligi uchun:

\[ k_c(T)= 1-0.00479(T-20) +7.42\times10^{-6}(T-20)^2 \tag{31} \]

So‘ng:

\[ f_{yT}=f_{y20}k_y(T) \tag{32} \]

\[ f_{cT}=f_{c20}k_c(T) \tag{33} \]

Bu munosabatlar faqat tadqiqotda ishlatilgan harorat va material ma’lumotlaridan hosil qilingan modellardir.

Po‘lat–beton interfeysni FEA da modellashtirish

Interfeysda bevosita nonlinear connector elementlari qurilgan va Python 3.10 skripti bilan etalon model uchun jami 1806 connector avtomatik yaratilgan.

Connector elementlari bog‘langan hudud bo‘ylab teng va simmetrik taqsimlangan. Har bir connector uchun kuch–siljish egri chizig‘i umumiy bog‘lanish kuchini connectorlar soniga bo‘lish orqali hosil qilingan.

Normal yo‘nalishdagi sirpanish tangensial sirpanishga nisbatan ancha kichik bo‘lgani uchun normal kontakt uchun hard contact ishlatilgan.

Yuklash uchida U3 = 30 mm siljish qo‘llangan; U1, U2 va barcha aylanishlar nolga tenglangan. Pastki etalon nuqta to‘liq mahkamlangan.

Chekli Element Modeli Haqiqiy Qizish va Sovish Jarayonini Simulyatsiya Qiladimi?

Yo‘q. ABAQUS modeli vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi harorat maydonini yoki po‘lat va betonning qizish/sovish paytida hosil qiladigan termik kuchlanishlarini yechmaydi; har bir maqsadli haroratni alohida izotermik mexanik holat sifatida qabul qilib, ayni haroratda o‘lchangan material va interfeys xususiyatlari bilan push-out yuklanishini simulyatsiya qiladi.

Bu cheklov nega muhim?

Haqiqiy ko‘prik yoki ustunda kunduz–tun, mavsum yoki keskin sovish paytida kesim bo‘ylab harorat gradienti paydo bo‘lishi mumkin. Po‘latning yuqori issiqlik o‘tkazuvchanligi sababli tashqi quvur va beton yadroning bir vaqtda bir xil haroratga yetishi kutilmaydi.

Manba tajribasida esa namunalar maqsadli haroratga shartlantirilib, ichki harorat barqarorlashgandan keyin sinovdan o‘tkazilgan. Chekli element modeli ham aynan shu tajribaviy holatni takrorlaydi.

Shuning uchun bu model termik sikl charchashi, tez sovish, kun davomida yuzaga keladigan harorat gradienti yoki transient thermo-mechanical shikastlanish modeli emas.

Kalibratsiya bilan mustaqil validatsiya o‘rtasidagi farq

O‘zining 15 namunasi bilan qilingan FEA taqqoslash yuqori moslikni ko‘rsatadi; biroq bog‘lanish–sirpanish parametrlari ayni ma’lumotlar to‘plamidan ishlab chiqilgani sababli bu jarayon mustaqil validatsiya emas, model o‘z kalibratsiya ma’lumotlarini izchil qayta hosil qila oladimi-yo‘qmi tekshirishdir.

Yan va hamkasblarining ilgari e’lon qilingan namunalari yanada mustaqil sinov uchun ishlatilgan.

Biroq C4 namunasining −80 °C sharoiti va C45 beton kabi ayrim xususiyatlar modelning −60 dan 60 °C gacha hamda taxminan 69,5–108,6 MPa kub mustahkamligi bo‘yicha kalibratsiya fazosidan tashqarida. Shu sababli manba bu taqqoslashni “external extrapolative assessment” deb ataydi.

FEA kuchlanish konturlarining ma’nosi

Figure 28–30 da ko‘rsatilgan von Mises maydonlari po‘lat quvur va beton yadroning mexanik kuchlanish taqsimotini ko‘rsatadi. Po‘latda bo‘ylama kuchlanish yuklash uchidan erkin uch tomon oshadi, beton yadroda esa yuklash uchidan erkin uch tomon kamayadi.

Erkin uchdagi bo‘sh po‘lat quvur qismida mahalliy kuchlanish konsentratsiyasi; betonning yuklangan uchida esa boshqa kuchlanish konsentratsiyasi yuzaga kelgan.

Bu konturlar bevosita connector bond stress xaritasi emas. Manba ularni haqiqiy interfeys bo‘ylab nonuniform mahalliy bog‘lanish kuchlanishining miqdoriy validatsiyasi sifatida ishlatmaslik kerakligini alohida ta’kidlaydi.

Manba shakllarining ilmiy roli

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

−60 dan 60 °C gacha o‘rganilgan sharoitlarda HSCFST interfeys bog‘lanish mustahkamligi umuman olganda harorat oshgani sari kamayadi.

3 mm devor qalinligidagi guruhda −60 °C dagi bog‘lanish mustahkamligi 20 °C ga nisbatan %82,31 yuqori.

D/t nisbati oshgani sari o‘rganilgan tajriba oralig‘ida bog‘lanish mustahkamligi umumiy holda kamayadi.

Bog‘lanish–sirpanish xatti-harakati kimyoviy yopishish, mexanik ilashish va ishqalanish bosqichlari bilan tushuntiriladigan ko‘p bosqichli xatti-harakatni ko‘rsatadi.

Ultimate bog‘lanish mustahkamligi uchun ishlab chiqilgan empirik tenglama LOOCV da nisbatan barqaror natija beradi.

Bo‘lakli bog‘lanish–sirpanish munosabati tajribaviy egri chiziqlarning asosiy shaklini ifodalay oladi.

Taqsimlangan nonlinear connector yondashuvi global push-out yuk–sirpanish xatti-harakatini tadqiqotning sinov sharoitlarida yaqin tarzda qayta hosil qilgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar

Bog‘lanish mustahkamligi ortishining barchasi muz hosil bo‘lishidan kelib chiqishi isbotlanmagan.

−60 °C dagi natijalar barcha HSCFST geometriyalari yoki beton sinflariga avtomatik umumlashtirilmaydi.

Equation (11) xarakterli sirpanishni yuqori aniqlikda bashorat qiluvchi umumlashtiriladigan model emas.

FEA ning o‘z 15 namunasi bilan mosligi mustaqil validatsiya emas.

Model vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi termik yuklanish va termik kuchlanishlarni yechmaydi.

Figure 28–30 haqiqiy mahalliy interfeys bog‘lanish kuchlanishi xaritasi emas.

Model ishlab chiqarishdan kelib chiqadigan boshlang‘ich geometrik nuqsonlarni o‘z ichiga olmaydi.

Tadqiqot harorat sikli, uzoq muddatli muzlash–erish yoki haqiqiy maydon xizmat muddati xatti-harakatini o‘rganmagan.

Asosiy cheklovlar

Bitta takror: Har bir harorat–devor qalinligi kombinatsiyasida faqat bitta push-out namunasi bor.

Harorat–beton mustahkamligi aralashuvi: Beton mustahkamligi harorat bilan birga o‘zgargani uchun bu ikki ta’sirni tajriba dizaynida to‘liq ajratish mumkin emas.

Namlik o‘lchovi yo‘q: Termik shartlantirishdan oldin betonning namlik miqdori bevosita aniqlanmagan.

Muzning bevosita kuzatilmasligi: Muzlagan interfeys suvi qo‘shimcha qarshilik hosil qiladi degan mexanizm post-test kuzatuvlariga asoslangan.

O‘lchash uyachalari: Sirpanishni o‘lchash uchun ochilgan uyachalarning ta’sirini aniqlaydigan uyachasiz nazorat namunasi yo‘q.

Bir xil harorat: Sinovlar taxminan doimiy va uniform maqsadli haroratlarda bajarilgan; haqiqiy konstruksiyadagi termik gradientlar va sikllar o‘rganilmagan.

Bir jinsli interfeys modeli: Connector elementlariga bir xil nominal mahalliy munosabat tayinlangan; interfeys bo‘ylab haqiqiy fazoviy o‘zgaruvchanlik modellashtirilmagan.

Geometrik nuqsonlar: Po‘lat quvurda ishlab chiqarish nuqsoni yoki boshlang‘ich imperfection belgilanmagan.

Shikastlanish o‘zgaruvchilari: PEEQ, DAMAGEC, DAMAGET va SDEG orqali batafsil mahalliy shikastlanish tahlili bajarilmagan.

Cheklangan tashqi baholash: Yan va hamkasblarining ma’lumotlar to‘plami foydali bo‘lsa-da, ayrim namunalar kalibratsiya fazosidan tashqarida va keng mustaqil validatsiya ma’lumotlar bazasini tashkil qilmaydi.

Kelgusi tadqiqot yo‘nalishlari

Manba ayni harorat sharoitida takroriy namunalar va turli beton mustahkamlik sinflaridan foydalanib, harorat bilan beton mustahkamligi ta’sirlarini yaxshiroq ajratishni tavsiya qiladi.

Harorat gradientlari, termik sikllar, real vaqt interfeys muzlash o‘lchovi va boshlang‘ich namlik miqdori kelajakda bevosita o‘lchanishi kerak.

Chekli element modelida o‘lchangan geometrik nuqsonlar, joylashuvga bog‘liq bog‘lanish–sirpanish munosabatlari va kalibrlangan cho‘zilish/siqilish shikastlanish evolyutsiyasi o‘zgaruvchilaridan foydalanish tavsiya etiladi.

Kengroq harorat, geometriya va material oralig‘ini qamrab oluvchi mustaqil tajriba ma’lumotlar bazalari bilan modelning haqiqiy umumlashtiriluvchanligi sinovdan o‘tkazilishi kerak.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl tadqiqot: Bond Transfer Mechanisms and Slip Evolution in High-Strength Concrete-Filled Steel Tubes Under Extreme Temperatures Through Push-Out Tests and Finite Element Simulations

Mualliflar: Mingyong Zhong; Yingjun Yang; Wenfeng Zhou; Xingtao Liu; Xijuan Yang; Li Wang.

Mas’ul muallif: Yingjun Yang.

Muassasalar: School of Civil Engineering, Lanzhou Jiaotong University; Gansu Road & Bridge Construction Group Co., Ltd.; Gansu Wantai Construction Engineering Co., Ltd., Xitoy.

Jurnal: Buildings.

Nashriyot/platforma: MDPI.

Bibliografik yozuv: Buildings, 2026, 16(17), Article 3557.

DOI: 10.3390/buildings16173557.

Nashr jarayoni: Qabul qilindi 26 Iyul 2026; tahrir 27 Avgust 2026; qabul qilindi 27 Avgust 2026; nashr 7 Sentyabr 2026.

Manba turi: Taqrizdan o‘tgan va nashr qilingan tajribaviy qurilish muhandisligi + chekli element tahlili tadqiqoti.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Tajriba namunasi: 15 ta dumaloq HSCFST qisqa ustun.

Maqsadli haroratlar: 60, 20, 0, −20 va −60 °C.

Po‘lat devor qalinliklari: 2, 3 va 4 mm.

Tashqi diametr: 140 mm.

Bog‘lanish uzunligi: 420 mm.

Sinov qurilmasi: 500 kN kompyuter boshqaruvidagi elektron universal sinov qurilmasi.

Past haroratga shartlantirish: Ultra-past harorat kamerasida 48 soat va sinov vaqtida suyuq azot bilan harorat nazorati.

Harorat o‘lchovi: Beton yadroga o‘rnatilgan PT100 sensorlari; sinov vaqtida maqsadli qiymat ±2 °C doirasida ushlab turilgan.

Asosiy tajribaviy metrik: Ekvivalent o‘rtacha ultimate interfeys bog‘lanish mustahkamligi \(\tau_u=P_u/(\pi D_0l)\).

Regressiya o‘zgaruvchilari: Muhit harorati T, beton kub siqilish mustahkamligi f_cu, diametr/devor qalinligi nisbati D/t va po‘lat ichki sirt holati koeffitsiyenti k.

Cross-validation: Leave-one-out cross-validation; Equation (10) uchun R² = 0,8761, Equation (11) uchun R² = −0,5037.

Bo‘lakli model: Type I, Type II va Type III bog‘lanish kuchlanishi–sirpanish egri chiziqlari; OA, AB/AC va BC xarakterli bosqichlari.

Vakil β: 1,172; tajribalarda 0,890–1,528 oralig‘i.

FE dasturi: ABAQUS/Standard 2024.

Po‘lat elementi: S4R shell.

Beton elementi: C3D8R solid.

Mesh: 10 × 10 × 10 mm; 5 mm etalon mesh ga nisbatan P_u og‘ishi %1,39, S_u og‘ishi %0.

Beton modeli: Concrete plastic damage; dilatatsiya burchagi 35°, eccentricity 0,1, f_b0/f_c0 = 1,1667, viscosity = 0,005.

Interfeys: Etalon modelda Python 3.10 bilan yaratilgan 1806 distributed nonlinear connector.

Yuklash chegaraviy sharti: U3 = 30 mm siljish; pastki etalon nuqta to‘liq mahkamlangan.

Termik model cheklovi: Vaqt bo‘yicha qizish/sovish va differensial termik kuchlanishlar bevosita simulyatsiya qilinmagan; har bir harorat alohida izotermik mexanik shartdir.

FE o‘z-tajriba taqqoslashi: Kalibratsiyaga asoslangan izchillik bahosi; mustaqil validatsiya emas.

Tashqi baholash: Yan va hamkasblarining mustaqil tajriba ma’lumotlari bilan external extrapolative assessment; ayrim shartlar model kalibratsiya oralig‘idan tashqarida.

Asosiy FEA natijasi: Manba natijalar bo‘limiga ko‘ra o‘rtacha peak-load og‘ishi %1,66; boshqa xarakterli yuk og‘ishlari %5 dan past.

Moliyalashtirish: Gansu Provincial Natural Science Foundation, Grant 25JRRA207.

Ma’lumotlar mavjudligi: Tadqiqotda taqdim etilgan ma’lumotlar maqola ichida mavjud.

Etika kengashi: Qo‘llanilmaydi.

Xabardor rozilik: Qo‘llanilmaydi.

Manfaatlar to‘qnashuvi/korporativ bandlik: Yingjun Yang, Gansu Road & Bridge Construction Group Co., Ltd.; Wenfeng Zhou va Xingtao Liu, Gansu Wantai Construction Engineering Co., Ltd. xodimlaridir. Boshqa mualliflar ehtimoliy tijoriy yoki moliyaviy manfaat aloqalarini bildirmagan. Manbaga ko‘ra moliyalashtiruvchi tadqiqot dizayni, ma’lumot yig‘ish/tahlil, yozish yoki nashr qarorida rol o‘ynamagan.

Muallif hissalari: Konseptuallashtirish Mingyong Zhong va Yingjun Yang; usul Mingyong Zhong, Yingjun Yang va Wenfeng Zhou; dasturiy ta’minot Yingjun Yang; validatsiya Mingyong Zhong, Yingjun Yang va Wenfeng Zhou; formal tahlil Mingyong Zhong va Yingjun Yang; tadqiqot Yingjun Yang va Xijuan Yang; resurslar Xijuan Yang; ma’lumotlar kuratsiyasi Yingjun Yang, Xingtao Liu va Li Wang; dastlabki qoralama Mingyong Zhong va Yingjun Yang; ko‘rib chiqish Mingyong Zhong, Wenfeng Zhou, Xingtao Liu, Xijuan Yang va Li Wang; vizuallashtirish Yingjun Yang va Li Wang; nazorat Mingyong Zhong; loyiha boshqaruvi Yingjun Yang.

Asosiy talqin cheklovi: Past haroratdagi muzlashdan kelib chiqadigan qo‘shimcha interfeys qarshiligi bevosita o‘lchanmagan. Sirpanish regressiyasi kuchli cross-validation ko‘rsatkichini bermaydi. Chekli element modeli transient thermo-mechanical jarayon o‘rniga haroratga shartlantirilgan mexanik xatti-harakatni modellashtiradi va asosan global bond-transfer xatti-harakati uchun mos.

Mualliflik huquqi va qayta foydalanish izohi: Manba tadqiqot CC BY litsenziyasiga ega. Ushbu Verianla mazmuni maqolaning mexanik o‘zbekcha tarjimasi emas; asl tajriba ma’lumotlari, formulalar, model shartlari, shakllarning ilmiy rollari, natijalar va cheklovlar saqlanib, mustaqil o‘quv tuzilmasi yaratilgan. Tajriba fotosuratlari yoki FEA rasterlari soxta ilmiy o‘lchov tasviri sifatida generativ sun’iy intellekt bilan qayta yaratilmasligi; sonli grafiklar va texnik mexanizm sxemalari esa manba ma’lumotlaridan original tarzda qayta chizilishi mumkin.