چکیده: در دهه‌های اخیر، افزایش کاربرد سازه‌های دریایی و فراساحلی نظیر سکوهای نفتی و پایه‌های توربین‌های بادی دریایی، اهمیت طراحی دقیق و ایمن اتصالات سازه‌ای را دوچندان کرده است. یکی از پرکاربردترین روش‌های اتصال شمع به غلاف فولادی در این نوع سازه‌ها، اتصال بتنی شمع به غلاف فولادی می‌باشد که در آن فضای بین شمع فولادی و غلاف بیرونی با ملات یا بتن پر می‌شود تا انتقال نیرو میان اعضا به‌درستی انجام گیرد. با توجه به رفتار شکننده ملات یا بتن معمولی در این اتصالات، استفاده از بتن‌های الیافی با عملکرد بالا می‌تواند نقش مؤثری در بهبود عملکرد مکانیکی و افزایش دوام این نوع اتصال‌ها داشته باشد. برای این منظور، سه نمونه اتصال شامل شمع، غلاف فولادی و بتن داخلی ساخته شد. در هر سه نمونه، هندسه، طول درگیری، ضخامت شمع و غلاف یکسان بوده ولی نوع بتن در آن‌ها متفاوت بود: بتن معمولی، بتن با یک درصد الیاف قلاب‌دار، و بتن با دو درصد الیاف مستقیم. نتایج آزمایش فشاری محوری نشان داد که با وجود یکسان بودن ابعاد هندسی، نوع بتن تأثیر قابل‌توجهی بر ظرفیت باربری نهایی اتصال، مد شکست، و رفتار پس از گسیختگی دارد. به‌گونه‌ای که اتصال حاوی بتن با یک درصد الیاف قلاب‌دار حدود ۱۵ درصد و اتصال با دو درصد الیاف مستقیم نزدیک به ۳۰ درصد بهبود در ظرفیت باربری نشان داد. در نمونه بدون الیاف، گسیختگی ناگهانی و شکننده در محل تماس شمع و بتن اتفاق افتاد در حالی که نمونه‌های الیاف‌دار به‌ویژه بتن با الیاف مستقیم، رفتار شکل پذیرتری از خود نشان دادند و شکست همراه با اصطکاک داخلی بالا و قفل‌شدگی مکانیکی بیشتر در ناحیه تماس بود که نشان‌دهنده افزایش قابل توجه پیوستگی و مقاومت برشی در سطح تماس است. همچنین مشاهده شد که ترک‌های محیطی درون گروت در نمونه‌های الیافی محدودتر شده و گسترش شکست با تأخیر صورت گرفت. در مرحله بعد، جهت ارزیابی آیین‌نامه‌ای رفتار اتصال، مقاومت نهایی سه نوع اتصال با چهار آیین‌نامه معتبر شامل سازمان ایمنی و بهداشت بریتانیا (HSE)، مؤسسه نفت آمریکا (API)، موسسه نروژی (DNV) و نسخه ادغام شده آن با موسسه آلمانی (DNV GL) مقایسه گردید. نتایج حاکی از آن بود که انجمن نروژی نفت و گاز دقت بالاتری در تخمین مقاومت نهایی اتصال دارد و برای دو طرح اختلاط اول (بدون الیاف و با الیاف قلاب‌دار)، اختلافی کمتر از ۳ درصد با نتایج آزمایشگاهی ارائه داد. هرچند برای بتن حاوی ۲ درصد الیاف مستقیم، این اختلاف به حدود ۱۲ درصد رسید که علت آن ناتوانی روابط آیین‌نامه در درنظر گرفتن دقیق شکل‌پذیری و مقاومت کششی افزایش‌یافته این نوع بتن‌ها بود. بین 4 آیین نامه مورد بررسی انجمن نروژی نفت و گاز نزدیک ترین نتایج را به نتایج آزمایشگاهی ارائه داد و مؤسسه نفت آمریکا بیشترین اختلاف را با نتایج آزمایشگاهی داشت. در ادامه، جهت تحلیل دقیق‌تر رفتار اتصال و بررسی پارامترهای تأثیرگذار، یک مدل عددی دو‌بعدی دقیق در نرم‌افزار ABAQUSتوسعه داده شد. مدل‌سازی شامل تعریف مصالح غیرخطی برای بتن و فولاد، مدل تماس بین اجزا، و بررسی رفتار گسیختگی اتصال تحت بارگذاری فشاری محوری بود. مدل پیشنهادی توانست با دقت خوبی رفتار بار-تغییرمکان، شکل‌پذیری و مدهای خرابی را بازتولید کند و صحت آن با مقایسه نتایج با داده‌های تجربی تأیید شد. اختلاف اندک و کمتر از دو درصد در مقاومت نهایی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی، نشان‌دهنده دقت بالای مدل‌سازی در شبیه‌سازی پاسخ واقعی اتصال بود. در نهایت، نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از بتن‌های الیافی به‌ویژه با درصد حجمی و آرایش مناسب، می‌تواند به‌صورت مؤثری عملکرد اتصال شمع به غلاف را در برابر بارهای فشاری بهبود بخشد. همچنین مدل عددی توسعه‌یافته می‌تواند به عنوان ابزاری دقیق در شبیه‌سازی این نوع اتصالات و طراحی‌های آتی مورد استفاده قرار گیرد. یافته‌های تحقیق حاضر می‌تواند به عنوان مبنایی برای بهینه‌سازی طراحی، توسعه آیین‌نامه‌ها، و ارتقاء ایمنی سازه‌های دریایی در شرایط محیطی شدید مورد بهره‌برداری قرار گیرد.