方钢管约束钢筋UHPC短柱抗震性能研究

doi:10.15951/j.tmgcxb.25080513

摘要
图/表
参考文献
相关文章 (15)

全文: PDF (3731 KB) HTML (1 KB)
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要为研究方钢管约束钢筋超高性能混凝土（SSTCRU）短柱的抗震性能，设计5根试件，分别以钢管约束、轴压比以及剪跨比为变量开展拟静力试验，并基于OpenSees建立同时考虑剪切效应与应变渗透效应的非线性有限元模型，进一步提出基于Bouc-Wen模型的宏观简化模型。试验结果表明：外钢管提高试件抗剪承载力，有效阻止剪切斜裂缝的产生，使得破坏模式由脆性剪切破坏转变为延性弯曲破坏，破坏主要集中于底部开缝区，内部混凝土裂缝沿高度方向延伸，范围约为2～10 cm。随着轴压比从0.1增加至0.3，试件的水平承载力分别提高33.96%、21.79%，初始刚度分别提高了29.46%和14.62%。轴压比升高增强了约束作用，延缓裂缝发展，降低刚度退化率，提高位移延性系数。但也加剧轴力的二阶效应，导致开缝区混凝土损伤加重。剪跨比增大削弱钢管约束效果，使刚度退化率上升，延性降低。基于OpenSees软件与Bouc-Wen模型建立的数值模型均能准确反映该结构的滞回性能，具备良好适用性。

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入我的书架
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	韦建刚应浩东杨艳 Matteo Pelliciari Stefano Sirotti 郑裔

关键词 ：方钢管约束钢筋UHPC短柱, 抗震性能, 拟静力试验, OpenSees, Bouc-Wen模型

Key words： square steel tube confined reinforced-UHPC stub columns seismic performance pseudo-static test OpenSees Bouc-Wen model

收稿日期: 2025-08-13

PACS:

TU398.9

基金资助:国家自然科学基金（52278158）

通讯作者: 杨艳（1979— ），女，博士，教授。主要从事桥梁与结构工程研究。E-mail：yangyan@fzu.edu.cn E-mail: yangyan@fzu.edu.cn

作者简介: 韦建刚（1971— ），男，博士，研究员。主要从事桥梁与结构工程研究；应浩东（1996— ），男，博士研究生。主要从事桥梁与结构工程研究；Matteo Pelliciari（1992— ），男，博士，助理研究员。主要从事结构工程研究；Stefano Sirotti（1995— ），男，博士，助理研究员。主要从事结构工程研究；郑裔（1997— ），男，硕士研究生。主要从事桥梁与结构工程研究；

引用本文:

韦建刚应浩东杨艳 Matteo Pelliciari Stefano Sirotti 郑裔. 方钢管约束钢筋UHPC短柱抗震性能研究[J]. 土木工程学报, 2026, 59(11): 112-127.
Wei Jiangang Ying Haodong Yang Yan Matteo Pelliciari Stefano Sirotti Zheng Yi. Study on seismic performance of square steel tube confined reinforced-UHPC stub columns. 土木工程学报, 2026, 59(11): 112-127.

链接本文:

http://manu36.magtech.com.cn/Jwk_tmgcxb/CN/10.15951/j.tmgcxb.25080513 或 http://manu36.magtech.com.cn/Jwk_tmgcxb/CN/Y2026/V59/I11/112

1 TOMII M， SAKINO K， XIAO Y， et al. Earthquake resisting hysteretic behavior of reinforced concrete short columns confined by steel tube［C］//Proceedings of the International Speciality Conference on Concrete Filled Steel Tubular Structures. Harbin： Harbin Architectural and Civil Engineering Institute， 1985.
2 Xiao Y， Tomii M， Sakino K. Experimental study on design method to prevent shear failure of reinforced concrete short circular columns by confining in steel tube［J］. Transactions of the Japan Concrete Institute， 1986， 8： 535-542.
3 PRION H G L， BOEHME J. Beam-column behaviour of steel tubes filled with high strength concrete［J］. Canadian Journal of Civil Engineering， 1994， 21（2）： 207-218.
4 YOSHIMURA K， TOMII M， SAKINO K， et al. Experimental study on R/C subassemblages to prevent a short column from shear failure by using a steel square tube［C］//Proceedings of the 9th World Conference on Earthquake Engineering. Tokyo： Japan Association for Earthquake Disaster Prevention， 1988.
5 Yoshimura K， Kikcuri K， Kuroki M. Seismic shear strengthening method for existing R/C short columns［J］. Special Publication， 1991， 128： 1065-1080.
6 SUN Y P， SAKINO K. Earthquake-resisting performance of R/C columns confined by square steel tubes： Part 1 Columns under high axial load［J］. Journal of Structural and Construction Engineering， 1997， 62（501）： 93-101.
7 SUN Y P， SAKINO K， YASUDA K， et al. Earthquake-resisting performance of R/C columns confined by square steel tubes： Part 2 Effects of wall thickness of steel tube［J］. Journal of Structural and Construction Engineering： Transactions of AIJ， 2000， 65（531）： 133-140.
8 SUN Y P， SAKINO K， YASUDA K， et al. Earthquake-resisting performance of R/C columns confined by square steel tubes： Part 3 Effects of shear span ratio of column［J］. Journal of Structural and Construction Engineering， 2001， 66（547）： 129-136.
9 NIGEL PRIESTLEY M J， SEIBLE F， XIAO Y， et al. Steel jacket retrofitting of reinforced concrete bridge columns for enhanced shear strength： Part 2： test results and comparison with theory［J］. ACI Structural Journal， 1994， 91： 537-551.
10 NIGEL PRIESTLEY M J， SEIBLE F， XIAO Y， et al. Steel jacket retrofitting of reinforced concrete bridge columns for enhanced shear strength： Part 2： test results and comparison with theory［J］. ACI Structural Journal， 1994， 91： 537-551.
11 HAN L H， YAO G H， CHEN Z B， et al. Experimental behaviours of steel tube confined concrete （STCC） columns［J］. Steel and Composite Structures， 2005， 5（6）： 459-484.
12 周绪红，闫标，刘界鹏，等. 不同长径比圆钢管约束钢筋混凝土柱轴压承载力研究［J］. 建筑结构学报， 2018， 39（12）： 11-21. ZHOU Xuhong， YAN Biao， LIU Jiepeng， et al. Axial load behavior of circular tubed reinforced concrete columns with different length-to-diameter ratios［J］. Journal of Building Structures， 2018， 39（12）： 11-21. （in Chinese）
13 ZHOU X H， LIU J P， WANG X D， et al. Behavior and design of slender circular tubed-reinforced-concrete columns subjected to eccentric compression［J］. Engineering Structures， 2016， 124： 17-28.
14 ZHOU X H， YAN B， LIU J P. Behavior of square tubed steel reinforced-concrete （SRC） columns under eccentric compression［J］. Thin-Walled Structures， 2015， 91： 129-138.
15 周绪红，刘界鹏，张素梅. 方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱抗震性能试验研究［J］. 土木工程学报， 2010， 43（8）： 1-10. ZHOU Xuhong， LIU Jiepeng， ZHANG Sumei. Seismic behavior of ultra short columns of square tubed high strength reinforced concrete［J］. China Civil Engineering Journal， 2010， 43（8）： 1-10. （in Chinese）
16 周绪红，刘界鹏，张素梅. 方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究［J］. 建筑结构学报， 2010， 31（7）： 49-55. ZHOU Xuhong， LIU Jiepeng， ZHANG Sumei. Seismic behavior of square tubed steel reinforced concrete short columns［J］. Journal of Building Structures， 2010， 31（7）： 49-55. （in Chinese）
17 甘丹，周绪红，刘界鹏，等. 钢管约束钢筋混凝土柱受剪承载力计算［J］. 建筑结构学报， 2018， 39（9）： 96-103， 111. GAN Dan， ZHOU Xuhong， LIU Jiepeng， et al. Calculation for shear strength of reinforced-concrete columns constrained by steel tubes［J］. Journal of Building Structures， 2018， 39（9）： 96-103， 111. （in Chinese）
18 王宇航，王维，周绪红，等. 压-弯-扭耦合荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱抗震性能试验研究［J］. 建筑结构学报， 2017， 38（增1）： 185-189. WANG Yuhang， WANG Wei， ZHOU Xuhong， et al. Experimental study on seismic behavior of steel tube confined reinforced concrete columns subjected to combined compression-bending-torsion［J］. Journal of Building Structures， 2017， 38（S1）： 185-189. （in Chinese）
19 RICHARD P， CHEYREZY M. Composition of reactive powder concretes［J］. Cement and Concrete Research， 1995， 25（7）： 1501-1511.
20 HABEL K， VIVIANI M， DENARIé E， et al. Development of the mechanical properties of an ultra-high performance fiber reinforced concrete （UHPFRC）［J］. Cement and Concrete Research， 2006， 36（7）： 1362-1370.
21 LIU Y W， SHI C J， ZHANG Z H， et al. Mechanical and fracture properties of ultra-high performance geopolymer concrete： Effects of steel fiber and silica fume［J］. Cement and Concrete Composites， 2020， 112： 103665.
22 WANG R， GAO X J， LI Q Y， et al. Influence of splitting load on transport properties of ultra-high performance concrete［J］. Construction and Building Materials， 2018， 171： 708-718.
23 ABBAS S， NEHDI M L， SALEEM M A. Ultra-high performance concrete： mechanical performance， durability， sustainability and implementation challenges［J］. International Journal of Concrete Structures and Materials， 2016， 10（3）： 271-295.
24 ZHAO S J， JIANG L H， CHU H Q. A preliminary investigation of energy consumption in fracture of ultra-high performance concrete［J］. Construction and Building Materials， 2020， 237： 117634.
25 HE S F， DENG Z C， YAO J S. Seismic behavior of ultra-high performance concrete long columns reinforced with high-strength steel［J］. Journal of Building Engineering， 2020， 32： 101740.
26 HUANG H H， GAO X J， LI L S， et al. Improvement effect of steel fiber orientation control on mechanical performance of UHPC［J］. Construction and Building Materials， 2018， 188： 709-721.
27 MARCHAND P， BABY F， KHADOUR A， et al. Response of UHPFRC columns submitted to combined axial and alternate flexural loads［J］. Journal of Structural Engineering， 2019， 145： 04018225.
28 TONG T， LEI H P， YUAN S Q， et al. Experimental investigation and seismic vulnerability assessment of low flexural strength rectangular bridge piers retrofitted with ultrahigh-performance concrete jackets［J］. Engineering Structures， 2020， 206： 110132.
29 YUAN W T， WANG X T， GUO A X， et al. Cyclic performance of RC bridge piers retrofitted with UHPC jackets： Experimental investigation［J］. Engineering Structures， 2022， 259： 114139.
30 HU R， FANG Z， BENMOKRANE B， et al. Cyclic behaviour of UHPC columns with hybrid CFRP/Steel reinforcement bars［J］. Engineering Structures， 2021， 238： 112245.
31 QIAN K， XUE T Q， DENG X F， et al. Experimental investigation on seismic behavior of Ultra-high performance concrete columns reinforced with GFRP bars［J］. Structures， 2023， 53： 568-580.
32 超高性能混凝土试验方法标准： T/CECS 864—2021［S］. 北京中国建筑工业出版社， 2021. Standard for test method of ultra-high performance concrete： T/CECS 864—2021［S］. Beijing： China Architecture & Building Press， 2021 （in Chinese）
33 MANDER J B， PRIESTLEY M J N， PARK R. Theoretical stress-strain model for confined concrete［J］. Journal of Structural Engineering， 1988， 114（8）： 1804-1826.
34 TAO Z， WANG Z B， YU Q. Finite element modelling of concrete-filled steel stub columns under axial compression［J］. Journal of Constructional Steel Research， 2013， 89： 121-131.
35 张哲，邵旭东，李文光，等. 超高性能混凝土轴拉性能试验［J］. 中国公路学报， 2015， 28（8）： 50-58. ZHANG Zhe， SHAO Xudong， LI Wenguang， et al. Axial tensile behavior test of ultra high performance concrete［J］. China Journal of Highway and Transport， 2015， 28（8）： 50-58. （in Chinese）
36 KOWALSKY M J， PRIESTLY M J N， SEIBLE F. Shear and flexural behavior of lightweight concrete bridge columns in seismic regions［J］. ACI Structural Journal， 1999， 96： 136-148.
37 SAATCIOGLU M， ALSIWAT J M， OZCEBE G. Hysteretic behavior of anchorage slip in R/C members［J］. Journal of Structural Engineering， 1992， 118（9）： 2439-2458.
38 ZHAO J， SRITHARAN S. Modeling of strain penetration effects in fiber-based analysis of reinforced concrete structures［J］. ACI Structural Journal， 2007， 104： 133-141.
39 钢管约束混凝土结构技术标准： JGJ/T 471—2019［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2019. Technical standard for steel tube confined concrete structures： JGJ/T 471—2019［S］. Beijing： China Architecture & Building Press， 2019. （in Chinese）
40 混凝土结构设计规范： GB 50010—2010［S］. 北京中国建筑工业出版社， 2011 （Code for design of concrete structures： GB 50010—（2010［S］. Beijing： China Architecture & Building Press， 2011 （in Chinese））
41 AFGC. Ultra high performance fibre reinforced concretes： AFGC/SETRA recommendations［S］. Paris： Association Fran?aise de Génie Civil， 2013.
42 SHORAKA M B. Collapse assessment of concrete buildings： an application to non-ductile reinforced concrete moment frames［D］. Vancouver： University of British Columbia， 2013.
43 SIROTTI S， PELLICIARI M， DI TRAPANI F， et al. Development and validation of new Bouc–Wen data-driven hysteresis model for masonry infilled RC frames［J］. Journal of Engineering Mechanics， 2021， 147（11）： 04021092.
44 BOUC R. A mathematical model for hysteresis［J］. Acta Acustica united with Acustica， 1971， 24（1）： 16-25.
45 WEN Y K. Method for random vibration of hysteretic systems［J］. Journal of the Engineering Mechanics Division， 1976， 102（2）： 249-263.
46 IKHOUANE F， MA?OSA V， RODELLAR J. Dynamic properties of the hysteretic Bouc-Wen model［J］. Systems & Control Letters， 2007， 56（3）： 197-205.
47 PELLICIARI M， MARANO G C， CUOGHI T， et al. Parameter identification of degrading and pinched hysteretic systems using a modified Bouc–Wen model［J］. Structure and Infrastructure Engineering， 2018， 14（12）： 1573-1585.