Seismic Performance Test and Numerical Simulation of Square Steel Tube UHPC Columns

LI Huiwei; WU Pengtao; LIU Zhongxian; LIU Guorui; XU Shenchun; AN Kaixuan

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230918001

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Seismic Performance Test and Numerical Simulation of Square Steel Tube UHPC Columns

更新时间：2024-11-04

- Seismic Performance Test and Numerical Simulation of Square Steel Tube UHPC Columns
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 5, Pages: 1084-1093(2024)
- 作者机构：
  
  1.天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室,天津 300384
  2.天津城建大学计算中心,天津 300384
  3.广州大学土木工程学院,广东广州 510006
  4.长治职业技术学院土木工程系,山西长治 046000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230918001
  CLC： TU398⁺.9
- Received：18 September 2023，
  
  Revised：2024-06-28，
  
  Published：15 October 2024
- 稿件说明：
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李慧玮,仵鹏涛,刘中宪等.方钢管超高性能混凝土柱抗震性能试验及数值模拟[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1084-1093.

LI Huiwei,WU Pengtao,LIU Zhongxian,et al.Seismic Performance Test and Numerical Simulation of Square Steel Tube UHPC Columns[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1084-1093.
李慧玮,仵鹏涛,刘中宪等.方钢管超高性能混凝土柱抗震性能试验及数值模拟[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1084-1093. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230918001.

LI Huiwei,WU Pengtao,LIU Zhongxian,et al.Seismic Performance Test and Numerical Simulation of Square Steel Tube UHPC Columns[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1084-1093. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230918001.

摘要

钢管混凝土柱因其承载力高、抗震性能良好且施工方便等特点成为建筑结构发展方向之一，但目前对于钢管超高性能混凝土柱抗震性能研究较少。对不同类型方钢管混凝土柱抗震性能（4根方钢管超高性能混凝土柱、1根方钢管高强混凝土、1根方钢管普通混凝土）进行对比分析研究。结合6根方钢管混凝土柱的低周往复试验数据，建立纤维有限元模型进行参数分析。主要研究了在低周往复荷载作用下的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性以及耗能能力等，分析了轴压比、含钢率和混凝土种类等主要设计参数的影响规律。结果表明：（1）纤维有限元模型能够有效分析方钢管超高性能混凝土柱滞回特性；（2）与方钢管普通混凝土柱和高强混凝土柱相比，方钢管超高性能混凝土柱抗震性能更为优异；（3）方钢管超高性能混凝土柱随着轴压比的提高，试件水平承载力及刚度增大，但延性降低；随着含钢率的增加，试件水平承载力、刚度、延性及耗能能力均提高；随着钢纤维体积率的增加，试件延性、耗能能力提高。

Abstract

Concrete-filled steel tubular (CFST) columns have become a key development direction in building structures due to their high bearing capacity

good seismic performance

and convenient construction. However

there is currently limited research on the seismic performance of ultra-high performance concrete (UHPC) CFST columns

making further investigation necessary. This paper conducted a comparative analysis of the seismic performance of different types of square CFST columns (4 UHPC square CFST columns

1 high-strength square CFST column

and 1 ordinary square CFST column). Using low-cyclic loading test data from 6 square CFST columns

a fiber finite element model was established to perform a parametric analysis. The study mainly investigated failure modes

hysteresis curves

skeleton curves

ductility and energy dissipation capacity under low-cyclic loading test

and analyzed the influence of main design parameters such as axial compression ratio

steel ratio and concrete type. The results showed that: (1) The fiber finite element model could effectively analyze the hysteretic characteristics of UHPC square CFST columns. (2) Compared to ordinary and high-strength square CFST columns

UHPC square CFST columns exhibited better seismic performance. (3) As the axial compression ratio increased

the horizontal bearing capacity and stiffness of the test specimens increased

but ductility decreased. As the steel content increased

the horizontal load-bearing capacity

stiffness

ductility

and energy dissipation capacity of the specimens all improved. As the volume fraction of steel fiber increased

the ductility and energy dissipation capacity of the specimens were improved.

关键词

Keywords

references

聂瑞锋，徐培蓁，阎宇 . 方钢管混凝土柱抗震性能试验研究和仿真分析［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2012 ， 40 （ 11 ）： 1596 - 1602 .

Nie R F ， Xu P Z ， Yan Y . Experimental research and finite element analysis on seismic behavior of concrete filled square steel tubular columns ［J］. Journal of Tongji University （Natural Science）， 2012 ， 40 （ 11 ）： 1596 - 1602 . （in Chinese）

吕西林，陆伟东 . 反复荷载作用下方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究［J］. 建筑结构学报， 2000 ， 21 （ 2 ）： 2 - 11，27 .

Lyu X L ， Lu W D . Seismic behavior of concrete-filled rectangular steel tubular columns under cyclic loading ［J］. Journal of building structures ， 2000 ， 21 （ 2 ）： 2 - 11，27 . （in Chinese）

王铁成，张磊，赵海龙，等 . 钢管混凝土柱抗震性能参数影响分析［J］. 建筑结构学报， 2013 ， 34 （增1 ）： 339 - 344 .

Wang T C ， Zhang L ， Zhao H L ， et al . Analysis of parameter influence on seismic behavior of concrete filled square steel tubular columns ［J］. Journal of Building Structures ， 2013 ， 34 （ Sup1 ）： 339 - 344 . （in Chinese）

王景玄，王文达，魏国强 . 基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟［J］. 防灾减灾工程学报， 2014 ， 34 （ 5 ）： 613 - 618，631 .

Wang J X ， Wang W D ， Wei G Q . Numerical simulation on mechanical performance of concrete filled steel tubular structures based on OpenSees plateform ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2014 ， 34 （ 5 ）： 613 - 618，631 . （in Chinese）

王秋维，王杨，张春尧，等 . 基于ABAQUS的钢管活性粉末混凝土短柱轴压受力性能研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2019 ， 39 （ 3 ）： 421 - 429 .

Wang Q W ， Wang Y ， Zhang C Y ， et al . Numerical simulation analysis on mechanical behavior of axially loaded reactive powder concrete filled steel tube short columns ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 421 - 429 . （in Chinese）

闻洋，陈伟，杨铮，等 . 圆钢管再生混合混凝土框架性能的控制分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 309 - 315 .

Wen Y ， Chen W ， Yang Z ， et al . Analysis on controlling of the performance of circular steel tubular recycled mixed concrete frame ［J］. 2019 ， 39 （ 2 ）： 309 - 315 . （in Chinese）

曾繁良，黄炎生，周靖 . 钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究［J］. 振动与冲击， 2020 ， 39 （ 12 ）： 190 - 197 .

Zeng F L ， Huang Y S ， Zhou J . A study on the seismic performance of concrete-filled steel tube column-steel shelf-concrete core tube structures ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2020 ， 39 （ 12 ）： 190 - 197 . （in Chinese）

刁延松，郭荡，屠康，等 . 新型异形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验［J］. 吉林大学学报（工学版）， 2021 ， 51 （ 5 ）： 1724 - 1733 .

Diao Y S ， Guo d ， Tu K ， et al . Experiment of seismic behavior of new joints between concrete filled special⁃shaped steel tube column and steel beams ［J］. Journal of Jilin University （Engineering and Technology Edition）， 2021 ， 51 （ 5 ）： 1724 - 1733 . （in Chinese）

张艺欣，刘阳，阮杰，等 . 装配式核心钢管混凝土柱抗震性能试验研究［J］. 建筑结构学报， 2022 ， 43 （ 12 ）： 135 - 144 .

Zhang Y X ， Liu Y ， Ruan J ， et al . Experimental study on seismic performance of prefabricated core steel tube reinforced concrete columns ［J］. Journal of Building Structures ， 2022 ， 43 （ 12 ）： 135 - 144 . （in Chinese）

何子奇，胡盛文，李彬洋，等 . 十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架节点抗震性能研究［J］. 建筑结构学报， 2022 ， 43 （ 11 ）： 95 - 106 .

He Z Q ， Hu S W ， Li B Y ， et al . Research on seismic behavior of cruciform special-shaped CFST column to H-section steel beam joint ［J］. Journal of Building Structures ， 2022 ， 43 （ 11 ）： 95 - 106 . （in Chinese）

程睿，张继东，胥兴，等 . 方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点抗震性能试验研究［J］. 土木与环境工程学报（中英文）， 2023 ， 45 （ 6 ）： 47 - 58 .

Cheng R ， Zhang J D ， Xu X ， et al . Experimental study on seismic behavior of concrete-filled square steel tubular column to U-shaped steel-concrete composite beam joints with separated internal diaphragm ［J］. Journal of Civil and Environmental Engineering ， 2023 ， 45 （ 6 ）： 47 - 58 . （in Chinese）

武海鹏，崔舒蓉，钟志伟，等 . 异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算［J］. 振动与冲击， 2024 ， 43 （ 4 ）： 115 - 124 .

Wu H P ， Cui S R ， Zhong Z W ， et al . Seismic behaviour test and numerical calculation on special-shaped bifurcated CFT short column with multiple cavities ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2024 ， 43 （ 4 ）： 115 - 124 . （in Chinese）

韩林海 . 钢管高强混凝土压弯构件力学性能研究［J］. 哈尔滨建筑大学学报， 1997 ， 30 （ 5 ）： 24 - 30 .

Han L H . Researches for the behavior of high strength concrete filled steel tubular compression-bending members ［J］. Journal of Harbin University of C.E.& Architecture ， 1997 ， 30 （ 5 ）： 24 - 30 . （in Chinese）

徐礼华，徐方舟，周鹏华，等 . 钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究［J］. 土木工程学报， 2016 ， 49 （ 11 ）： 26 - 34，44 .

Xu L H ， Xu F Z ， Zhou P H ， et al . Experimental research on axial compression performance of medium-and-long steel tubular columns filled with high-strength self-stressing self-compacting concrete ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2016 ， 49 （ 11 ）： 26 - 34，44 . （in Chinese）

李宁波，钱稼茹，纪晓东，等 . 应用OpenSees计算双钢管高强砼柱的水平力—位移滞回曲线［J］. 防灾减灾工程学报， 2014 ， 34 （ 5 ）： 606 - 612 .

Li N B ， Qian J R ， Ji X D ， et al . Application of OpenSees on calculating lateral force-displacement hysteretic curves of high strength concrete filled double-tube （CFDT） columns ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2014 ， 34 （ 5 ）： 606 - 612 . （in Chinese）

An L H ， Ekkehard F ， Binglin L ， et al . Experimental study on structural performance of UHPC and UHPFRC columns confined with steel tube ［J］. Engineering Structures ， 2019 ， 187 ： 457 - 477 .

Blakely R W G ， Park R . Prestressed concrete sections with cyclic flexure ［J］. Journal of the Structural Division ， 1973 ， 99 （ 8 ）： 1717 - 1742 .

Osgood W R ， Ramberg W . Description of stress-strain curves by three parameters ［J］. Technical Note ， 1943 （ 902 ）.

建筑抗震试验方法规程： JG J101—96 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 1997 .

Park R . Evaluation of ductility of structures and structural assemblages from laboratory testing ［J］. Bulletin of the New Zealand National Society for Earthquake Engineering ， 1989 ， 22 （ 3 ）： 155 - 166 .

王全凤，郑济坤，周博，等 . 基于滞回耗能HRBF500 RC柱抗震性能研究［J］. 土木工程学报， 2013 ， 46 （ 11 ）： 22 - 28 .

Wang Q F ， Zheng J K ， Zh B ， et al . Study on seismic behavior of HRBF500 RC column based on hysteretic energy ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2013 ， 46 （ 11 ）： 22 - 28 . （in Chinese）

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