超高韧性混凝土外包圆钢管组合柱轴压性能模拟及承载力评估

何泽波; 余尧文; 陈云龙; 陈海鹏; 王特强; 童精中; 徐世烺

doi:10.3724/j.gyjzG25031308

超高韧性混凝土外包圆钢管组合柱轴压性能模拟及承载力评估

doi: 10.3724/j.gyjzG25031308

1. 浙江交工路桥建设有限公司, 杭州 311305;
2. 浙江大学建筑工程学院, 杭州 310085;
3. 温州市交通工程管理中心, 浙江温州 325000

基金项目:

浙江省自然科学基金项目（LZ22E080004）。

详细信息

作者简介:
何泽波，副高级工程师，主要从事道路与桥梁工程方向研究，936436557@qq.com。

通讯作者:
童精中,研究员,主要从事钢结构与组合结构方向研究,tongjz@zju.edu.cn。

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出版历程
- 收稿日期: 2025-03-13
- 网络出版日期: 2026-01-06

Axial Compression Performance Simulation and Bearing Capacity Evaluation of UHTCC-Encased Circular Steel Tube Composite Columns

1. Zhejiang Jiaogong Road and Bridge Construction Co., Ltd., Hangzhou 311305, China;
2. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310085, China;
3. Wenzhou Traffic Engineering Management Center, Wenzhou 325000, China

摘要

摘要: 超高韧性混凝土是一种采用纤维增强的水泥基复合材料，具备高韧性、高抗裂性能、受拉应变硬化等特征。由于这些特征，超高韧性混凝土在正常使用状态下不开裂，能有效抵御氯离子和水分子对内部的侵蚀，有效提升结构耐久性和耗能能力。因此，其在重点工程和关键部位的应用具备很大的潜力。为此，提出了一种超高韧性混凝土外包圆钢管组合柱，其具备轻型化、可装配、承载效益高、耐久性好等特征。给出了包含栓钉、穿孔钢板（PBL）两类剪力连接件的组合柱结构，并对其轴压性能和钢管屈曲特性进行有限元和理论研究。建立了组合柱的精细化有限元模型，并与现有试验结果进行验证，误差范围为1.2%~2.3%。有限元参数分析表明：PBL数量从4增加到12时，宽厚比λ为25的组合柱承载力提高约15%，而宽厚比λ为150的组合柱承载力提高约10%。最后对钢管的屈曲承载力进行了理论分析和计算，得到了钢管临界屈曲荷载并由此推导了组合柱的轴压承载力计算式。
- 超高韧性混凝土 /
- 组合柱 /
- 圆钢管 /
- 临界屈曲荷载 /
- 有限元分析
Abstract: Ultra-high toughness cementitious composites （UHTCC） are fiber-reinforced， cement-based materials known for their exceptional toughness， crack resistance， and tensile strain hardening. These properties ensure that UHTCC resists cracking under normal conditions and effectively prevents the intrusion of chloride ions and water， thereby enhancing structural durability and energy dissipation. As a result， UHTCC holds significant potential for use in critical projects and key infrastructure. This study introduces a UHTCC-encased circular steel tube composite column， offering advantages such as lightweight construction， ease of assembly， high bearing capacity， and superior durability. The axial compressive performance and steel tube buckling behavior of the proposed composite column， which incorporates both stud and PBL shear connectors， were investigated using a combined approach of theoretical and finite element analysis.A detailed finite element model of the composite column was developed and validated against experimental data， with an error range of 1.2%–2.3%. The finite element parameter analysis showed that as the number of PBLs increased from 4 to 12， the bearing capacity of the composite column with width-to-thickness ratios of 25 and 150 increased by 15% and 10%， respectively. Finally， theoretical calculations were performed to determine the steel tube’s critical buckling load， from which the composite column’s axial compressive capacity was derived.
- UHTCC /
- composite column /
- circular steel tube /
- critical buckling load /
- finite element analysis

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