基于OpenSEES的碳纤维增强材料（CFRP）筋混凝土柱抗震性能分析

亓立刚; 黄哲文; 鲁懿虬; 周颖; 杨燕; 许国文; 韩泽斌

doi:10.3724/j.gyjzG25080803

基于OpenSEES的碳纤维增强材料（CFRP）筋混凝土柱抗震性能分析

doi: 10.3724/j.gyjzG25080803

亓立刚¹,
黄哲文¹,
鲁懿虬^1, ,,
周颖¹,
杨燕^2,3,
许国文^2,3,
韩泽斌^2,3

1. 同济大学土木工程学院防灾减灾工程系, 上海 200092;
2. 中国建筑第八工程局有限公司, 上海 200122;
3. 上海碳纤维复合材料土木工程应用工程技术研究中心, 上海 200122

基金项目:

中建股份科技研发计划（CSCEC-2022-Z-8）；上海市科技计划项目（20DZ2253000）；碳纤维建筑工程结构设计与施工技术研究与应用（2023-2-39）。

详细信息

作者简介:
亓立刚，博士研究生，正高级工程师，主要从事CFRP筋混凝土结构的研究，qiligang_cscec@163.com。

通讯作者:
鲁懿虬，博士，教授，主要从事抗震韧性混凝土结构的研究，yiqiu_lu@tongji.edu.cn。

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出版历程
- 收稿日期: 2025-08-08
- 刊出日期: 2025-10-31

OpenSEES-Based Seismic Performance Analysis of CFRP-Reinforced Concrete Column

QI Ligang¹,
HUANG Zhewen¹,
LU Yiqiu^{1
, ,},
ZHOU Ying¹,
YANG Yan^2,3,
XU Guowen^2,3,
HAN Zebin^2,3

1. Department of Disaster Mitigation for Structures, College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. China Construction Eighth Engineering Division Corp., Ltd., Shanghai 200122, China;
3. Shanghai Engineering Research Center of CFRP Application Technology in Civil Engineering, Shanghai 200122, China

摘要

摘要: 为解决钢筋锈蚀引发的混凝土结构耐久性问题，提出以碳纤维增强复合材料（CFRP）筋替代钢筋，并系统研究CFRP筋混凝土柱的抗震性能。通过三组全尺寸CFRP筋混凝土柱的低周往复加载试验及OpenSEES数值模拟，揭示了轴压比ν、混凝土强度、剪跨比λ、纵筋配筋率ρ及配箍率ρ_s等关键设计参数的影响机制。研究表明：轴压比ν存在阈值效应，超限后筋材屈服风险激增，柱试件抗震性能劣化；不同于轴压比引起的承载力衰减，混凝土强度的提高显著提升柱承载能力和耗能能力，但加剧了脆性；剪跨比λ的增大诱发弯曲破坏迁移，承载力降低，CFRP筋线弹性本构制约了柱耗能的提升；纵筋配筋率ρ的增加提升了柱承载能力，延缓柱进入屈服状态及刚度退化，提升柱耗能能力；配箍率ρ_s对侧向刚度影响弱化，但高ρ_s通过约束核心混凝土维持了柱后期承载力的稳定性。
- CFRP筋混凝土柱 /
- 低周往复荷载试验 /
- OpenSEES /
- 数值模拟 /
- 抗震性能
Abstract: To address durability issues in concrete structures caused by steel corrosion， this study proposed replacing steel reinforcement with carbon fiber-reinforced polymer （CFRP） tendons and systematically investigated the seismic performance of CFRP-reinforced concrete columns. Through low-cycle reversed loading tests on three full-scale specimens and OpenSEES numerical simulations， the influence mechanisms of key design parameters—including axial compression ratio （ν）， concrete strength， shear span ratio （λ）， longitudinal reinforcement ratio （ρ）， and stirrup ratio （ρ_s）—were elucidated. The results demonstrated that a threshold effect of axial compression ratio （ν）， beyond which the risk of reinforcement yielding surged and seismic performance deteriorated abruptly； unlike strength degradation induced by excessive ν， enhanced concrete strength significantly improved load-bearing capacity and energy dissipation but exacerbated brittle failure； increased shear span ratio （λ） shifed failure modes toward flexural dominance， reducing load capacity while the linear-elastic constitutive behavior of CFRP tendons limited energy dissipation enhancement； higher longitudinal reinforcement ratio （ρ） boost load capacity， delayed yielding initiation and stiffness degradation， and improved energy dissipation； stirrup ratio （ρ_s） exerted negligible effects on lateral stiffness but maintained post-yield strength stability through enhanced core concrete confinement at elevated ratios.
- CFRP-reinforced concrete column /
- low cyclic reversed loading test /
- OpenSEES /
- numerical simulation /
- seismic performance

HTML全文

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