UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱轴压性能研究

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.240443

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (8): 87-99.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.240443

UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱轴压性能研究

李涛, 贺政博, 魏国正, 曹鸿猷

武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070

收稿日期:2025-03-12 出版日期:2025-08-25 发布日期:2025-03-12
通信作者: 曹鸿猷（1986—），男，博士，教授，主要从事土木工程新材料和大跨度缆索承重桥梁结构分析理论。 E-mail:caohongyou@whut.edu.cn
作者简介:李涛（1984—），男，博士，副教授，主要从事组合结构设计研究和钢结构疲劳断裂性能研究。E-mail： scealitao@whut.edu.cn；
基金资助:
国家重点研发计划项目(2021YFC3100800);国家自然科学基金项目(51908437)

Study on Axial Compression Performance of UHPC Fully Encased Q690 High-Strength Steel Composite Stub Columns

LI Tao, HE Zhengbo, WEI Guozheng, CAO Hongyou

School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China

Received:2025-03-12 Online:2025-08-25 Published:2025-03-12
Contact: 曹鸿猷（1986—），男，博士，教授，主要从事土木工程新材料和大跨度缆索承重桥梁结构分析理论。 E-mail:caohongyou@whut.edu.cn
About author:李涛（1984—），男，博士，副教授，主要从事组合结构设计研究和钢结构疲劳断裂性能研究。E-mail： scealitao@whut.edu.cn；
Supported by:
the National Key R & D Program of China(2021YFC3100800);the National Natural Science Foundation of China(51908437)

摘要/Abstract

摘要：

为研究UHPC（Ultra High Performance Concrete）全包裹Q690高强型钢组合短柱的轴压性能以及UHPC与Q690高强型钢的应变协调性，设计并制作了7根UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱试件，并进行了轴压试验测试。设置的研究参数包括试件内部是否布置钢丝网、UHPC钢纤维体积含量、箍筋间距和型钢截面类型，调查了各试件变形破坏过程、最终破坏模式和峰值承载力。研究表明：UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱具有良好的轴压承载力和轴压变形性能，且截面核心区UHPC和Q690高强型钢在峰值承载力下能够实现应变协调。参考中、欧、美等多地规范相关的承载力计算方法，对UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱轴压极限承载力进行了理论计算，并与试验结果进行了对比，结果表明：计算结果与试验结果吻合良好，能为UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱轴压承载力计算提供参考。

关键词: UHPC, Q690高强型钢, 组合短柱, 轴压性能, 箍筋间距

Abstract:

To investigate the axial compression performance and strain compatibility of UHPC fully encased Q690 high-strength steel composite stub columns, this study designed, fabricated, and tested seven specimens under axial compression. The research parameters included the internal arrangement of steel wire mesh, the volume content of UHPC steel fibers, the stirrup spacing, and the cross-section type of steel profiles. It investigated the deformation failure process, ultimate failure mode, and peak bearing capacity of each specimen. The results showed that the UHPC fully encased Q690 high-strength steel composite stub columns exhibited excellent axial compression bea-ring capacity and deformation performance, and the strain compatibility between core UHPC and Q690 high-strength steel can be achieved at peak load. By referring to the bearing capacity calculation methods mentioned in various national codes, including China, Europe, and the United States, theoretical calculations of the axial compression ultimate bearing capacity of the UHPC fully encased Q690 high-strength steel composite stub columns were conducted and the results were compared with the experimental results. It shows that Tthe calculated results are in good agreement with the experimental results, providing a reference for calculating the axial compression bearing capacity of UHPC fully encased Q690 high-strength steel composite stub columns.

Key words: UHPC, Q690 high-strength steel, composite stub column, axial compressive performance, stirrup spacing

中图分类号:

TU 398

李涛, 贺政博, 魏国正, 曹鸿猷. UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱轴压性能研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2025, 53(8): 87-99.

LI Tao, HE Zhengbo, WEI Guozheng, CAO Hongyou. Study on Axial Compression Performance of UHPC Fully Encased Q690 High-Strength Steel Composite Stub Columns[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2025, 53(8): 87-99.

图/表 27

图1

表1

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参考文献 28

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规范	箍筋间距要求	计算最大间距/mm
EN 1994-1-1^［15］	间距不得超过：①纵筋最小直径的20倍；②柱的最小边长；③400 mm	220
AISC 360-22^［16］	箍筋的最大间距不得超过柱截面最小尺寸的0.5倍	110
JGJ 138—2016^［17］	箍筋间距不应大于纵筋直径的15倍	180
ACI 318-08^［18］	箍筋的最大间距不得超过：①16倍的纵筋直径；②48倍箍筋的直径；③试件的最小尺寸	192

材料	用量
预混料	2 100
钢纤维	0（0%）；157（2%）
固态减水剂	9
水	260

试块类型	试块编号	钢纤维体积含量分数/%	立方体抗压强度/MPa	平均值/MPa
SF0	1	0	119.5	118.3
	2	0	119.7
	3	0	115.6
SF2	1	2	130.3	126.9
	2	2	118.3
	3	2	132.2

试块类型	试块编号	钢纤维体积含量分数/%	抗压强度/MPa	抗压强度平均值/MPa	弹性模量/MPa	弹性模量平均值/MPa
SF0	1	0	77.8	80.9	36 360	35 258
	2	0	70.8		34 687
	3	0	94.1		34 728
SF2	1	2	90.8	92.4	34 485	36 756
	2	2	93.2		39 279
	3	2	93.1		36 503

试件编号	屈服强度/MPa	平均屈服强度/MPa	屈服应变	平均屈服应变	极限抗拉强度/MPa	平均极限抗拉强度/MPa	弹性模量/MPa	平均弹性模量/MPa
Q690-1	721	720	0.003 30	0.003 33	790	786	218 320	216 833
Q690-2	723		0.003 22		785		224 737
Q690-3	717		0.003 46		782		207 443
Q355-1	374	379	—	—	—	—	—	—
Q355-2	379		—		—		—
Q355-3	383		—		—		—
Φ12-1	443	453	—	—	609	611	—	—
Φ12-2	441		—		609		—
Φ12-3	475		—		615		—
Φ10-1	439	468	—	—	600	629	—	—
Φ10-2	478		—		653		—
Φ10-3	462		—		633		—

UHPC全包裹Q690高强型钢组合短柱轴压性能研究

Study on Axial Compression Performance of UHPC Fully Encased Q690 High-Strength Steel Composite Stub Columns

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试件编号	箍筋间距/mm	UHPC中钢纤维体积分数/%	型钢截面类型	钢丝网
H50-SF0-N	50	0	H	无
H50-SF0	50	0	H	有
H100-SF0	100	0	H	有
H50-SF2	50	2	H	有
H100-SF2	100	2	H	有
L50-SF0	50	0	L	有
L50-SF2	50	2	L	有

试件编号	峰值荷载/kN	峰值荷载相应位移/mm	延性系数I₁₀
H50-SF0-N	6 561	3.14	7.99
H50-SF0	6 185	2.82	8.82
H100-SF0	6 208	2.90	7.61
H50-SF2	6 882	4.01	9.09
H100-SF2	6 624	3.33	8.00
L50-SF0	6 608	3.40	7.25
L50-SF2	6 637	3.31	8.64

试件编号	N^1）_Test/kN	N_EC4/kN	N_Test/N_EC4	N_AISC/kN	N_Test/N_AISC	N_JGJ/kN	N_Test/N_JGJ	N_Pre/kN	N_Test/N_Pre
H50-SF0-N	6 561	6 046	1.09	5 982	1.10	6 009	1.09	6 219	1.05
H50-SF0	6 185	6 046	1.02	5 982	1.03	6 009	1.03	6 219	0.99
H100-SF0	6 208	6 046	1.03	5 982	1.04	6 009	1.03	6 219	0.99
H50-SF2	6 882	6 012	1.14	5 948	1.16	5 972	1.15	6 183	1.06
H100-SF2	6 624	6 012	1.10	5 948	1.13	5 972	1.11	6 183	1.11
L50-SF0	6 608	6 052	1.09	6 002	1.10	6 013	1.10	6 224	1.06
L50-SF2	6 637	6 018	1.10	5 968	1.11	5 977	1.11	6 188	1.07
平均值方正汇总行^2）	—	—	1.08	—	1.10	—	1.09	—	1.05

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