Analisi delle colonne di tubi in acciaio ad alte prestazioni (UHPC)

Ultra-high performance concrete (UHPC)-filled steel tube (UCFST) column is a kind of new-type composite structure which is made by filling UHPC into steel tube. It can fully exert the tensile properties of steel tube and avoid the high brittleness of UHPC. Thus, it can improve the force-bearing performance of the composite structure. Nowadays, research on UCFST structure mainly focuses on its static behavior, and the research on hysteretic behavior of this new composite structure is quite rare. Therefore, in this paper, the cyclic behavior of UCFST columns were studied by combining the experimental study and finite element analysis. The main work carried out and the main conclusions obtained are as follows: (1) Referring to the existing static tests of UCFST columns and quasi-static tests of normal concrete-filled steel tube (CFST) columns, the quasi-static tests of eight UCFST columns were carried out. The effects of axial compression ratio and steel ratio on the hysteretic behavior of the columns were investigated experimentally. The experimental results showed that integral bending failure were occurred in all the specimens. And with the increase of axial compression ratio, the bending capacity of the specimen increased firstly and then decreased, while the ductility and energy dissipation capacity decreased a lot. Furthermore, the bending capacity, ductility and energy dissipation capacity all increased in different magnitude as the steel ratio increased. (2) According to the research results of UCFST columns static tests, the constitutive model of confined concrete was selected appropriately firstly in this paper and the finite element program OpenSEES was adopted to establish UCFST column models under cyclic load. Furthermore, the influence of axial compression ratio, steel ratio, steel yielding strength and concrete strength on the plastic bending behavior of UCFST columns was analyzed expandingly by the verified finite element model. And the results of finite element analysis showed that steel ratio, core concrete strength and axial compression ratio were the main parameters that affect the elasticity stiffness of UCFST columns. The yield moment and yield curvature of UCFST columns were mainly affected by steel ratio, steel yielding strength and core concrete strength. And the parameters such as axial compression ratio, steel ratio, steel strength and so on would affect the curvature ductility coefficient of UCFST columns. (3) According to the results of quasi-static tests and finite element analysis, the bending moment-curvature skeleton curve of UCFST columns can be the well simulated by using the tri-line model. Referring to CFST column theory, the simplified calculation formulas of each characteristic point in the moment-curvature skeleton curve of UCFST columns were obtained by data fitting method. And the characteristic points included the elasticity stiffness, the yield moment, the yield curvature and the strengthening phase stiffness. Finally, the data of quasi-static tests and finite element analysis were used to verify the tri-line model on the bending moment-curvature curve of UCFST columns proposed in this paper, which can provide reference for the research on the seismic behavior of UCFST columns in the future.

La colonna di tubi in acciaio rivestiti in calcestruzzo ad alte prestazioni è una sorta di struttura composita di nuovo tipo che viene realizzata riempiendo UHPC in tubi in acciaio.Può esercitare pienamente le proprietà di trazione del tubo di acciaio ed evitare l'elevata fragilità dell'UHPC.In questo modo, può migliorare le prestazioni di forza della struttura composita.Oggi, la ricerca sulla struttura UCFST si concentra principalmente sul suo comportamento statico, e la ricerca sul comportamento isteretico di questa nuova struttura composita è piuttosto rara.Pertanto, in questo documento, il comportamento ciclico delle colonne UCFST è stato studiato combinando lo studio sperimentale e l'analisi degli elementi finiti.I principali lavori svolti e le principali conclusioni raggiunte sono i seguenti: (1) Facendo riferimento alle prove statiche esistenti delle colonne UCFST e alle prove quasi statiche delle normali colonne di tubi in acciaio riempiti in calcestruzzo, sono state effettuate le prove quasi statiche di otto colonne UCFST.Gli effetti del rapporto di compressione assiale e del rapporto di acciaio sul comportamento isteretico delle colonne sono stati studiati sperimentalmente. I risultati sperimentali hanno dimostrato che in tutti gli esemplari si sono verificati guasti integrali alla curvatura.E con l'aumento del rapporto di compressione assiale, la capacità di curvatura del campione è aumentata in primo luogo e poi diminuita, mentre la capacità di dissipazione dell'energia e della duttilità è diminuita molto.Inoltre, la capacità di flessione, di duttilità e di dissipazione dell'energia è aumentata in misura diversa con l'aumento del rapporto acciaio. (2) Secondo i risultati di ricerca dei test statici delle colonne UCFST, il modello costitutivo del calcestruzzo confinato è stato selezionato in modo appropriato in primo luogo in questo foglio e il programma degli elementi finiti OpenSEES è stato adottato per stabilire modelli di colonne UCFST sotto carico ciclico.Inoltre, l'influenza del rapporto di compressione assiale, del rapporto di acciaio, dell'acciaio che produce forza e forza concreta sul comportamento di curvatura plastica delle colonne UCFST è stata analizzata espandidamente dal modello di elemento finito verificato.E i risultati dell'analisi degli elementi finiti hanno dimostrato che il rapporto acciaio, la forza di calcestruzzo e il rapporto di compressione assiale erano i parametri principali che influenzano la rigidità di elasticità delle colonne UCFST.Il momento di resa e la curvatura delle colonne UCFST sono stati influenzati principalmente dal rapporto di acciaio, dall'acciaio che produce forza e dalla forza di calcestruzzo di base.E i parametri come il rapporto di compressione assiale, il rapporto di acciaio, la resistenza in acciaio e così via influenzano il coefficiente di duttilità di curvatura delle colonne UCFST. (3) In base ai risultati delle prove quasi -statiche e dell'analisi degli elementi finiti, la curva di curvatura della curva del momento -curvatura delle colonne UCFST può essere ben simulata utilizzando il modello a tre linee.Per quanto riguarda la teoria della colonna CFST, le formule di calcolo semplificate di ciascun punto caratteristico della curva scheletrica di curvatura del momento delle colonne UCFST sono state ottenute con il metodo di montaggio dei dati.E i punti caratteristici includono la rigidità di elasticità, il momento di resa, la curvatura della resa e la rigidità di fase di rafforzamento.Infine, i dati delle prove quasi statiche e dell'analisi degli elementi finiti sono stati utilizzati per verificare il modello tri -line sulla curva di curvatura del momento -curvatura delle colonne UCFST proposte in questo documento, che può fornire un riferimento per la ricerca sul comportamento sismico delle colonne UCFST in futuro.