土木工程論文開題報告范文
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論文題目：鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點抗火性能研究
一、選題背景
在人類社會發(fā)展的過程中，火起了至關(guān)重要的作用。然而當其不在處于受控范圍之時，它將對人們的生命以及財產(chǎn)產(chǎn)生無法預計的后果。森林火災、農(nóng)業(yè)火災、工業(yè)火災以及建筑火災共同構(gòu)成了火災的大致類型，而建筑火災發(fā)生的頻率是最高的，占據(jù)了絕大部分。隨著建筑物不斷的普及大跨度、高層化、重型化，建筑火災的誘導因素也隨之增多，從而造成的損失及生命財產(chǎn)安全問題也日益凸顯。混凝土和鋼材在高溫的影響下改變相關(guān)的物理性能以及其力學性能，之后會降低和破壞結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，影響結(jié)構(gòu)的安全性能和使用。在人們的現(xiàn)實生活里，由于火而引發(fā)的災難遍地即是。比如說針對醫(yī)療事件，某醫(yī)院因電器短路問題，造成了醫(yī)療器材和辦公設(shè)備等全部燒毀，整棟樓房報廢，造成巨額的經(jīng)濟損失;某地百盛商業(yè)大樓發(fā)生特大事故，導致69人受傷，128人死亡，造成的直接經(jīng)濟損失高達730萬。這一件件血的教訓，無不給我們上了一次次沉痛的教育課，時時刻刻牢記安全第一，預防為主。我們可以清楚的看到，火災對人們的生命、財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴重威脅，導致嚴重后果。在火災發(fā)生的同時，還伴隨著一系列的化學反應，產(chǎn)生相應的化學物質(zhì)，并且這些物質(zhì)大部分有毒有害，給人身造成一定的傷害;同時對環(huán)境造成嚴重的污染。針對上述情況而言，關(guān)于建筑的防火、抗火、耐火等性能機理的研究有著極其重要的意義。鋼材與混凝土這兩種材料的優(yōu)良特性在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)得到了很大程度的使用，也在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程中充分發(fā)揮它們各自的巨大作用。作為兩種較常用的組合結(jié)構(gòu)形式，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在近幾年得到了廣泛的應用，特別是在大跨、高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)中。鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土，鋼管和核心混凝土能夠一起承受外部載荷的一種組合結(jié)構(gòu)形式。按照它們的截面形狀的不同，鋼管混凝土又可以分為圓形、方、矩形和多邊形等。
鋼管混凝土梁柱節(jié)點能夠在梁柱之間傳遞彎矩、剪力、軸力等內(nèi)力，并對內(nèi)部彎矩、剪力等內(nèi)力進行分配，同時能使得結(jié)構(gòu)具有良好的整體性。由此可知，節(jié)點在整個結(jié)構(gòu)的受力過程中處于關(guān)鍵位置。在鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)中，按照組成框架梁的材料不同其又能夠分成鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點和鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁節(jié)點兩大類型。鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點憑借其自身的優(yōu)點被廣泛應用到國內(nèi)外多高層建筑結(jié)構(gòu)中。國內(nèi)外一些專家也對此類節(jié)點做了相應的研宄，韓林海和楊有福鐘善桐和陶忠比較系統(tǒng)的闡述了此類節(jié)點的性能。本文選取外加強環(huán)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點在火災下的力學性能進行研究分析。根據(jù)節(jié)點具體的施工操作方法可知：在節(jié)點梁柱相交的位置燒接上下加強環(huán)板，并將其用對接燥縫或者強度較高的螺栓與鋼梁的上、下翼緣相連接。該類型節(jié)點的具體傳遞路徑為：作用于梁上的彎矩通過上下兩環(huán)進行依次傳遞，最終把彎矩值傳遞給鋼管混凝土柱子;梁端產(chǎn)生的剪力則是通過與鋼梁腹板相連的垂直助板進行傳遞。與其他類型節(jié)點相比，外加強環(huán)式節(jié)點在實際的施工操作過程中比較方便，不僅傳力路勁清晰，并且可靠，節(jié)點區(qū)域內(nèi)分布也比較均匆。除了這些特點之外，該類型的節(jié)點還持有較大的剛度、非常強的承載力與良好的塑性性能。但該類節(jié)點由于其較大尺寸的外加強環(huán)板也在施工過程中也存在著弊端，特別是在有些使用鋼管混凝土材料的住宅中，鋼管混凝土柱子的直徑不大，可是由于該節(jié)點上的環(huán)板尺寸很大，常給結(jié)構(gòu)施工造成不便。
二、研究目的和意義
目前來看，鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用，尤其在進入21世紀后建筑物高度更高、規(guī)模更大以及用途的更廣泛性。但火災事故不斷出現(xiàn)，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來巨大的損失。然而，在火災危害性增加，組合結(jié)構(gòu)應用日益廣泛的，而相關(guān)抗火設(shè)計和研究較少的情況下，有必要對組合結(jié)構(gòu)火災下和火災后的工作性能進行研宄。因此，本論文選取火災下鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點為研究對象，主要分析其在火災下的抗火性能，并研究對其耐火極限的影因素。同時也希望能夠為結(jié)構(gòu)在受火后的修復加固等方面的研究提出參考依據(jù)。
三、本文研究涉及的主要理論
楊有福和韓林海主要對鋼管混凝土柱-梁加強環(huán)式節(jié)點抗震機理進行了分析與研究。從實驗的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該類型的節(jié)點對于抗震性具有很好的研究價值，同時提出了針對加強環(huán)式節(jié)點，應該注意的有關(guān)抗震設(shè)計的要點。張大旭和張素梅主要研究了圓鋼管混凝土節(jié)點的動力性能，柱子軸壓比采用0.4-0.68之間對節(jié)點進行循環(huán)加載，得到節(jié)點滯回曲線。宗周紅等進行了常溫情況下節(jié)點對抗剪能力的分析，著重分析節(jié)點的抗剪能力是否與梁中的縱筋穿過鋼管與否有關(guān)。從實驗結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，該參數(shù)存在與否對于節(jié)點的抗剪能力影響極其的微弱，可以忽略不計，從而對于實驗的考慮因素可以簡化。韓小雷采用單調(diào)加載的方式對穿心暗牛腿管混凝土柱節(jié)點進行了試驗研究，在試驗中主要分析了節(jié)點的承載能力與環(huán)梁和穿心牛腿有無等因素是否有關(guān)。從實驗得到的數(shù)據(jù)可以整理發(fā)現(xiàn)，環(huán)梁這一因素的存在對存承載能力的大小影響不大，極其微弱。王文達等對對節(jié)點進行了恒定軸力作用下水平往復試驗，主要分析了軸壓比和環(huán)板寬度等參數(shù)對節(jié)點承載力的影響。杜培源等利用非非線性靜力學方法對分別對組合結(jié)構(gòu)柱子和節(jié)點進行了滯回曲線分析。分析表明：對于剛度和延性，外隔板節(jié)點能夠很好地滿足這一要求，并且圖形顯示節(jié)點滯回環(huán)尤其飽滿，消耗能量比較強。通過這一實驗可以清晰的看到，梁柱節(jié)點可以很好的進行輝接在一起。陶忠等在試驗中選取鋼梁節(jié)點進行火災下的力學性能研究了，分析了能夠?qū)Τ休d力產(chǎn)生影響的因素。霍靜思和韓林海在2005年提出了節(jié)點在火災后的計算簡化模型，并提出對火災后節(jié)點進彳于修復的承載力計算方法。首先讓一系列鋼管混凝土節(jié)點進行受火，然后在節(jié)點加恒定的軸力和往復水平位移，得到節(jié)點的滯回曲線。將火災后節(jié)點的承載能力和常溫下進行對比，發(fā)現(xiàn)火災后節(jié)點承載力大大低于常溫下節(jié)點的承載力。毛小勇等對使用數(shù)值方法對鋼與混凝土組合板的溫度場耐火時間的計算。結(jié)果分析顯示：結(jié)構(gòu)中的耐火時間和板厚、材料強度等因素有關(guān)系。王衛(wèi)華和陶忠(2009)對鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)進行了一系列的抗火分析，并將試驗結(jié)果與理論分析進行對比，找出其中偏差，并分析偏差的因素。試驗結(jié)果顯示，在火災發(fā)生階段，梁截面上，距離和溫度平臺的關(guān)系，大致呈現(xiàn)反比關(guān)系，實驗結(jié)果與有限元的分析相當吻合，并且十分的接近、逼真。
四、本文研究的主要內(nèi)容
(1)通過查閱相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)抗火試驗和理論分析基礎(chǔ)上，確定鋼管混凝土柱一鋼梁節(jié)點組成材料的材料特性。并利用有限元軟件ABAQUS做了常溫下節(jié)點的力學性能分析，為后續(xù)火災下節(jié)點的力學性能做了基礎(chǔ);
(2)通過查閱相關(guān)文獻，合理的選取本文中鋼材與混凝土的熱工性能參數(shù)，同時，正確地處理了單元劃分及界面接觸的問題。于此基礎(chǔ)上釆用標準升溫曲線ISO-834對鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的進行火災場景模擬，得到火災下節(jié)點的溫度場模型。分析研究了節(jié)點截面溫度在不同受火時刻下的變化規(guī)律。并將所得結(jié)果與己有的試驗進行對比;同時，對填充混凝土，保護層，構(gòu)件幾何尺寸等因素對節(jié)點升溫的影響，了解該類結(jié)構(gòu)的溫度場變化規(guī)律;
(3)確定了本文中高溫下材料的各種屬性、熱邊界條件、單元類型及網(wǎng)格劃分等問題，然后對節(jié)點釆用標準升溫曲線IS0834進行恒載升溫，即進行熱力親合，獲得火災下鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的力學性能有限元分析模型，進而可以求得到節(jié)點的耐火極限和臨界溫度;
(4)同時對火災下節(jié)點做了一些參數(shù)分析，分析了含鋼率《、軸壓比、核心區(qū)鋼管厚度、混凝土強度和環(huán)板寬度等各參數(shù)對節(jié)點耐火極限及破壞形態(tài)的影響。
五、寫作提綱
摘要 3-4
Abstract 4
第1章 緒論 7-11
1.1 課題的提出 7-9
1.2 鋼管混凝土-鋼梁節(jié)點的研究現(xiàn)狀 9-10
1.3 課題研究的意義及內(nèi)容 10-11
第2章 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點溫度場的數(shù)值模擬方法 11-30
2.1 概述 11
2.2 高溫下鋼管混凝土節(jié)點傳熱機理 11-14
2.3 高溫下的材料參數(shù)的確定 14-20
2.4 鋼管混凝土構(gòu)件溫度場模擬的試驗驗證 20-23
2.5 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點溫度場分析 23-29
2.5.1 溫度場模型中的界面處理 23
2.5.2 溫度場模型中單元類型的選取與劃分 23-29
2.6 本章小結(jié) 29-30
第3章 火災下鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的力學性能分析 30-55
3.1 概述 30
3.2 常溫下節(jié)點承載力驗證分析 30-32
3.3 常溫下節(jié)點核心區(qū)破壞分析 32-34
3.4 高溫下材料力學參數(shù)的選取 34-40
3.4.1 高溫下鋼材強度的選取 34-36
3.4.2 高溫下鋼材彈性模量和泊松比的選取 36
3.4.3 高溫下鋼材應力-應變關(guān)系模型的選取 36-37
3.4.4 高溫下核心混凝土強度的選取 37-39
3.4.5 高溫下核心混凝土彈性模量的選取 39
3.4.6 高溫下核心混凝土應力-應變模型的選取 39-40
3.5 火災下ABAQUS力學模型的建立 40-43
3.5.1 模型的邊界條件及加載方式的確定 40-41
3.5.2 單元選取及網(wǎng)格劃分 41-42
3.5.3 界面模型的處理 42-43
3.5.4 確定在ABAQUS中的求解方法 43
3.6 試驗結(jié)果的模擬 43-45
3.7 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點耐火極限分析 45-54
3.8 本章小結(jié) 54-55
第4章 不同參數(shù)對節(jié)點抗火性能的影響分析 55-66
4.1 概述 55
4.2 荷載比對節(jié)點抗火性能的影響分析 55-56
4.3 含鋼率(α)對節(jié)點抗火性能的影響分析 56-58
4.4 軸壓比(n)對節(jié)點抗火性能的影響分析 58-60
4.5 核心區(qū)鋼管厚度(t)對節(jié)點抗火性能的影響分析 60-62
4.6 混凝土強度(f_(cu))對節(jié)點抗火性能的影響分析 62-64
4.7 環(huán)板寬度(d)對節(jié)點抗火性能的影響分析 64-65
4.8 梁截面高度對節(jié)點抗火性能的影響分析 65-66
第5章 結(jié)論與展望 66-68
5.1 結(jié)論 66-67
5.2 展望 67-68
參考文獻 68-70
申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文 70-71
致謝 71
六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻
[1]韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)-理論與實踐(第二版).北京：科學出版社，2007.
[2]楊有福，韓林海.矩形鋼管混凝土構(gòu)件抗彎力學性能的試驗研宄.地震工程與工程振動，2001, 21(3): 41-48.
[3]韓林海，游經(jīng)團，楊有福，陶忠.往復荷載作用下矩形鋼管混凝土構(gòu)件力學性能研宄.土木工程學報，2004，37(11)： 11-22.
[4]張大旭，張素梅.鋼管混凝土梁柱節(jié)點動力性能試驗研宄.哈爾濱建筑大學學報，2001，34(4): 1-6.
[5]史艷莉，陳宇超，王文達.矩形鋼管混凝土構(gòu)件基本剪切性能研究.鐵道建筑，2010, 3:109-111.
[6]韓小雷，王永儀，季靜，陳慶軍.穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節(jié)點的試驗研究.工業(yè)建筑，2002, 32(7).
[7]王文達，韓林海，游經(jīng)團.方鋼管混凝土柱-鋼梁外加強環(huán)板節(jié)點滯回性能試驗研宄.土木工程學報，2006，39(9): 17-25.
[8]黃炳生，杜培源等.方鋼管混凝土柱-鋼梁外隔板式連接節(jié)點靜力有限元分析.哈爾濱工業(yè)大學學報，2007，39 (8) :(1-4).
[9]陶忠，韓林海，王永昌.火災下鋼管混凝土梁柱節(jié)點性能研究若干問題探討.鋼結(jié)構(gòu)，2005， 4(20): 92-94
[10]霍靜思，韓林海.火災作用后鋼管混凝土軸壓與純彎荷載-變形關(guān)系曲線實用計算方法探討.工業(yè)建筑，2006,36(11):6-9.
[11]毛小勇，張耀春，韓林海.標準升溫下鋼與混凝土組合板的抗火性能.建筑結(jié)構(gòu)學報，2002，23(2): 55-59.
[12]王衛(wèi)華，陶忠.鋼管混凝土平面框架溫度場有限元分析.工業(yè)建筑，2007,37(12):39-43.
[13]孔祥謙.有限單元法在熱傳學中的應用.北京：科技出版社，1998.
[14] CEN(European Committee for Standardisation) DAFT EVN 1993，Eurocode 3:Design ofsteel structures, British Standards Instituion, 1995，7.
[15] BSI, Structural Use of Steelwork in Building, Parts 8. Code of Practice for Fire ResistanceDesign, 1990.
[16]孫金香，高偉譯.建筑物綜合防火設(shè)計.天津科技翻譯出版公司，1994.
[17] T T Lie, R J Irwin. Fire resistance of rectangular steel columns filled with bar-reinforcedconcrete. Journal of Structural Engineering. 1995, 121(5): 797-805.
[18]李引擎.建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計與構(gòu)造處理.中國建筑工業(yè)出版社，1991: 234-2354.
[19] CEN(European Committee for Standardisation) DAFT EVN 1993, Eurocode 3:Design ofsteel structures, British Standards Instituion，1995, 7.
[20] Eurocode 1. Actions on structures-part 1-2: General actions-Actions on structures exposedto fire [S]. DD ENV 1991-1-2:2002, British Standards Institution, Landon.
[21] ECCS, European Recommendations for the Fire Safety of Steel Structures, 1983.
[22] T T Lie, R J Irwin. Fire resistance of rectangular steel columns filled with bar-reinforcedconcrete. Journal of Structural Engineering. 1995，121(5): 797-805.
[23]李引擎.建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計與構(gòu)造處理.中國建筑工業(yè)出版社，1991: 234-2354.
[24] Design of Concrete structures, Eurocode No.21, Part 10. Structural Fire Design.Commission of the European Communities. 1990.
[25] Lie，T.T.，F(xiàn)ire resistance of circular steel columns filled with bar-reinforced concrete.Journal of Stucture Engineering, ASCE，1994，120(5): 1489-1509.
[26] Lie, T.T., and Chabot, M" Experimental studies on the fire resistance of hollow steelcolumns filled with plain concrete. Ottawa, Canada: NPC-CNRC Internal Report, 1992，No.611.
[27]黃國旺.有初始應力作用圓鋼管混凝土短柱火災全過程試驗研究.湖南：湖南大學，2008.
[28] Lie, T.T.，F(xiàn)ire resistance of circular steel columns filled with bar-reinforced concrete.Journal of Stucture Engineering, ASCE, 1994，120(5): 1489-1509.
[29]鄭永乾.型鋼混凝土構(gòu)件及梁柱連接節(jié)點耐火性能研究.福州：福州大學，2007.
[30] Ding J，Wang Y C. Experimental study of structural fire behaviour of steel beam to concretefilled tubular column assemblies with different types of joints[J]. Engineering Structures, 2007，29(12):3485-3502.
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