5456字开题报告范文，土木工程论文开篇:钢管混凝土柱-钢梁节点耐火性能研究

钢管混凝土柱-钢梁节点耐火性能研究

开幕报告

内容

一、选题背景

二.研究的目的和意义

第三，本研究涉及的主要理论

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

(2)本文的研究框架

五、写作大纲

六、本文的研究进展

七、读过的文学作品

一、选题背景

在人类社会的发展过程中，火起着至关重要的作用。然而，当它不受控制时，它将对人们的生命和财产产生不可预测的后果。森林火灾、农业火灾、工业火灾和建筑火灾共同构成火灾的一般类型，建筑火灾发生频率最高，占绝大多数。随着大跨度、高层、重型建筑的不断普及，建筑火灾的诱发因素也越来越多，造成的生命财产损失和安全问题日益突出。在高温的影响下，混凝土和钢材会改变相关的物理性能和力学性能，从而降低和破坏结构的组成，影响结构的安全性能和使用。在人们的现实生活中，火灾造成的灾难无处不在。例如，为了应对一起医疗事故，一家医院的电气短路导致医疗设备和办公设备完全烧毁，整栋大楼报废，造成巨大的经济损失。白胜一座商业建筑发生特大事故，造成69人受伤，128人死亡，直接经济损失高达730万英镑。所有这些血的教训一次又一次地教会了我们痛苦的教育，始终把安全第一和预防放在首位。我们可以清楚地看到，这场火灾对人们的生命和财产安全构成了严重威胁，造成了严重后果。在火灾的同时，它伴随着一系列的化学反应，产生相应的化学物质，而这些物质大多有毒有害，对人造成一定的伤害；同时，它对环境造成严重污染。鉴于上述情况，研究建筑的防火、耐火、耐火性能机理具有重要意义。钢和混凝土的优良特性在钢管混凝土结构中得到了很大程度的应用，在现代结构工程中也发挥了各自的重要作用。钢管混凝土结构和型钢混凝土结构作为两种常用的组合结构，近年来得到了广泛的应用，特别是在大跨度、高层和超高层建筑结构中。钢管混凝土是一种钢管填充混凝土，钢管与核心混凝土共同承受外部荷载的复合结构。钢管混凝土根据其不同的截面形状可分为圆形、方形、矩形、多边形等。

钢管混凝土梁柱节点能够在梁柱之间传递弯矩、剪力、轴力等内力，分配弯矩、剪力等内力，使结构具有良好的整体性。由此可见，节点在整个结构应力过程中处于关键位置。在钢管混凝土组合结构中，根据构成框架梁的材料不同，可以分为钢管混凝土柱-钢梁节点和钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点。钢管混凝土柱-钢梁节点因其自身的优势在国内外高层建筑结构中得到广泛应用。国内外一些专家也对此类节点进行了相应的研究。韩林海和杨富友、钟山童和钟涛系统地阐述了这种节点的性能。本文对火灾下带外加强环钢管混凝土柱-钢梁节点的力学性能进行了研究和分析。根据该接头的具体施工操作方法，可以看出，上、下加强环板在接头的梁柱相交位置燃烧，并通过对接接头或强度较高的螺栓与钢梁的上、下法兰连接。这种节点的具体传递路径如下:作用在梁上的弯矩依次通过上下环传递，最后弯矩值传递给钢管混凝土柱；梁端产生的剪力通过与钢梁腹板连接的垂直辅助板传递。与其他类型的节点相比，外加强环节点在实际施工过程中更加方便，不仅传力清晰可靠，而且在节点区域的分布也相对紧迫。除了这些特点之外，这种类型的接头还具有较大的刚度、很强的承载能力和良好的塑性。然而，这种接头在施工过程中也有缺点，因为其外部加强环板的尺寸较大。特别是在一些使用钢管混凝土的住宅建筑中，钢管混凝土柱的直径并不大。然而，由于该接头上的环板尺寸较大，因此经常给结构施工带来不便。

二.研究的目的和意义

目前，钢管混凝土已广泛应用于结构工程领域，尤其是21世纪，建筑高度更高、规模更大、应用更广泛。然而，火灾事故不断发生，给人民生命财产安全带来巨大损失。然而，随着火灾危险性的增加，复合材料结构的应用越来越广泛，相关的耐火设计和研究也越来越少，因此有必要对火灾下和火灾后复合材料结构的工作性能进行研究。因此，本文选取火灾下钢管混凝土柱-钢梁节点作为研究对象，主要分析其耐火性能，并研究其耐火极限的影响因素。同时，希望能为火灾后结构的修复加固研究提供参考依据。

第三，本研究涉及的主要理论

杨富友和韩林海主要分析研究钢管混凝土柱梁钢筋环缝的抗震机理。从试验结果可以看出，这种节点具有很好的抗震研究价值。同时，提出了钢筋环缝抗震设计应注意的一些要点。张大旭和张素梅主要研究圆钢管混凝土节点的动力性能。柱的轴压比为0.4-0.68，得到了节点的滞回曲线。宗周泓等人分析了常温下节点的抗剪性能，重点研究了节点的抗剪性能是否与梁中纵向钢筋是否穿过钢管有关。从试验结果可以看出，该参数的存在与否对接头抗剪强度的影响非常微弱，可以忽略不计，从而简化了试验的考虑因素。韩肖磊采用单调加载方法对带暗牛腿的混凝土柱节点进行了试验研究。在实验中，他主要分析了节点的承载力是否与环梁和牛腿的存在有关。从实验中得到的数据可以整理出来，发现圈梁的存在对储存和承载能力影响很小，非常微弱。王文达等人对接头在恒定轴向力下进行水平往复试验，主要分析轴压比和环板宽度对接头承载力的影响。杜培源等人分别用非非线性静力学方法分析了组合结构柱和节点的滞回曲线。分析表明，在刚度和延性方面，外膜节点能够很好地满足这一要求，图表显示节点的滞回曲线特别饱满，耗能较多。通过实验，可以清楚地看到梁柱节点可以很好地焊接在一起。钟涛等人在试验中选择钢梁节点进行火灾下的力学性能研究，并分析了影响承载力的因素。2005年，霍景思和韩林海提出了火灾后节点的简化计算模型和火灾后节点承载力的计算方法进行修复。首先对一系列钢管混凝土节点进行火灾处理，然后对节点施加恒定的轴向力和往复水平位移，得到节点的滞回曲线。将火灾后的节点承载力与常温下的节点承载力进行比较，发现火灾后的节点承载力远低于常温下的节点承载力。毛肖勇等人用数值方法计算了钢-混凝土复合板的温度场和耐火时间。结果表明，耐火时间与板材厚度、材料强度等因素有关。王伟华和钟涛(2009)对钢管混凝土框架结构进行了一系列耐火分析，并将试验结果与理论分析进行比较，找出偏差并分析偏差的影响因素。实验结果表明，在火灾阶段，梁截面上的距离与温度平台的关系一般成反比。实验结果与有限元分析非常一致，非常接近实际。

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

(1)在耐火试验和相关建筑结构理论分析的基础上，确定钢管混凝土柱与钢梁连接材料的材料特性。利用有限元软件ABAQUS对接头在室温下的力学性能进行了分析，为接头在后续火灾下的力学性能奠定了基础。

(2)通过查阅相关文献，合理选择了本文钢和混凝土的热工性能参数，同时正确处理了细胞分裂和界面接触问题。在此基础上，利用标准温升曲线ISO-834模拟钢管混凝土柱-钢梁节点的火灾场景，得到火灾下节点的温度场模型。分析研究了不同火灾时间下节点截面温度的变化规律。将结果与现有测试进行比较。同时，研究了填充混凝土、保护层和构件几何尺寸等因素对节点温升的影响，以了解这类结构的温度场变化规律。

(3)确定了中高温下材料的各种性质、热边界条件、电池类型、网格划分等问题。然后采用标准温升曲线IS0834进行恒载温升即热亲和，得到火灾下钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能的有限元分析模型，进而得到节点的耐火极限和临界温度。

(4)同时，对火灾下接头的一些参数进行了分析。分析了配筋率、轴压比、核心区钢管厚度、混凝土强度和环板宽度对节点耐火极限和破坏模式的影响。

(2)本文的研究框架

本文的研究框架可以简单表达如下:

五、写作大纲

摘要3-4

摘要4

第一章导言7-11

1.1项目建议书7-9

1.2钢管混凝土-钢梁节点9-10的研究现状

1.3课题研究的意义和内容10-11

第二章钢管混凝土柱-钢梁节点温度场数值模拟方法11-30

2.1概述11

2.2钢管混凝土节点高温传热机理11-14

2.3高温下材料参数的确定14-20

2.4钢管混凝土构件温度场模拟的试验验证20-23

2.5钢管混凝土柱-钢梁节点23-29的温度场分析

2.5.1温度场模型23中的界面处理

2.5.2温度场模型23-29中元素类型的选择和划分

2.6本章总结29-30

第三章火灾下钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能分析30-55

3.1概述30

3.2常温30-32下接头承载力的验证与分析

3.3常温32-34下节点核心区失效分析

3.4高温下材料机械参数的选择34-40

3.4.1高温下钢强度的选择34-36

3.4.2高温下钢的弹性模量和泊松比的选择36

3.4.3高温36-37钢应力应变关系模型的选择

3.4.4高温下核心混凝土强度的选择37-39

3.4.5核心混凝土高温弹性模量的选择39

3.4.6高温39-40下核心混凝土应力应变模型的选择

3.5火灾下ABAQUS力学模型的建立40-43

3 . 5 . 1 40-41型边界条件和加载方法的确定

3.5.2单元选择和网格划分41-42

3.5.3界面模型的处理42-43

3.5.4确定ABAQUS 43中的解决方法

3.6测试结果模拟43-45

3.7钢管混凝土柱-钢梁节点耐火极限分析45-54

3.8本章总结54-55

第四章不同参数对接头耐火性能的影响分析55-66

4.1概述55

4.2荷载比对接缝55-56耐火性的影响分析

4.3钢含量(α)对接头56-58耐火性的影响

4.4轴压比对接头58-60耐火性的影响分析

4.5核心区钢管厚度对接头60-62耐火性的影响分析

4.6混凝土强度(f_(cu))对接缝62-64耐火性的影响分析

4.7环板宽度(D)对接头64-65耐火性的影响分析

4.8梁截面高度对节点65-66耐火性的影响分析

第五章结论和展望66-68

5.1结论66-67

5.2展望67-68

参考文献68-70

学位申请期间的研究成果和发表的学术论文70-71

致谢71

六、本文的研究进展(略)

七、读过的主要文献

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[2]杨富友，韩林海。矩形钢管混凝土构件弯曲力学性能的试验研究。地震工程与工程振动，2001，21(3): 41-48。

[3]韩林海、游京团、杨富友、钟涛。往复荷载下矩形钢管混凝土构件力学性能研究。土木工程杂志，2004，37 (11): 11-22。

张大旭，张素梅。钢管混凝土梁柱节点动力性能的试验研究。哈尔滨建筑大学学报，2001，34 (4): 1-6。

[5]石李嫣、陈宇超、王文达。矩形钢管混凝土构件基本抗剪性能研究。铁路建设，2010，3:109-111。

[6]肖磊、王永艺、姬静、陈青军。带暗牛腿钢管混凝土柱节点的试验研究。工业建筑，2002，32(7)。

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霍景思，林瀚海。火灾后钢管混凝土轴压和纯弯曲荷载-变形曲线实用计算方法探讨。工业建筑，2006，36(11):6-9。

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