鋼骨混凝土異形柱-T型截面抗剪扭性能數(shù)值模擬分析-研究生開題報告書

XXXX大學(xué)學(xué)位論文（畢業(yè)設(shè)計）開題報告書學(xué)院土木學(xué)院姓名學(xué)位級別學(xué)科、專業(yè)結(jié)構(gòu)工程研究方向高層大跨度論文題目導(dǎo)師姓名入學(xué)年月2013年9月XXXX大學(xué)研究生部制年月曰填

姓名學(xué)號導(dǎo)師姓名學(xué)科專業(yè)“宀十工口 研究結(jié)構(gòu)工程 、，萬向高層大跨度入學(xué)類型□碩士研究生 □以冋等學(xué)力申請碩士學(xué)位 □專業(yè)學(xué)位□高校教師在職攻讀碩士學(xué)位論文題目鋼骨混凝土異形柱-T型截面抗剪扭性能數(shù)值模擬分析論文（設(shè)計）選題來源：為驗證鋼骨混凝土異形柱受剪扭扭計算方法與推廣使用。推進建筑業(yè)合理使用鋼骨混凝土，采用數(shù)值模擬已有實驗數(shù)據(jù)，對比二者數(shù)據(jù)得出結(jié)論。論文（設(shè)計）的研究目的、意義及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 ，論文（設(shè)計）的主要內(nèi)容、研究方法和研究思路（5000左右）：鋼骨混凝土（SRC）構(gòu)件是將型鋼埋入混凝土內(nèi)部， 制成的鋼骨混凝土柱或者鋼骨混凝土梁。梁構(gòu)件和柱構(gòu)件是最常用于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。那些用鋼和鋼板焊成，截面形式通常有I，H,L,T,十字形、矩形和圓形等的稱為實腹式。與此類型鋼的連接形式不冋，由綴板、綴條連接角鋼、槽鋼而組成的稱為空腹式。相對于單純的混凝土結(jié)構(gòu)和型鋼結(jié)構(gòu)， SRC結(jié)構(gòu)的性能遠(yuǎn)大于這前兩者性能。這種約束作用一是由于型鋼本身，二是箍筋的作用。它使得混凝土和型鋼兩類材料得以共同承擔(dān)外力從而合二為一。在以下幾個方面中SRC構(gòu)件有著突出的優(yōu)勢：1）承載力高：在單位橫截面積的承載力上，鋼筋混凝土構(gòu)件遠(yuǎn)遜于 SRC構(gòu)件，所以SRC結(jié)構(gòu)可以減小尺寸，避免肥梁胖柱。2）變形能力強：在延性等抗震性能方面， SRC結(jié)構(gòu)擁有鋼筋混凝土難以比擬的優(yōu)勢，這方面的主要貢獻(xiàn)是SRC結(jié)構(gòu)中有較好延性性能的型鋼。3） 施工周期短：型鋼骨架作為自承重結(jié)構(gòu)體系能夠充當(dāng)支撐柱，也可進行立體交叉施工，不僅加快施工速度，還能減少施工成本。 SRC結(jié)構(gòu)有著鋼結(jié)構(gòu)所缺陷的優(yōu)良的耐久性與耐火性。它不但可以阻止鋼筋生銹剝蝕， 還能減輕水分滲入帶來的災(zāi)害。 SRC內(nèi)部的型鋼剛度大，并且和混凝土粘結(jié)在一起，因此減少了構(gòu)件的局部屈曲，從而避免了鋼構(gòu)件的彎轉(zhuǎn)和失穩(wěn)，有效地發(fā)揮了鋼材的剛度。兩種鋼混凝土截面形式見圖鋼骨混凝土構(gòu)件， 自從產(chǎn)生了這樣一種結(jié)構(gòu)就收到國內(nèi)外極大的關(guān)注，與木結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并稱為第五大結(jié)構(gòu)。鋼骨混凝土具有變形能力強，抗震性能好，由于型鋼的存在構(gòu)件的延性得到很大的改善。并且構(gòu)件的截面可以大大減小，可以充分利用建筑物的內(nèi)部空間。當(dāng)結(jié)構(gòu)上下剛度不規(guī)則時也可以采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)作為中間的過度層使內(nèi)力傳遞更加合理。對于鋼骨混凝土梁作為一種承載力較高、剛度大、截面小、結(jié)構(gòu)延性好的受剪扭構(gòu)件，在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也越來越廣泛了，一方面由于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)含鋼量比較大，所以造價比較大，限制了其發(fā)展還由于鋼骨混凝土施工工藝比較難， 難以澆筑，所以也限制了其發(fā)展。由于對于鋼骨混凝土實驗以及模擬研究較少的情況下。本文采用 ABAQUS寸已有文獻(xiàn)實驗構(gòu)件數(shù)據(jù)進行有限元模擬，將這些數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)進行對比，用以總結(jié)對比實驗與理論計算的的數(shù)據(jù)是否一直，以及存在誤差的原因分析。如果模擬計算得出數(shù)據(jù)與實際實驗吻合度較高，這就表明建立的模型的合理性和精確性高，從而確立的有限元模型的有效性。同時也可以確定了單元選取的方法，模擬確定單元網(wǎng)格劃分原則，以及使用的混凝土鋼材的本構(gòu)關(guān)系的正確性。本模擬實驗計算方法采用現(xiàn)階段比較實用的承載力計算的疊加的方法與普通計算方法對比分析鋼骨混凝土的對構(gòu)件承載力的貢獻(xiàn)與合理布置。對于鋼骨混凝土的研究始于 20世紀(jì)的歐美，由空腹式梁、柱，然后有了規(guī)程。日本比較早，1920年開始研究探索使用。 日本在該結(jié)構(gòu)形式上的研究最早可以追溯到 1920年，作為SRC結(jié)構(gòu)應(yīng)用最有歷史和經(jīng)驗的國家，日本在 SRC結(jié)構(gòu)的試驗、研究等方面一直走在前沿。從1950年開始，東京大學(xué)的蛭田搶太郎，若林実研究小組開展了各式各樣的試驗，目的是為了探究SRC結(jié)構(gòu)的強度和剛度等受力性能； 1958年日本規(guī)范中給出了組合結(jié)構(gòu)承載力的簡化計算方法。若林実，南宏一研究小組對鋼骨混凝土柱做了大量的試驗研究，著重對鋼骨混凝土柱在循環(huán)荷載下的偏壓、剪切等受力情況作了深入的研究。自1950年以來，國內(nèi)外專家就著手研究 SRC構(gòu)件，研究的方面主要在計算模型、分析方法和計算方面上。研究內(nèi)容主要有兩個方向：一是將允許應(yīng)力強度理論視做 SRC構(gòu)件的設(shè)計準(zhǔn)則，這相當(dāng)于把SRC結(jié)構(gòu)看做鋼結(jié)構(gòu)；二是將極限強度理論視做 SRC構(gòu)件的設(shè)計準(zhǔn)則，這相當(dāng)于把SRC結(jié)構(gòu)看做RC結(jié)構(gòu)。型鋼與混凝土之間作用的不同認(rèn)知造成了這種差異。日本和美英多采用前者，并且根據(jù)允許應(yīng)力強度理論發(fā)展了各自相應(yīng)的設(shè)計理論：疊加強度理論和彈性設(shè)計方法。而蘇聯(lián)則采用了后者，認(rèn)為混凝土和型鋼之間的作用不可靠，尤其是當(dāng)構(gòu)件因變形而到達(dá)彈塑性階段時，兩者的共同工作已經(jīng)沒有保證。鋼骨混凝土 (SRC)結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)越，受力性能合理，而且承載能力較普通鋼筋混凝土有極大的提高，因此近年來鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 專家對鋼骨混凝土構(gòu)件做了大量的試驗研究、有限元分析，形成了具有自己本國特點的規(guī)范條文及科技著作。但對鋼骨混凝土構(gòu)件的研究主要集中在構(gòu)件的抗震性能、正截面受剪扭、斜截面受剪等研究領(lǐng)域SRC結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用可以追溯到 19世紀(jì)初，最先證明型鋼對 SRC結(jié)構(gòu)的承載力有顯著提高作用的是Burr，他采用的研究對象是空腹式 SRC柱構(gòu)件。一直推遲到1920年對于型鋼與混凝土之間共同工作的研究才開始， Mackay采用了不同與Burr的SRC梁構(gòu)件進行研究，并提出了兩種材料能夠共同工作的依據(jù)。最開始美國的混凝土規(guī)范盡管已經(jīng)認(rèn)識到這種型鋼和混凝土之間的共同工作一一在內(nèi)力與變形方面的平衡與協(xié)調(diào)， 然而卻忽視了存在于型鋼之中的初始位移和殘余應(yīng)力。 1928年使用軸壓柱，1929年開始使用偏壓鋼骨混凝土柱，1932年開始在節(jié)點上使用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。 而我國從20世紀(jì)50年代從英國引入基本做法與使用規(guī)程，80年代末期高校開始研究鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用。 1998年冶金部出版《鋼骨混凝土規(guī)程》2001年JGJ138-2001《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》也產(chǎn)生了， SRC受剪扭構(gòu)件受力性能的研究目前依舊不算完善，國內(nèi)外研究的主體多為在軸向壓力、彎矩、剪力或者它們共同作用下RC構(gòu)件的力學(xué)性能和抗震性能。日本《鋼骨鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)計算標(biāo)準(zhǔn)及解說》中將型鋼分為兩部分：鋼筋混凝土部分和型鋼部分。鋼骨混凝土構(gòu)件的極限彎矩即為兩者極限彎矩之和。此種算法只是將兩者簡單疊加，并沒有考慮型鋼內(nèi)表面和內(nèi)部核心混凝土、型鋼外表面和外部混凝土之間的相互作用。二十世紀(jì) 80年代冶金部建筑研究總院開始對鋼骨混凝土構(gòu)件展開研究。對不同受力條件下的不同形式鋼骨混凝土構(gòu)件做了大量試驗，包括鋼骨混凝土軸壓短柱、偏壓短柱、偏壓長柱和鋼骨混凝土梁等從此型鋼開始應(yīng)用與混凝土中。每年隨著個高?？蒲袡C構(gòu)的研究成果的發(fā)表不斷激勵著規(guī)范每年的更新。國內(nèi)對鋼筋混凝土構(gòu)件的復(fù)合受力下的性能研究已日趨成熟， 但是對于鋼骨混凝土復(fù)合受力構(gòu)件的抗彎性能研究還不多。這類結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件的研究還很不充分，因此對這種結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件的研究已迫在眉睫，而在結(jié)構(gòu)體系性能研究中組合構(gòu)件的基本性能研究是其基礎(chǔ)。了解了構(gòu)件的這些基本性能，才能夠滿足工程設(shè)計的基本要求并建立正確的設(shè)計方法。因此，研究鋼骨混凝土構(gòu)件在抗彎狀態(tài)下的鋼骨混凝土的性能是當(dāng)務(wù)之急， 對鋼骨混凝土抗彎構(gòu)件的有限

元分析及其理論研究具有重要現(xiàn)實意義。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)體系在我國的應(yīng)用越來越多，并且建筑的高度越來越高，體量越來越大，體型越來越復(fù)雜也促進了我國建筑業(yè)的發(fā)展。進年來，雖然鋼-混凝土組合梁在我國建筑與橋梁領(lǐng)域已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用，顯示出很好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益，受到了建設(shè)單位和施工單位的青睞。然而由于專業(yè)設(shè)計人員和主管領(lǐng)導(dǎo)并不算綜合效益，簡單的把組合梁與鋼筋混凝土梁對比，雖然組合梁的造價比鋼筋混凝土梁要高出30%-40%但是，組合梁帶來的綜合效益如結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度降低了，結(jié)構(gòu)可以利用的建筑空間增大了。自重也減輕了，地震作用也減小了，豎向構(gòu)件截面尺寸也減小了，基礎(chǔ)造價也降低了，延性也提高了，施工費用也降低了。施工工期的縮短還是相當(dāng)可觀的。組合梁和鋼梁的造價相比降低了 30%左右。目前，我國相關(guān)的規(guī)范還有待完善，有些地方可能還不是很精確。所以組合梁的推廣應(yīng)用也造成了一定的困難。分析方法包括，通過有限元軟件對實驗結(jié)構(gòu)在一定假定條件的前提下進行分析計算，然后得出應(yīng)力-變形關(guān)系曲線，得到混凝土、鋼筋、型鋼的應(yīng)力云圖以及構(gòu)件的開裂彎矩和極限彎矩，對鋼骨混凝土構(gòu)件的受力進行全過程分析。運用有限元分析，計算組合疊加法的可行性。組合疊加法一般計算方法基本公式如下：N乞NrcNssM<MrcMss根據(jù)塑性理論下限定理，利用上式計算承載力的方法為：對于給定的軸力 N值根據(jù)第式中的軸力平衡方程，任意分配鋼骨部分和鋼筋混凝土部分所承擔(dān)的軸力，并分別求得各個部分相應(yīng)的受剪扭承載力，在各個不同分配比例下，兩部分受剪扭承載力之和的最大值，即是在該軸力下鋼骨混凝土的受剪扭承載力。對于鋼骨部分，分配其軸力后，在利用軸力與彎矩的相關(guān)關(guān)系，計算其受剪扭承載力其相關(guān)關(guān)系為：nsnss MyAss sWssfssySS ss式中，N,M為鋼骨部分承擔(dān)的軸力和彎矩； Ass為鋼骨截面面積； s為鋼骨截面塑性系數(shù)對已工字型和十字型可選s=1.05；fssy為鋼骨材料的強度設(shè)計值。對于鋼筋混凝土部分，分配軸力后，可以按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GB50010-2010普通鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件的計算方法，計算其受剪扭承載力，但應(yīng)取 fem二fc，且受壓混凝土要扣除鋼骨所占面積。對于一般疊加法理論較為完善，與以平截面假定為基礎(chǔ)的理論計算方法一致，但要經(jīng)過反復(fù)試算，實際應(yīng)用卻很不方便。為此日本規(guī)范采用了簡單疊加方法。 《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》YB9082-2006也采用了簡單疊加法。計算公式如下：a.當(dāng)NCO乞N蘭N；o且MXMyo時，鋼骨部分僅承受剪扭矩鋼筋混凝土部分軸力和彎矩值為，Nrc=NMrc二M-Mb?當(dāng)N?NCO時，鋼筋混凝土部分僅承受軸向壓力，鋼骨部分的軸力和彎矩值為Nss=N_N；0Mss二Mc?當(dāng)N:：:NCO時，鋼筋混凝土部分僅承受軸向的拉力，鋼骨的軸力和彎矩設(shè)計值為Nss二N_N；CMss二M本文利用鋼管混凝土與鋼骨混凝土的極限彎矩分析所用方法的一致性。計算結(jié)果驗證了組合法的精確性，并研究個因素對鋼骨混凝土梁抗彎的影響。并分析有利的構(gòu)件截面尺寸與長度大小。主要參考文獻(xiàn)：[1]趙鴻鐵。鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)。第一版。北京：科學(xué)出版社， 2001中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程( YB9082-97)。中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ138-2001)中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范( GB50017-2003)北京：建筑工業(yè)出版社，2003中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范( GB50009-2012)北京：建筑工業(yè)出版社，2012中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2010)北京：建筑工業(yè)出版社，2010中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(GB50099-2002)京：建筑工業(yè)出版社， 2002周起敬，姜維山，潘泰華主編。鋼與混凝土結(jié)構(gòu)施工手冊。第一版。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991周獻(xiàn)詳。鋼骨混凝土梁的設(shè)計及實例分析。建筑結(jié)構(gòu)。 1999年第4期李凱文，鄒旳。鋼骨混凝土柱基于 ABAQUS勺力學(xué)分析。四川建筑科學(xué)研究。2012年第5期。程志勇。鋼骨-鋼筋混凝土受剪扭構(gòu)件的彎曲性能實驗研究。湖北師范學(xué)院學(xué)報。2003第3期王連廣，李立新，梁玉君，孫立新，劉巖峰。鋼骨混凝土受剪扭構(gòu)件非線性全過程分析。沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報。 2001第2期。李少泉，沙鎮(zhèn)平。鋼骨混凝土正截面承載力計算的疊加方法。建筑結(jié)構(gòu)學(xué)。2002年第3期葉列平，趙樹紅，方鄂華。鋼骨混凝土構(gòu)件正截面承載力計算。工程力學(xué)。1999年第4期梁榮耀鋼骨混凝土異形柱-T形截面柱抗剪性能實驗研究。廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文。聶建國著。 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)原理與實例 中國建筑工業(yè)出版社2006李哲著鋼骨混凝土異形柱冶金工業(yè)出版社2003許亞豐，白首晏，刁曉征著。異形截面鋼骨混凝土技術(shù)?？茖W(xué)出版社，2005李洪波.型鋼混凝土構(gòu)件受扭試驗研究 ?重慶大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文劉繼明.鋼筋混凝土復(fù)合受力構(gòu)件受扭行為和設(shè)計方法的研究 .西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文， 2004鄭山鎖，李磊著 型鋼高強高性能混凝土結(jié)構(gòu)基本性能與設(shè)計?？茖W(xué)出版社2012嚴(yán)士超康谷貽王依群趙艷靜陳云霞編著混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程理解與應(yīng)用中國建筑工業(yè)出版社2007過鎮(zhèn)海，時旭東.鋼筋混凝土原理和分析 M.北京：清華大學(xué)出版社,2003.12全國混凝土異形柱結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會組委會組織編寫 主編：王依群混凝土異形柱結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用 知識產(chǎn)權(quán)出版社2004劉喂亞主編鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)理論與實踐 中國建筑工業(yè)出版社2007胡少偉編譯鋼混凝土組合結(jié)構(gòu) 黃河水利出版社2006王玉鐲，傅傳國著ABAQU結(jié)構(gòu)工程分析及實例詳解 中國建筑工業(yè)出版社2010曹金鳳王旭春孔亮Python語言在Abaqus中的應(yīng)用機械工業(yè)出版社2011中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院 混凝土異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖集 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院出版論文（設(shè)計）的創(chuàng)新點及特色：通過對已有實驗數(shù)據(jù)通過有限兀軟件建模計算鋼骨混凝土構(gòu)件與實驗數(shù)據(jù)對比。驗證計算方法的準(zhǔn)確性。也證明了用有限元建模分析方法的可行性，從而對以后的理論研究提供可靠思路與方法。學(xué)位論文（畢業(yè)設(shè)計）開題報告會記錄導(dǎo)師1姓名學(xué) 號研究方向高層大跨度結(jié)構(gòu)導(dǎo)師2姓名研究生姓名論文題目鋼骨混凝土異形柱-T型截面抗剪扭性能數(shù)值模擬分析論證時間年月曰時至?xí)r地點會議主席記錄人參會人員開題報告會上提出的主要問題及解決辦法:開題報告會考核評語:考核等級□優(yōu)秀 □良好 □合格 □不合格學(xué)院意見：主管研究生工作的負(fù)責(zé)人簽字（蓋章） 年月 日注：入學(xué)類型和考核等級請在相應(yīng)“□”內(nèi)畫雙單單O于片一