土木工程論文開題報告

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土木工程論文開題報告范文

　　開題報告它主要說明這個課題研究的意義以及該課題的可行性，以下是小編為大家搜集整理的土木工程論文開題報告范文，歡迎閱讀參考。

土木工程論文開題報告范文

　　論文題目：鋼管混凝土柱—鋼梁節點抗火性能研究

　　一、選題背景

　　在人類社會發展的過程中，火起了至關重要的作用。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產生無法預計的后果。森林火災、農業火災、工業火災以及建筑火災共同構成了火災的大致類型，而建筑火災發生的頻率是最高的，占據了絕大部分。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的物理性能以及其力學性能，之后會降低和破壞結構的構成，影響結構的安全性能和使用。在人們的現實生活里，由于火而引發的災難遍地即是。比如說針對醫療事件，某醫院因電器短路問題，造成了醫療器材和辦公設備等全部燒毀，整棟樓房報廢，造成巨額的經濟損失;某地百盛商業大樓發生特大事故，導致69人受傷，128人死亡，造成的直接經濟損失高達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、財產安全構成了嚴重威脅，導致嚴重后果。在火災發生的同時，還伴隨著一系列的化學反應，產生相應的化學物質，并且這些物質大部分有毒有害，給人身造成一定的傷害;同時對環境造成嚴重的污染。針對上述情況而言，關于建筑的防火、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良特性在鋼管混凝土結構得到了很大程度的使用，也在現代結構工程中充分發揮它們各自的巨大作用。作為兩種較常用的組合結構形式，鋼管混凝土結構和型鋼混凝土結構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構中。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構形式。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。

　　鋼管混凝土梁柱節點能夠在梁柱之間傳遞彎矩、剪力、軸力等內力，并對內部彎矩、剪力等內力進行分配，同時能使得結構具有良好的整體性。由此可知，節點在整個結構的受力過程中處于關鍵位置。在鋼管混凝土組合結構中，按照組成框架梁的材料不同其又能夠分成鋼管混凝土柱-鋼梁節點和鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁節點兩大類型。鋼管混凝土柱-鋼梁節點憑借其自身的優點被廣泛應用到國內外多高層建筑結構中。國內外一些專家也對此類節點做了相應的研宄，韓林海和楊有福鐘善桐和陶忠比較系統的闡述了此類節點的性能。本文選取外加強環式鋼管混凝土柱-鋼梁節點在火災下的力學性能進行研究分析。根據節點具體的施工操作方法可知：在節點梁柱相交的位置燒接上下加強環板，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。該類型節點的具體傳遞路徑為：作用于梁上的彎矩通過上下兩環進行依次傳遞，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。與其他類型節點相比，外加強環式節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，節點區域內分布也比較均匆。除了這些特點之外，該類型的節點還持有較大的剛度、非常強的承載力與良好的塑性性能。但該類節點由于其較大尺寸的外加強環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，可是由于該節點上的環板尺寸很大，常給結構施工造成不便。

　　二、研究目的和意義

　　目前來看，鋼管混凝土在結構工程領域已經得到了廣泛的應用，尤其在進入21世紀后建筑物高度更高、規模更大以及用途的更廣泛性。但火災事故不斷出現，給人們的生命財產安全帶來巨大的損失。然而，在火災危害性增加，組合結構應用日益廣泛的，而相關抗火設計和研究較少的情況下，有必要對組合結構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構在受火后的修復加固等方面的研究提出參考依據。

　　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-梁加強環式節點抗震機理進行了分析與研究。從實驗的結果可以發現，該類型的節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式節點，應該注意的有關抗震設計的要點。張大旭和張素梅主要研究了圓鋼管混凝土節點的動力性能，柱子軸壓比采用0.4-0.68之間對節點進行循環加載，得到節點滯回曲線。宗周紅等進行了常溫情況下節點對抗剪能力的分析，著重分析節點的抗剪能力是否與梁中的縱筋穿過鋼管與否有關。從實驗結果中可以發現，該參數存在與否對于節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。韓小雷采用單調加載的方式對穿心暗牛腿管混凝土柱節點進行了試驗研究，在試驗中主要分析了節點的承載能力與環梁和穿心牛腿有無等因素是否有關。從實驗得到的數據可以整理發現，環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板寬度等參數對節點承載力的影響。杜培源等利用非非線性靜力學方法對分別對組合結構柱子和節點進行了滯回曲線分析。分析表明：對于剛度和延性，外隔板節點能夠很好地滿足這一要求，并且圖形顯示節點滯回環尤其飽滿，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點進行火災下的力學性能研究了，分析了能夠對承載力產生影響的因素。霍靜思和韓林海在2005年提出了節點在火災后的計算簡化模型，并提出對火災后節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點進行受火，然后在節點加恒定的軸力和往復水平位移，得到節點的滯回曲線。將火災后節點的承載能力和常溫下進行對比，發現火災后節點承載力大大低于常溫下節點的承載力。毛小勇等對使用數值方法對鋼與混凝土組合板的溫度場耐火時間的計算。結果分析顯示：結構中的耐火時間和板厚、材料強度等因素有關系。王衛華和陶忠(2009)對鋼管混凝土框架結構進行了一系列的抗火分析，并將試驗結果與理論分析進行對比，找出其中偏差，并分析偏差的因素。試驗結果顯示，在火災發生階段，梁截面上，距離和溫度平臺的關系，大致呈現反比關系，實驗結果與有限元的分析相當吻合，并且十分的接近、逼真。

　　四、本文研究的主要內容

　　(1)通過查閱相關建筑結構抗火試驗和理論分析基礎上，確定鋼管混凝土柱一鋼梁節點組成材料的材料特性。并利用有限元軟件ABAQUS做了常溫下節點的力學性能分析，為后續火災下節點的力學性能做了基礎;

　　(2)通過查閱相關文獻，合理的選取本文中鋼材與混凝土的熱工性能參數，同時，正確地處理了單元劃分及界面接觸的問題。于此基礎上釆用標準升溫曲線ISO-834對鋼管混凝土柱-鋼梁節點的進行火災場景模擬，得到火災下節點的溫度場模型。分析研究了節點截面溫度在不同受火時刻下的變化規律。并將所得結果與己有的試驗進行對比;同時，對填充混凝土，保護層，構件幾何尺寸等因素對節點升溫的影響，了解該類結構的溫度場變化規律;

　　(3)確定了本文中高溫下材料的各種屬性、熱邊界條件、單元類型及網格劃分等問題，然后對節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-鋼梁節點的力學性能有限元分析模型，進而可以求得到節點的耐火極限和臨界溫度;

　　(4)同時對火災下節點做了一些參數分析，分析了含鋼率《、軸壓比、核心區鋼管厚度、混凝土強度和環板寬度等各參數對節點耐火極限及破壞形態的影響。

　　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-鋼梁節點的研究現狀 9-10

　　1.3 課題研究的意義及內容 10-11

　　第2章鋼管混凝土柱-鋼梁節點溫度場的數值模擬方法 11-30

　　2.1 概述 11

　　2.2 高溫下鋼管混凝土節點傳熱機理 11-14

　　2.3 高溫下的材料參數的確定 14-20

　　2.4 鋼管混凝土構件溫度場模擬的試驗驗證 20-23

　　2.5 鋼管混凝土柱-鋼梁節點溫度場分析 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 29-30

　　第3章火災下鋼管混凝土柱-鋼梁節點的力學性能分析 30-55

　　3.1 概述 30

　　3.2 常溫下節點承載力驗證分析 30-32

　　3.3 常溫下節點核心區破壞分析 32-34

　　3.4 高溫下材料力學參數的選取 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 試驗結果的模擬 43-45

　　3.7 鋼管混凝土柱-鋼梁節點耐火極限分析 45-54

　　3.8 本章小結 54-55

　　第4章不同參數對節點抗火性能的影響分析 55-66

　　4.1 概述 55

　　4.2 荷載比對節點抗火性能的影響分析 55-56

　　4.3 含鋼率(α)對節點抗火性能的影響分析 56-58

　　4.4 軸壓比(n)對節點抗火性能的影響分析 58-60

　　4.5 核心區鋼管厚度(t)對節點抗火性能的影響分析 60-62

　　4.6 混凝土強度(f_(cu))對節點抗火性能的影響分析 62-64

　　4.7 環板寬度(d)對節點抗火性能的影響分析 64-65

　　4.8 梁截面高度對節點抗火性能的影響分析 65-66

　　第5章結論與展望 66-68

　　5.1 結論 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表的學術論文 70-71

　　致謝 71

　　六、目前已經閱讀的主要文獻

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