結(jié)構(gòu)工程碩士選題報告

1、a / / / / /*博士碩士研究生論文選題報告及論文工作計(jì)劃研究生姓名學(xué)科（專業(yè)）研究方向指導(dǎo)教師*結(jié)構(gòu)工程個個個個個個個個個個2014年10月26日填選題報告須知一、選題原則（一）博士生：1、應(yīng)選擇學(xué)科前沿，對科學(xué)技術(shù)進(jìn)步有重要的理論意義或較大理論意義的課題，也可 選擇對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要或較大理論意義或?qū)嵱脙r值的課題。2、課題具有很大的難度，便于作者做出創(chuàng)新性成果。3、要有先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)或運(yùn)算手段驗(yàn)證理論作保證。4、要盡量結(jié)合導(dǎo)師的科研任務(wù)進(jìn)行選題。5、要廣泛閱讀文獻(xiàn)資料，要對本學(xué)科及相關(guān)學(xué)科研究狀況和最新進(jìn)展有全面的了解， 寫出文獻(xiàn)綜述。（二）碩士生：1、應(yīng)選擇有較大的科學(xué)研究意義或

2、有一定理論意義的課題，也可以選擇對國民經(jīng)濟(jì)建 設(shè)有較大實(shí)用價值或一定價值的課題。2、課題要具有先進(jìn)性，便于作者提出新見解。3、課題要有一定的份量和難度，同時要考慮在一年內(nèi)完成。4、要對實(shí)驗(yàn)條件，計(jì)算手段有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。5、要盡量結(jié)合導(dǎo)師的科研任務(wù)進(jìn)行選題。6、要廣泛閱讀文獻(xiàn)資料，了解本領(lǐng)域國內(nèi)外學(xué)術(shù)研究動態(tài)，寫出文獻(xiàn)綜述。二、基本要求1、查閱文獻(xiàn)資料一般要：博士生中外文獻(xiàn)限于近5年內(nèi)50篇以上；碩士生30篇以上。2、博士生通過選題報告后與論文答辯申請相隔期為1.5年，碩士生為1年。博士生要在 省級以上科技情報所進(jìn)行查新。3、書寫格式：（1）論文題目（或選題范圍）（2）綜述（國內(nèi)外在這一領(lǐng)域已進(jìn)行

3、的工作及自己要進(jìn)行的研究）（3）課題的實(shí)用價值或理論意義（4）課題研究方案（5）實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)設(shè)想（6）所閱讀的文獻(xiàn)、資料（7）論文工作安排選題報告論文題目（或選題范圍）設(shè)置加勁肋的薄壁方鋼管混凝土柱抗火的能的研究一、綜述：1研究背景近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國的基礎(chǔ)建設(shè)方興未艾，建筑工程結(jié)構(gòu)正逐步向 大跨、高聳、重載發(fā)展，新的結(jié)構(gòu)形式也隨之不斷涌現(xiàn)。在眾多新的結(jié)構(gòu)形式中，鋼管混凝土 柱以其承載力高，塑性、韌性好，抗震性能佳，施工簡單，經(jīng)濟(jì)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸被應(yīng) 用于高層建筑、橋梁工程、特種結(jié)構(gòu)等各個土木工程領(lǐng)域，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效 益1-6，具有廣泛的應(yīng)用前景。鋼管混凝

4、土按截面形式不同可分為圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等刀 如圖1-1。（a）方形（b）圓形（c）多邊形圖1-1鋼管混凝土柱的典型截面形式Fig.1-1 Typical types of concrete-filled steel tube column方形鋼管混凝土相對圓鋼管混凝土具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)兇：（1）節(jié)點(diǎn)形式簡單。方形截面鋼管混凝土柱與梁之間的交貫線在一個平面內(nèi)，節(jié)點(diǎn)形式簡 單，便于加工。安裝方便，可降低工程造價。（2）建筑及使用功能好。采用方鋼管混凝土柱可以使室內(nèi)空間更規(guī)則，更易于室內(nèi)裝修； 此外，方鋼管混凝土柱應(yīng)用于建筑更符合人們的傳統(tǒng)審美習(xí)慣。（3）截面慣性矩大、抗

5、彎性能好。方形鋼管混凝土構(gòu)件截面相對開展，慣性矩大、穩(wěn)定性 能好。近年來，采用方形鋼管混凝土的建筑在國內(nèi)外都得到了較多的應(yīng)用，例如1999年建成的 香港中心大廈（圖1-2a），地上建筑高度為292m，地下3層，地上70層，總建筑面積140, 000m2；采用的方鋼管混凝土柱最大截面尺寸為800 x800mm，鋼材屈服強(qiáng)度為450MPa，混凝 土圓柱體試塊抗壓強(qiáng)度為45MPa，由周邊方鋼管混凝土柱組成巨型結(jié)構(gòu)體系，屬于世界上最高 的鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)建筑。國內(nèi)最早采用方鋼管混凝土的杭州瑞豐商業(yè)大廈（圖1-2b），總 建筑面積51095m2；分東、西兩座樓，西樓為24層，總高度為86.10m；東樓

6、為15層，建 筑總高度為59.10m；裙房5層，高度為23.90m；采用的結(jié)構(gòu)形式為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系， 分別由方鋼管混凝土柱、焊接工字鋼梁、壓型鋼板組合樓板和鋼筋混凝土剪力墻組成。位于廣 州的新中國大廈，地上高度201.8m，上部結(jié)構(gòu)部分柱為帶約束拉桿的方形鋼管混凝土組合構(gòu)件， 核心筒地下室部分采用帶約束拉桿異形鋼管混凝土組合構(gòu)件。廣州市的名匯商城和康王路的地 下人防工程也采用了方鋼管混凝土柱作為其豎向受力構(gòu)件。在國外如日本東京新宿廣場塔樓， 地上31層，柱子全部采用方鋼管混凝土構(gòu)件。此外，還有新大阪菲尼克斯威爾大廈和淀川六 番館等。(a)香港中心大廈(b)杭州瑞豐大廈圖1-2方形鋼管混凝

7、土柱的應(yīng)用實(shí)例Fig.1-2 Applications of concrete-filled square steel tubes理論和試驗(yàn)研究表明，由于方形、矩形或多邊形鋼管截面由多個直邊組成，同一截面處鋼 管對核心混凝土的約束作用不均勻，角部約束最強(qiáng)，直邊中部約束最弱，故方形、矩形或多邊 形鋼管混凝土的承載力、延性較同等截面尺寸的圓鋼管混凝土低，且管壁易發(fā)生局部屈曲，使 得鋼材和混凝土的強(qiáng)度不能充分利用。這一特點(diǎn)在寬厚比較大的薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中尤其明 顯9。為避免鋼板過早出現(xiàn)局部屈曲，要限制方形、矩形或多邊形鋼管寬厚比，使鋼板管壁較厚， 這增加了用鋼量和焊接難度。若能通過一些合理的構(gòu)造措

8、施防止鋼管過早屈曲，在實(shí)際工程中 采用一些寬厚比較大的鋼管混凝土，就可以減少鋼材用量，減輕焊接工作量，從而達(dá)到降低工 程造價的目的。一個典型的例子是2005年建成的國家“西電東輸”重點(diǎn)工程一貴州省洪家渡水電 站，其主廠房豎向承力構(gòu)件原設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土柱，后來采用寬厚比為4090的矩形鋼管混 凝土排架結(jié)構(gòu)，并設(shè)置縱向鋼板加勁肋以增強(qiáng)鋼管與混凝土的協(xié)同工作。該結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土 相比其結(jié)構(gòu)直接投資基本一致，但考慮廠房裝修，則可節(jié)約1300余萬元；工期提前半年，使 每臺機(jī)組提前5個月發(fā)電，可增加發(fā)電量8.350億kWh，上網(wǎng)電價按0.23元/kWh計(jì)，可增 加發(fā)電效益1.92億元。因此，通過對上部結(jié)構(gòu)

9、的設(shè)計(jì)優(yōu)化，采用設(shè)置鋼板加勁肋的鋼管混凝土， 在工程總投資中節(jié)約1300萬元，每臺機(jī)投產(chǎn)工期提前5個月，共計(jì)獲得約2億元的毛利潤。由此可見，在工程中如能采取合理的構(gòu)造措施，防止或延緩寬厚比較大的方鋼管混凝土試 件中鋼管過早屈曲，提高鋼管對混凝土的約束效應(yīng)，會使得鋼管混凝土在實(shí)際工程中得到更為 廣泛的應(yīng)用。此前人們已經(jīng)嘗試在方形鋼管內(nèi)設(shè)置防止鋼板發(fā)生局部屈曲和提高鋼管對核心混凝土約束 作用的一些措施，如加勁直肋及斜肋、對拉片、約束拉桿、隅撐等(圖1-3) 8,取得了一定 的效果。(e)設(shè)鋼板直肋(g)設(shè)直肋用于橋墩(h)設(shè)栓釘用于橋墩圖(f)設(shè)鋼板斜肋1-3延緩鋼管局部屈曲的構(gòu)造措施Fig.1-

10、3 Structural measures of delaying local buckling of steel tube本文將以設(shè)置鋼筋加勁肋的薄壁方鋼管混凝土軸壓短柱為研究對象進(jìn)行相關(guān)研究，鋼筋加 勁肋改善鋼管對核心混凝土的約束作用效果10見圖1-4。Bc/6 Wi weld圖1-4鋼筋加勁肋作用機(jī)理圖Fig 1-4 The effect of rebar stiffeners近些年，核心鋼管混凝土柱在建筑工程領(lǐng)域中，對常溫下設(shè)置加勁肋的薄壁方鋼管混凝土 柱軸壓以及偏壓的受力性能已經(jīng)有所研究，但其應(yīng)用不僅僅局限于常溫下，對其耐火性能的研 究也有重要的理論意義和實(shí)用價值。鋼管與混凝土的材料

11、性能與溫度有非常密切的關(guān)系，隨溫 度的不同而變化。當(dāng)結(jié)構(gòu)升溫后，混凝土和鋼材性能不斷惡化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形增大，承載能力 降低，同時產(chǎn)生溫度應(yīng)力和應(yīng)力重分布。隨著該類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)用日益廣泛，對其高溫下的力 學(xué)性能的研究便具有了現(xiàn)實(shí)意義11-13。本課題將對該類構(gòu)件的抗火性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并利用大型有限元分析軟件ABAQUS，結(jié) 合試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析，為其今后相關(guān)結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國外相關(guān)研究現(xiàn)狀2.1.1國外對常溫方形和矩形鋼管混凝土軸壓短柱的研究1996年，TsudaU4等人對24根軸壓和偏壓受力的方鋼管混凝土長柱力學(xué)性能進(jìn)行了研究。1997年，ShakirKhali

12、lP等人對22根矩形鋼管混凝土軸壓和偏壓構(gòu)件進(jìn)行了研究，矩形截面的長寬比為1.5，鋼材的屈服強(qiáng)度為358396 N/mm2,混凝土強(qiáng)度為40.145.6N/mm2, 高寬比為2149，長邊與短邊的截面寬厚比分別為30和20。1998年，Schneider對5根方形、6根矩形鋼管混凝土軸壓短柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并用 ABAQUS通用有限元軟件進(jìn)行了模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果符合良好。2001年，Uy Briant 17對2根方形空鋼管和19根軸壓、偏壓、純彎受力的方鋼管高 強(qiáng)混凝土構(gòu)件進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果和歐洲的EC4規(guī)程進(jìn)行了對比，并對EC4規(guī)程的計(jì) 算公式進(jìn)行了改進(jìn)。2001年，Susantha等

13、人定義了適合于纖維模型法分析的混凝土單向應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，考 慮了鋼管對混凝土的側(cè)壓力。2003，年Liu Dalin19等人對22根矩形高強(qiáng)鋼管混凝土軸壓短柱的力學(xué)性能進(jìn)行了研究， 研究表明：柱子的破壞模式和普通鋼材的鋼管混凝土柱的破壞模式相近。2.1.2國外對高溫方形和矩形鋼管混凝土軸壓短柱的研究國外從事鋼管混凝土柱的抗火研究要早于我國。20世紀(jì)90年代，加拿大的一些學(xué)者，如 T.T.Lie、M. Chabot和V.K.R.Kodur等就開始對鋼管混凝土的抗火性能進(jìn)行研究。1995 年,T.T.LKi20 3種不同截面尺寸和配筋的方鋼管混凝土柱進(jìn)行耐火極限的試驗(yàn)研究。 研究表明：在核心素混凝

14、土中填充鋼筋，鋼管混凝土極限承載力損失較小，可大大提高鋼管混 凝土柱的抗火時間，滿足耐火極限的要求。2001年，Baba21對12根（8根圓形截面和4根矩形截面）足尺鋼管鋼筋混凝土柱進(jìn)行耐火 極限試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：火災(zāi)作用下，鋼管配筋混凝土柱的極限承載力可以簡單的看成 是由核心混凝土、縱向鋼筋、箍筋三者承載力之和組合而成。2004年K.H.Tan【22先對火災(zāi)作用下61根配筋鋼管混凝土柱和95根不配筋鋼管混凝土柱進(jìn) 行軸壓和偏壓的試驗(yàn)研究，然后通過考慮溫度的不均勻分布以及火災(zāi)作用下材料強(qiáng)度的損失對 試件承載力的影響，最后提出了火災(zāi)作用下剩余承載力的簡化方法，該方法的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn) 結(jié)果對

15、比，吻合良好。2.2國內(nèi)相關(guān)研究現(xiàn)狀2.2.1國內(nèi)對常溫方行和矩形鋼管混凝土軸壓短柱的研究1999年，呂西林、余勇23等人對6根方鋼管混凝土軸壓短柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并編制了 有限元計(jì)算程序分析方鋼管混凝土的力學(xué)性能。研究表明，方鋼管混凝土柱內(nèi)核心混凝土的承 載能力的提高主要依賴于方鋼管四個角部區(qū)域?qū)炷恋募s束。2000年，張素梅等人對36根方鋼管混凝土軸壓短柱的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，混凝土強(qiáng)度 為30.8N/mm2，鋼材屈服強(qiáng)度為239.8403.3 N/mm2，截面寬厚比為2550。并采用剝離的 方法，從試驗(yàn)中剝離出鋼管和混凝土各自承擔(dān)的縱向應(yīng)力，分析時考慮了鋼材的雙向受力，核 心混凝土的三

16、向受力，最后通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸出鋼管混凝土中鋼材和混凝土各自的縱向應(yīng)力一 應(yīng)變關(guān)系曲線。2001年，張素梅、葉再利進(jìn)行了 44根矩形鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱的試驗(yàn)研究，考慮了 含鋼率、鋼管的屈服強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度等級及長寬比等因素的影響，采用數(shù)值分析的方法，以 試驗(yàn)為基礎(chǔ)，分離出鋼管和核心混凝土的受力，提出了方形、矩形鋼管高強(qiáng)混凝土中核心混凝 土和鋼材的縱向應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系25。2001年，清華大學(xué)韓林海等人進(jìn)行了約束效應(yīng)系數(shù)為0.51.3,截面長寬比為1.01.75 的24個矩形鋼管混凝土軸壓短柱的試驗(yàn)研究。分析了約束效應(yīng)和截面長寬比對矩形鋼管混凝 土力學(xué)性能的影響，并與國內(nèi)外的現(xiàn)有規(guī)程計(jì)算值進(jìn)行

17、了比較26。2002年，同濟(jì)大學(xué)蔣濤等人在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，考慮了矩形截面長寬比的影響，對方鋼管混凝 土軸壓短柱的計(jì)算公式進(jìn)行了修正，提出矩形鋼管混凝土短柱承載力的計(jì)算公式27。2003年，桂林工學(xué)院王蕾等對四根長寬比為1、1.2、1.36和1.5的矩形鋼管混凝土柱進(jìn) 行了軸壓和壓彎計(jì)算的差異比較，同時對矩形鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件承載力進(jìn)行計(jì)算，采用 折減約束系數(shù)修正方鋼管混凝土軸壓承載力的計(jì)算公式28。2003年，同濟(jì)大學(xué)余志偉提出了用截面形狀系數(shù)而不是傳統(tǒng)的長寬比來修正圓鋼管混凝土 軸壓短柱承載力計(jì)算公式，通過5個矩形鋼管混凝土軸壓短柱試驗(yàn)，在分析其試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ) 上，結(jié)合前人所得到的13個試驗(yàn)

18、數(shù)據(jù)，回歸出相應(yīng)的修正系數(shù)公式29。2.2.2國內(nèi)對高溫方行和矩形鋼管混凝土軸壓短柱的研究2000年徐蕾，韓林海30研究了方形截面鋼管混凝土柱的耐火性能，分析了材料強(qiáng)度、構(gòu)件截 面含鋼率、截面尺寸、構(gòu)件長細(xì)比及荷載偏心距、保護(hù)層厚度等參數(shù)對構(gòu)件耐火極限的影響。 結(jié)果表明，材料強(qiáng)度、構(gòu)件截面含鋼率、荷載偏心距對方形截面鋼管混凝土柱耐火極限的影響 不大；截面尺寸、構(gòu)件長細(xì)比對方形截面鋼管混凝土柱耐火極限的影響較大，且截面尺寸越大， 構(gòu)件耐火極限越長，長細(xì)比越大，構(gòu)件耐火極限越短。并指出可以通過涂以一定厚度的防火涂料 保證方形截面鋼管混凝土柱達(dá)到要求的耐火極限。2010年呂學(xué)濤31進(jìn)行了單面、相對兩

19、面及三面受火的方鋼管混凝土柱的耐火極限和抗火 性能的試驗(yàn)研究與理論分析，并取得了豐碩成果。2011年陶姓32以相鄰兩面受火的方鋼管混凝土柱為研究對象分析了其溫度場、耐火極限、 變形等高溫性能，并提出方鋼管混凝土柱在相鄰兩面受火條件下耐火極限的簡化計(jì)算公式。2013年呂學(xué)濤，楊華，張素梅33對單面、相對兩面、三面及四面火災(zāi)作用下方鋼管混凝土柱 截面的典型溫度場及其分布規(guī)律進(jìn)行分析，研究方鋼管混凝土柱軸向/側(cè)向變形-時間關(guān)系曲線，得 到不同受火條件對方鋼管混凝土柱抗火性能的影響規(guī)律。結(jié)果表昵相對兩面和四面受火的柱截 面溫度場雙軸對稱，因而截面材料強(qiáng)度場、溫度應(yīng)變、溫度應(yīng)力也呈雙軸對稱分布,柱受力機(jī)

20、理與 常溫情況下類似;對于單面和三面受火情況,由于柱截面溫度場單軸對稱，使得柱受力模式與常溫 情況不同,受火過程中柱先彎向受火側(cè)，然后彎向背火側(cè)。與溫度梯度產(chǎn)生的非均勻的溫度變形和 材料強(qiáng)度偏心相比，受火面的多少在更大程度上決定了試件的抗火性能,即在絕大多數(shù)情況下，四 面受火、三面受火、相對兩面受火及單面受火的方鋼管混凝土柱的耐火極限依次增大。但在某 些特殊情況（如長細(xì)比430下，三面受火的方鋼管混凝土柱的耐火極限可能小于其四面受火情 況，此時如按四面受火對方鋼管混凝土柱進(jìn)行抗火設(shè)計(jì)，將存在安全隱患。二、課題實(shí)用價值和研究意義1實(shí)用價值與現(xiàn)實(shí)意義火為人類帶來了光明，推動了社會的進(jìn)步。但是，火一

21、旦失去控制，不僅毀壞物質(zhì)財(cái)富， 破壞生態(tài)環(huán)境，使人造成傷殘，甚至奪去生命，給人類和社會造成巨大的災(zāi)難。如今隨著經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展和科技創(chuàng)新日新月異，現(xiàn)代建筑呈現(xiàn)高層化、大規(guī)模化、多功能化和智能化的發(fā)展 趨勢；加之生產(chǎn)、生活的電氣化，城市的立體化，燃料的氣體化；人口和物質(zhì)的高度集中，各 類化工企業(yè)的迅猛發(fā)展等因素，不僅導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生數(shù)量的遞增，而且火災(zāi)發(fā)生后的控制和撲滅 難度增大。火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)危害極大，火災(zāi)作用下建筑結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度損失大，可能發(fā)生整體倒塌，也 可能造成嚴(yán)重或輕微破壞。而對于沒有發(fā)生倒塌的建筑，鑒定火災(zāi)后建筑物的損傷程度，判定 能否繼續(xù)使用并提出加固修復(fù)方案，具有十分重要的意義。因此研

22、究高溫下建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性 能便具有了極其重要的現(xiàn)實(shí)價值和意義。設(shè)置加勁肋的薄壁方鋼管混凝土柱由于其優(yōu)越的力學(xué)性能，正逐漸被廣泛應(yīng)用到各類重大 建筑結(jié)構(gòu)尤其是高層建筑之中。因此研究該類構(gòu)件抗火性能具有重要的現(xiàn)實(shí)價值和意義。2研究意義與學(xué)術(shù)價值目前，我國對高溫下設(shè)置加勁鋼筋的薄壁鋼管混凝土柱力學(xué)性能的研究基本空白，本課題 將對該類構(gòu)件的抗火性能進(jìn)行試驗(yàn)研究和有限元模擬分析，并總結(jié)得到相關(guān)重要結(jié)論，從而填 補(bǔ)我國該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)空白，并為后續(xù)的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能的研究提供依據(jù)。三、課題研究方案1研究內(nèi)容、研究目標(biāo)1.1研究內(nèi)容（1）設(shè)置加勁肋的薄壁鋼管混凝土柱標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)試驗(yàn)主要試驗(yàn)參數(shù)為截面尺寸、加勁

23、肋設(shè)置、荷載比和偏心距。觀察試件在火災(zāi)實(shí)驗(yàn)爐中的試 驗(yàn)現(xiàn)象與試驗(yàn)結(jié)束后的破壞模態(tài)，并記錄失穩(wěn)時間；測量試件在鋼管、核心混凝土、加勁肋各 測點(diǎn)溫度；記錄試件的軸向變形，繪制試件的軸向變形一一時間（溫度）關(guān)系曲線；分析截面 尺寸和加勁肋設(shè)置對構(gòu)件耐火極限、變形及破壞模式的影響趨勢。（2）設(shè)置加勁肋的薄壁鋼管混凝土柱高溫下有限元分析利用有限元軟件ABAQUS建立各種截面尺寸和加勁肋設(shè)置的薄壁方鋼管混凝土短柱高溫 下有限元分析模型，利用所進(jìn)行的短柱試驗(yàn)驗(yàn)證模型的正確性。之后探究不同荷載和偏心距下 軸心受力帶肋薄壁方鋼管混凝土柱的鋼管、核心混凝土和加勁肋之間的相互作用關(guān)系、耐火極 限以及加勁肋和鋼管對核

24、心混凝土的約束機(jī)理，分析高溫下構(gòu)件局部屈曲模式及破壞模態(tài)。1.2研究目標(biāo)（1）提出帶肋薄壁方鋼管混凝土柱標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下的耐火極限計(jì)算方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下短柱的試驗(yàn)結(jié)果和ABAQUS有限元分析計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行整理分析，提出所 研究構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下的耐火極限簡化計(jì)算方法。（2）給出設(shè)置鋼筋加勁肋的薄壁方鋼管混凝土柱的抗火設(shè)計(jì)建議通過試驗(yàn)研究、有限元分析方法，研究構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下受力機(jī)理，通過參數(shù)分析找到主要 影響因素及其影響規(guī)律，給出帶肋薄壁方鋼管混凝土柱抗火設(shè)計(jì)方法，以及提高其抗火性能的 設(shè)計(jì)建議，為工程實(shí)踐提供參考。2擬采取的研究方案、技術(shù)路線2.1研究方案本課題將在參考和分析現(xiàn)有常溫下設(shè)置加勁肋的方鋼管

25、混凝土柱和薄壁方鋼管混凝土柱靜 力性能、其他形式鋼管混凝土柱抗火性能的理論與試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，以理論分析、有限 元模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，完成計(jì)劃的研究內(nèi)容，并最終實(shí)現(xiàn)預(yù)定研究目標(biāo)，具體研究方案 如下：（1）試驗(yàn)研究進(jìn)行不同截面尺寸、加勁肋設(shè)置、荷載比和偏心距下的薄壁方鋼管混凝土短柱標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)試 驗(yàn)，其目的在于，一是獲得標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下該類構(gòu)件的截面溫度場分布規(guī)律，為后續(xù)相關(guān)研究提供 依據(jù)和支持；二是為獲得其真實(shí)的耐火極限，為后續(xù)耐火極限影響參數(shù)分析以及構(gòu)件抗火設(shè)計(jì) 提供依據(jù)和支持；三是可為后續(xù)有限元模擬模型驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支持。（2）ABAQUS有限元模擬建立標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下帶肋薄壁方鋼管混凝土柱的ABA

26、QUS有限元三維分析模型，分析構(gòu)件高溫 下構(gòu)件截面溫度場分布及其受力機(jī)理，探尋受火全過程中鋼管、加勁肋和核心混凝土之間的相 互作用及其變化。進(jìn)而分析截面尺寸、加勁肋設(shè)置、荷載比和偏心距等重要參數(shù)對該類構(gòu)件耐 火極限的影響趨勢。（3）理論分析在合理假定核心混凝土所受約束的分布，建立帶肋薄壁方鋼管混凝土柱中核心混凝土高溫 下等效單軸本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，建立構(gòu)件耐火極限計(jì)算分析模型，推導(dǎo)構(gòu)件耐火極限簡化計(jì)算 公式，并進(jìn)行驗(yàn)證。基于參數(shù)分析的結(jié)果提出該類構(gòu)件的抗火設(shè)計(jì)方法。2.2技術(shù)路線3本課題的創(chuàng)新之處對設(shè)置鋼筋加勁肋薄壁方鋼管混凝土柱進(jìn)行溫度場和耐火極限的試驗(yàn)研究，填補(bǔ)我國相關(guān) 研究的空白。對加勁肋

27、設(shè)置參數(shù)對此類構(gòu)件溫度場和耐火極限的影響規(guī)律進(jìn)行研究和分析。采用合理理論并結(jié)合試驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)得到此類構(gòu)件耐火極限的簡化計(jì)算公式。四、試驗(yàn)及試驗(yàn)設(shè)想本課題試驗(yàn)將借助湖南大學(xué)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。湖南大學(xué)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室屬我國比較先進(jìn)的結(jié)構(gòu) 火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室，相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件比較優(yōu)越，能實(shí)現(xiàn)本課題的有關(guān)試驗(yàn)的要求。本課題擬進(jìn)行不同截面尺寸、加勁肋設(shè)置、荷載比和偏心距下的帶肋薄壁方鋼管混凝土短 柱標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)試驗(yàn)。五、參考文獻(xiàn)鐘善桐.鋼管混凝土.第3版.清華大學(xué)出版社,2002:1-10,49-59.韓林海.鋼管混凝土理論與實(shí)踐.第2版.科學(xué)出版社,2007:31-50.蔡紹懷.現(xiàn)代鋼管混凝土.第1版.人民交通出版社,200

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