竖向预应力钢管高强混凝土 开题报告

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1、 西安建筑科技大学研究生学位论文开题报告研究课题 竖向预应力钢管高强混凝土 叠合柱短柱抗震性能实验研究 学 号 1101240091 研 究 生姓 名 王 汉 迎 学 院 土 木 工 程 学 院 学科专业 结 构 工 程 攻读学位 硕 士 导师姓名 杨 勇 教授 论文工作起止时间 2013. 32014. 4 2013 年 3 月 7 日 填写填填 表表 说说 明明1学位论文开题报告应按要求逐项认真撰写，各栏空格不够时请自行加页。2学位论文开题报告经开题答辩通过，按答辩意见修改后，装订成册，一式四份，研究生本人和导师各留存一份，学院研究生办公室留存一份，上交学校研究生学院一份。3 “参考文献”

2、著录书写顺序为：（1）文献是期刊时，其格式为：序号作者.文章题目.期刊名，年份，卷号，期号（若期刊无卷号，则为：年份、期号）页码。（2）文献是图书时，其格式为：序号作者.书名.出版地：出版社，出版年。4学位论文开题报告打印格式：（1）打印用纸：A4。（2）页面设计：上边距 2.5cm，下边距 2cm，左边距 2.5cm，右边距 2cm。字体、字号：宋体、5 号，于左侧装订成册。一、选题依据一、选题依据论文选题来源论文选题分类国 家 级 科研项目省 部 级 科研项目地方政府 科研项目横向课题自选课题基础 研究应用 研究技术 开发课题研究的目的、意义（包括在我国应用的前景） 、国内外研究现状及存在

3、问题分析，并标注中外文参考文献（要求：博士生参考文献总数不少于 80 篇，其中必须有 1/3 以上的外文文献。硕士生参考文献总数不少于 30 篇，其中必须有 5 篇以上的外文文献） 。1.1. 本课题研究的目的及意义本课题研究的目的及意义 在结构设计中层高一定的情况下，为提高延性而降低轴压比会导致柱截面增大，且轴压比越小 截面越大；而截面增大导致剪跨比减小，又降低了构件的延性。因此，在高层特别和超高层建筑结 构设计中，为满足对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超 短柱。 因此，本实验的目的是为了提高短柱延性，使短柱能够在地震作用下有较好的抗震性能。 钢筋混凝土短

4、柱地震严重破坏主要原因是柱延性差、抗剪承载力、轴向承载能力和受弯承载能 力不足所致。因此， 建筑抗震设计规范对混凝土柱采用严格的轴压比限值和弹塑性层间位移角限 值来确保混凝土抗震性能，而这些措施在工程实际应用中主要通过增加柱截面面积或钢筋配筋量来 提高，其中增加柱截面面积会带来截面偏大、形成的超短柱影响建筑使用和建筑观瞻等缺陷，而增 加纵向钢筋和箍筋配筋量对提高柱承载能力尤其是柱抗震承载能力不是非常有效，导致在实际地震 中出现柱实际轴压比超限、柱实际承载能力不足和柱端塑性铰实际转动能力不够等现象，仍然发生 严重破坏。为此，很多专家学者围绕如何提高钢筋混凝土柱抗震性能这一重要课题开展了大量颇有成

5、效的 研究工作，提出了型钢混凝土柱、钢管混凝土柱、混凝土柱、核心配芯筋和核心配型钢（型钢、钢 管）等新型柱结构形式，取得了较多有价值研究成果。 基于上述研究思想和研究成果，本课题在核心配芯筋、核心配型钢和核心配钢管组合柱研究基 础上，提出“竖向预应力钢管高强混凝土叠合柱”结构形式，竖向预应力钢管高强混凝土叠合柱是 在结合上述新型柱结构形式开发出的又一新型柱结构形式。竖向预应力钢管高强混凝土叠合柱主要 构想思想为：（1）在普通混凝土柱中心设置一个圆形预应力钢管高强混凝土芯柱，该钢管高强混凝土芯柱在 钢管内配置预应力钢绞线后浇筑高强混凝土制作而成。 （2）预应力钢管混凝土芯柱采用先张法，即在浇筑混

6、凝土之前将钢绞线固定在锚具上，待混 凝土达到一定强度切断或移除锚具形成预应力钢管混凝土芯柱。 由于在柱核心部分布置一个预应力钢管混凝土芯柱，竖向预应力钢管高强混凝土叠合柱短柱相 对普通混凝土柱具有以下显著优点： （1）由于在柱核心内布置预应力钢管混凝土芯柱，可以有效提高短柱在大震作用下的弹塑性 变形能力，可以有效提高柱延性和耗能能力，防止结构在大震下发生破坏和倒塌； （2）由于在柱核心内置预应力钢管混凝土芯柱，柱弹性刚度显著增加，可以有效减少结构在 小震下的弹性变形； （3）由于预应力芯柱为钢管混凝土柱而且位于柱中心，因此，柱端及柱身抗剪承载能力得到 显著提高，可以有效防止短柱柱身剪切破坏的发

7、生； （4）由于芯柱为钢管强混凝土芯柱，柱竖向承载能力也得到相应提高，可以有效避免和防止 柱端混凝土压溃破坏； （5）由于在柱核心内置钢管混凝土芯柱，类似于在混凝土柱中形成一根“主心骨” ，可以有效 提高柱抗冲击能力和抗连续倒塌能力。 总体而言，不难分析到经合理研究设计的该新型叠合柱形式在提高混凝土柱抗震性能和抗冲击 性能方面也具有良好的效果和优势。同时，该新型组合柱形式在施工安装、耐火性能和经济效益方面也具有以下显著优势： （1）由于芯柱内布置预应力钢绞线可提高框架柱的延性； （2）由于芯柱可全部预制生产，因此，预应力钢管混凝土芯柱内混凝土浇筑方便，避免现场 浇筑造成芯柱内混凝土浇筑不易密实

8、的困难； （3）由于芯柱内混凝土受到钢管，同时钢管还可以受到钢管表面菱形箍筋和芯柱外混凝土， 钢管和芯柱内混凝土均受到足够，芯柱内混凝土强度可以得到提高，因此，芯柱可以大大提高该新 型组合柱竖向承载能力； （4）由于钢管位于混凝土柱中心，预应力钢管混凝土芯柱耐久性能和耐火性能均可有效提高；（5）竖向预应力钢管高强混凝土叠合柱短柱用钢量很小，对于量大面广的多层和小高层住宅、 中小跨径桥梁墩柱和中小跨度厂房排架柱，该新型组合与传统型钢钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱相 比，具有明显经济优势和应用前景； （6）与传统型钢混凝土柱和钢管混凝土柱相比，该新型叠合柱中芯柱直径小，不影响梁柱节 点处梁中钢筋穿越，

9、施工简单、方便。 （7）与核心配芯筋和核心配型钢相比，竖向预应力钢管高强混凝土叠合柱短柱具有在同样用 钢量下强度、刚度和延性提高更高的性能优势。 （8）与核心配现浇钢管混凝土芯柱组合柱相比，本项目提出的核心配预应力钢管混凝土柱不 用现场浇筑钢管内混凝土，施工极为方便，非常适用于配销直径钢管混凝土芯柱的中小直径混凝土 柱。 总体而言，本项目研究的“竖向预应力钢管高强混凝土叠合柱短柱”是具有良好抗震性能、抗 冲击性能、抗连续倒塌性能、耐久性和耐火性能诸多优势，同时具有施工方便、经济合理和应用面 广等推广价值的新型混凝土柱形式，对解决混凝土短柱延性问题具有重要的研究意义和研究价值。 2 2、国内外的

10、研究现状、国内外的研究现状 国内外关于钢管混凝土结构和型钢混凝土结构的研究开展较早，目前中国、日本、美国和欧共 合体均形成了关于钢管混凝土结构和型钢混凝土结构的设计规程和规范。从 20 世纪 80 年代中期开 始，随着我国超高层建筑的发展，钢管混凝土结构和型钢混凝土结构也得到我国工程界的重视，我 国多家研究单位先后对钢管混凝土和型钢混凝土结构抗震设计理论进行了研究。随着高强混凝土的 发展应用，钢管混凝土结构和型钢混凝土结构体系研究得到重视。这些研究都充分肯定了钢管混凝 土结构和型钢混凝土结构良好的抗震性能，为钢管混凝土结构和型钢混凝土结构推广应用提供了重 要的理论依据。 目前，钢管混凝土结构和

11、型钢混凝土结构已经逐渐在超高层建筑、大跨桥梁和重型厂房等重要 工程中成为主要竖向构件形式，但是由于钢管混凝土结构和型钢混凝土结构造价较高，目前在量大 面广小高层住宅、办公楼建筑、中小跨桥梁和普通厂房中大量使用钢管混凝土结构和型钢混凝土结 构仍具有一定的局限性。 为提高混凝土柱抗震性能，国内外很多专家先后开展核心配钢筋和核心配钢混凝土柱抗震性能 及抗震设计方法研究。范重等专家对核心配芯筋混凝土柱进行了实验研究，研究结果表明，核心芯 筋能有效改善钢筋混凝土柱延性和耗能性能。我国现行抗震规范也规定当钢筋混凝土柱中部核心芯 筋配筋率不小于 0.8%时，钢筋混凝土柱轴压比限值可以提高 0.05，虽然芯筋

12、对轴压比限值提高较为 有限，但却反映了核心配钢的有效性。 国内外关于核心配钢混凝土组合柱的研究始于上个世纪八十年代，日本学者为改善钢筋混凝土 柱抗震性能，对核心配钢混凝土组合柱开展了相关研究。Yasuo Tanaka 和 Hammi Yashiro 等对钢筋 混凝土柱及核心型钢（核心 H 型钢、核心钢管）混凝土进行了低周反复加载试验研究。研究结果表 明核心型钢（H 型钢和核心钢管）对柱延性有显著提高作用，尤其对于轴压比较大柱延性提高更明 显。Tashio Nagashima 和 Katsuki Takiguchi 进行了 7 个核心型钢的高强混凝土组合柱时间的低 周反复加载实验研究，结果表明，

13、柱核心配置少量型钢能有效提高柱在强轴方向上的抗震承载能力， 而且型钢混凝土共同作用性能很好，柱的变形能力得到明显改善。 Junichi Chiaki 和 KouichiMinami 的试验结果表明，核心型钢配钢率在 3.20%时柱子的延性 提高已经很明显，研究结果还表明由于核心型钢更接近于单纯受压，核心型钢混凝土比常规性钢混 凝土柱轴压比限值提高程度更明显。Mizuo Inukai，Kazuya Noguchi 等的试验结果表明，核心型钢 能有效提高钢筋混凝土柱的变形能力，并相应提高柱抗剪承载能力；同时表明配箍是影响核心型钢 混凝土柱抗震性能的重要因素。上述研究结果均表明核心型钢能改善柱变形能

14、力，而且能相应提高 柱抗剪承载能力。3 3、参考文献、参考文献 【1】GB500102010.混凝土结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2010. 【2】GB500112010.建筑抗震设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2010. 【3】赵鸿铁：钢与混凝土组合结构M，北京：科学出版社，2001 【4】叶列平，方鄂华.钢骨混凝土构件受力性能研究综述J.土木工程学报，2000（5）： 111 【5】Minoru Wakabayashi .Recent Development and Research on Composite and Mixed Building in Japan. Proc

15、. Of the ASCCS International Conference，Bratislava，Slobakia，1994:237242 【6】Yukio Maeda：Recent SteelConcrete In Japanese Civil Engineering Structures，Proc .Of the 3rd International Conference on SteelConcrete Composite Structures，Special Volume，Fukuoka，Japan，991:1938 【7】钟善桐.高层钢混凝土组合结构M.广州：华南理工大学出版社，2

16、003。 【8】韩林海.钢管混凝土结构理论与实践.北京：科学出版社，2004。 【9】韩林海，杨有福.现代钢管混凝土结构技术M.北京：中国建筑工业出版社，2007。 【10】张大旭，张素梅.钢管混凝土梁柱节点动力性能试验研究.哈尔滨建筑大学学报， 2001（1） 。 【11】赵根田，李鹏宇.H 型钢部分包裹混凝土组合短柱抗震性能的试验研究.内蒙古科技大学 学报，2008。 【12】吕西林，陆伟东.反复荷载作用下方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究.北京：建筑结构 学报，2000。 【13】范重，钱稼茹，吴学敏.核心配筋柱抗震性能试验研究.土木工程学报，2001（1）： 1419。 【14】李惠.高强混凝土及其组合结构.北京：科学出版社