开题报告 d - 图文

福建农林大学

本 科 毕 业 论 文 开 题 报 告

论文题目：_钢管混凝土叠合结构的设计和施工方法研究

学 院：_____ 金山学院 _ _ 专业年级：___08土木工程3班___ _ ___ 学 号：_____082236108_ __ ______ 姓 名：_____ ___李东海 _ __ _ 指导教师、职称：__ 廖飞宇 讲师

年 月 日

一、选题意义及国内外的研究现状，主要研究内容，工程实例及其发展历史（含文献综述） 选题意义： 随着社会的发展，各种科学技术也是日新月异，建筑在技术方面也发生了重大的变化，采用了新的结构形式。钢管混凝土叠合结构作为一种新兴学科,发展前景广阔。在高层建筑结构中,钢管混凝土叠合柱具有很强的相容性,它既可在混凝土结构体系中因时因地制宜地取代部分钢筋混凝土柱,以解决高层建筑底部的“胖柱”问题和钢筋高强混凝土柱的脆性破坏问题;也可在钢结构体系中取代钢柱,以减少钢材用量和减轻风致振动等。在大跨桥梁建设中,钢管混凝土这种高强轻质便于施工的高效结构材料,单位重量的承载力与钢材相近,甚至可能比钢材还要强,其钢管兼具安装架设阶段的劲性骨架、灌注混凝土阶段的模板和钢筋、以及运营阶段对核心混凝土的套箍约束等多种功能,较全面地解决了桥梁结构所要求的用料省、安装重量轻、施工方便、承载能力大等诸多矛盾,是建造大跨度拱桥的一种比较理想的结构材料。钢管混凝土叠合结构能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要,符合现代施工技术的工业化要求,正被越来越广泛地用于工业厂房、高层和超高层建筑、桥梁和地下等结构中,取得了良好的经济效益和建筑效果,已成为结构工程科学的一个重要发展方向。 研究现状： （1）钢管混凝土叠合结构的发展现状 钢管混凝土叠合住是在劲性混凝土和螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。最初的研究对象是圆钢管混凝土叠合住,已取得大量的研究成果,并广泛应用于高层建筑、工业厂房、桥梁等工程中。由于钢管混凝土具有很多优点,因而已受到国内外一些研究人员的重视,取得了一定的研究成果并在一定程度上得到应用,但有关的设计规程尚不够完善,还有待于更深一步的研究和完善。在过去的几十年里,对钢管混凝土叠合结构无论在理论上还是在工程上均取得了一定的进展。 钢管混凝土叠合柱的优点： 1) 钢管混凝土叠合柱和钢管混凝土柱都以混凝土材料为主,前者钢材用量更少。 混凝土又分为管内和管外两部分,管内可用超高强混凝土,虽单价较贵,但用量少,管外可用一般高强混凝土(C50～C60) ,其性能和质量较好控制,造价也低。 2) 钢管混凝土叠合柱的抗侧移刚度大、阻尼比大,可增加结构刚度、减少地震时的向变形,增加超高层建筑抗风的舒适感。正在设计的大连边业大厦，主塔楼平面呈长条形板式布局,高宽比已接近710 ,设计采用组合结构,配合顶部2 个减震装置和部分阻尼墙的设置,使该建筑的抗风、抗震性能得到有效控制。 3) 钢管混凝土叠合柱核心处的超高强混凝土,受到其外圈钢管及管外的钢筋混凝土的双重约束,提高了套箍作用。 试验分析表明,配箍率足够的外围混凝土对核心混凝土和核心钢管的套箍作用也很明显,使管中混凝土的脆性更得抑制,强度更加提高,为管中采用C100 级以上混凝土提供有利条件，沈阳富林广场工程成功地在底部8 层核心钢管中泵送浇筑了C100 级商品混凝土(设计为C90 ,实际建成并通过检测鉴定认为全部指标均达到C100 级) 。 4) 钢管混凝土短柱的承载力是很大的,当柱高与管径之比H/ D > 4 时,要进行稳定系数和偏心距影响系数折减。 这个系数折减较大,往往把钢管混凝土提供的短柱承载力成倍地被减掉。 而外包钢筋混凝土的组合柱其截面尺寸比钢管混凝土适量增大,所用钢管直径反而可减小,可以按钢筋混凝土构件确定稳定系数。 一般组合柱的H/ b

均可控制在8 以内,所以采取组合柱后,核心钢管混凝土的承载力可按短柱计算,使其承载潜力充分发挥出来。钢管混凝土叠合柱的成功应用,不仅发展了高层建筑,也大大地扩展了钢管混凝土柱的应用范畴,使钢材和混凝土的组合更趋完美。 随着科研和实践的不断丰富,这种造价低、施工方便、更充分发 5)钢管混凝土提高了节点核芯区的抗剪承载力，可简化核芯区构造，方便施工。 6)钢管内和钢管外都有混凝土，钢管壁不会发生屈曲。 7)钢管外的混凝土可起抗火作用。 工程应用情况： （1）深圳华润中心（二期）君悦酒店该工程位于深圳市，地下室共3 层，其中A 栋为42 层超高层酒店，总高度193m，裙房2 层，高17。5m，结构高宽比193 21。92=8。8。考虑到施工周期和综合经济效益，酒店主体结构采用框架-核心筒的混合结构体系， 外框架柱采用了方形和矩形截面钢管混凝土柱，并在钢管内浇筑自密实高性能混凝土，进一步发挥组合柱的综合优势。该工程组合柱最大截面为1300×1300，钢管内浇筑C60 混凝土。 （2）厦门海峡交流中心二期工程该工程位于厦门市思明区会展北片区，高48 层，建筑总高215m（大屋面高205m），1 层层高6。0m，2～5 层层高5。2m，设备层层高4。5m，标准层层高4。1m。建筑1~5 层带局部裙房，建筑边长44。6m，首、2 层主要为大堂，3～5 层为商业用途，17 层、33 层为设备层，其他为办公楼层，该塔楼整体的高宽比为215。044。6＝4。82，首层核心筒为19。2m×22。15m，高宽比215。0 19。2=11。2。该工程组合柱采用了圆形截面钢管混凝土柱，最大截面f 1150，管内浇筑C70 混凝土。 （3）深圳卓越皇岗世纪中心该工程位于深圳市福田区益田路与金田路之间，紧邻金田路，总建筑用地30667。7m2，总建筑面积42。4 万m2，主要由4 幢塔楼及裙房地下室组成，1#、2#、4# 塔楼为超高层建筑，主体高度分别为280m、268m和180m，3# 塔楼为高层建筑。裙房地面以上共4 层，总高为20。5m，作商业用途，总建筑面积约4。6 万m2。地下室共3 层，负3 层地面标高-14。5m，总建筑面积约87200m2，主要用于停车场，部分用于放置设备。在该项目1#、2#、4# 塔楼外框架柱中采用了钢管混凝 土叠合柱，其截面形式为图1b，最大截面为1400×1400，钢管内外浇筑C70 混凝土。 （4）叠合柱首先应用于沈阳日报社大厦的地下室逆作法施工。1996年，辽宁省邮政枢纽采用叠合柱。至今，仅辽宁地区已有19幢高层建筑采用叠合柱结构，其中16幢已标准介绍经建成并投入使用。 钢管混凝土叠合柱研究现状文献综述 文献[1] 混凝土和钢材两种材料的不同组合方式,构成了现代高层建筑的主要结构体系。 充分利用混凝土和钢材两种材料性能的特点,将两种材料有效组合,形成一系列新颖、高效的新构件、新体系。 从钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土到今天的钢管高强混凝土组合结构,混凝土和钢的组合更趋完美。 文献[2] 钢管混凝土叠合柱由截面中部钢管混凝土和钢管外侧钢筋混凝土叠合而成，东海商务中心（一期）工程两栋超高层办公楼为叠合柱结构体系，采用钢管贯通、翅片连接、钢管钢筋3种连接方式及RC环梁节点，技术先进，施工快捷，取得了较好社会和经济效益。 文献[3] 回顾了钢管混凝土叠合柱技术的发展和取得的成就。通过一项具体工程的柱子设计, 论述钢管混凝土叠合柱的特点与设计概念, 对成柱过程中不同组成材料采取强化、组合、约束、叠合等手段, 达到截面优化。同时分析讨论叠合柱的技术经济性和优化设计的目标。

文献[4] 综述了钢管混凝土结构理论研究及应用的现状和新进展。 对钢管混凝土的静力性能,长期荷载作用下的力学性能、动力性能及耐火性能等研究成果做了概述,并对其粘结性能研究、钢管高强高性能混凝土研究、火灾后剩余承载力研究等最新研究进展和关键技术进行了介绍。 总结了钢管混凝土结构在拱桥和高层超高层建筑中的应用,并对其需要进一步深入研究的关键技术问题进行了探讨。 对我国钢管混凝土结构技术的发展现状作了简要灌混 文献[5] 简单的介绍了钢管混凝土结构的发展及其在工程实践上的广泛应用。根据国内外对钢管混凝土的研究, 介绍了钢管混凝土结构的发展和特点、钢管与混凝土的共同工作、钢管混凝土构件的受力性能及其有关计算理论; 并从抗震性能、经济效果、构造做法以及施工等方面与钢结构和钢筋混凝土结构进行了详细的比较, 通过分析有关资料及大量的统计数据阐述了钢管混凝土在应用中的优、缺点。 文献[6] 单介绍了钢管混凝土结构的兴起和发展; 列举实例阐述了该种结构形式的广泛用途; 从钢管混凝土短试件承受轴心压力作用的实验结果简单剖析了钢管混凝土柱最基本的受力特性; 并针对该种结构的特点从承载力、抗震性能、经济效果、构造做法以及施工的难易程度等方面与钢结构和钢筋混凝土结构进行了详细的比较, 通过分析有关资料及大量的统计数据阐述了钢管混凝土运用在具体工程中所体现出的优、缺点。 文献[7钢管混凝土结构由于具有一系列优点,近年来在国内外的研究和应用取得了令人瞩目的成果。介绍了钢管混凝土结构的特点,论述了钢管混凝土在国内外的发展现状,探讨了钢管混凝土结构的发展前景。 文献[10]比较了钢管高强混凝土叠合柱与普通高强混凝土柱的在周期往复荷载作用下抗震能力和破坏形式； 然后根据试验结果． 分析了叠台柱受水平荷载作用时， 外围钢筋混凝土与核心钢管混凝土之问轴力及水平力的分配关系： 最后讨论了外围混凝土强度等级及名义轴压比等参数对叠台柱抗震性能的影响[10]。 文献[11]研究现有高强混凝土及铜臂混凝土本构关系，运用合成法编制了计算程序·对钢管高强混凝土叠合柱的截面弯矩一曲率关系进行了全过程分析，并讨论丁主要参数对上述关系的影响；经大量回归分析，建立了钢管高强混凝土叠合柱截面弯矩一曲率关系的三折线模型[11]。 文献[12]以深圳卓越皇岗世纪中心项目的塔楼设计为例\介绍了使用有关设计软件对钢管混凝土叠合柱的设计计算方法及钢管混凝土叠合柱与钢筋混凝土梁节点的处理方法[12]。 文献[13]讨论以钢管混凝土为核心支柱，后期叠合浇注外围钢管混凝土的叠合柱的抗震机理和设计方法。 文献[14] 介绍钢管高强砼为核心的钢筋砼叠台柱的工作机理，试验情况和设计应[14]用。 文献[15]在富林广场工程设计的基础上，针对设计中采用的外包钢管混凝土柱在利用现有的结构设计软件进行计算时，遇到软件无法录入柱的参数，而必须进行等效代换。本文对3种代换方式：强度代换、弯曲刚度代换、压缩刚度代换进行比较分析[15]。 文献[18深圳卓越·皇岗世纪中心项目二号塔楼建筑物主体高度238 m，核心筒部分及屋顶钢架高度升至268 m，核心筒高宽比为17．3，属超B级高层建筑。介绍了该结构整体分析、弹性时程分析、中震不屈服分析和动力弹塑性分析的结果及相应结论。 参考文献： [1] 林立岩, 李庆钢。 混凝土与钢的组合促进高层建筑结构的发展[J]。 东南大学学报(自然科学版), 2002,(05)

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