开题报告-刘哲.doc

硕士学位论文选题报告及论文工作计划课 题 名 称 砖混结构托换中钢筋混凝土托换梁的试验研究研 究 生 刘哲 学 号 2009010124 年 级 2009 学 科 专 业 结构工程 研 究 方 向 工程结构安全性诊断与加固改造 所 在 学 院 土木工程学院 导 师 李安起 选 题 时 间 2010 年 05 月 1 日 山东建筑大学研究生处制一、选题的来源及依据选题题目砖混结构托换中钢筋混凝土托换梁的试验研究论文类型理论研究选题来源国家项目应用研究部（省）项目工程技术厅局（市）项目跨学科研究企事业委托项目其他国际合作项目选题方式导师推荐其 他研究生自选在相应栏中划“”1 文献综述（选题的依据，课题研究的主要内容和目的，国内外研究现状、发展动态，主要参考文献）1.1选题的依据近半个世纪以来，砌体结构由于其自身的优点，如取材方便、保温、隔热性能好、节省钢材和水泥、造价低廉、施工简便等，在我国的住宅、办公等民用建筑领域得到广泛的应用。通常砌体的抗压强度较低，块材和砂浆的粘结力较弱，保证墙体等承重构件具有足够的承载能力是房屋结构安全可靠和正常使用的关键。在砌体房屋设计时，首先应当根据房屋的使用要求进行承重墙体的布置。承重墙体的布置，不仅影响到房屋平面的划分和房间的大小，而且对房屋的荷载传递路线、承载的合理性、整体刚度等受力性能有着直接的关系，为保证这类建筑的结构安全和正常使用，房屋开间和进深通常均较小。建筑物建设时，都是根据其自身所要求具备的功能与目的来进行设计和施工的。但是随着经济社会的不断发展，原有建筑的使用功能已经无法满足人们对居住和工作环境的要求，尤其是在建筑空间、日照、通风、节能和卫生等方面，因此导致相当数量的既有建筑物与新功能、新标准相比较为落后。例如，中国发展计划委员会发表的关于中国城市发展计划中提出，未来几十年，我国将进入城市化加速发展时期。随着城镇化进程的快速发展，一些老城区渐渐成为了中心商业区，商业建筑一般要求有大的建筑空间。而老城区建筑建设年代久远，结构型式多为砖混结构，房屋开间和进深均较小，往往难以满足商业经营对建筑空间的使用要求。一定数量的建筑物功能滞后是经济社会发展的产物，反过来，建筑物功能的滞后又阻碍社会的发展。对这一问题的解决途径通常有拆除重建和技术改造两种方法，以达到使其满足人们工作、生活得需求。实践证明，与拆除重建相比，既有建筑物的技术改造拥有投资少、工期短、节约资源、降低污染、效益高等突出的优势。在当今经济飞速发展的时期，时间与效益往往有着决定性的作用。因此，对既有建筑物的技术改造成为改善落后建筑的有效手段。对于砌体结构来说，房间通常较小，为了满足商业建筑的需求，一般需要拆除部分承重墙体以达到大空间结构。由于需要拆除部分承重墙体。荷载的传递路线和结构受力都会发生变化，所以设计一种结构安全、施工方便、节省投资的结构改造方案，成为砌体房屋大空间改造的关键，而这种结构改造方案需要解决的关键技术就是托换技术。另一方面，结构托换技术的研究成果还可用于既有建筑物的其他改造方面，例如建筑物的顶升处理、纠倾扶正、增层改造等方面也都发挥极大作用。开展砌体结构房屋中托换技术的研究关系到房屋改造过程中的施工难度既安全性，恰当的托换技术有利于保证改造后的砌体结构房屋的安全使用，促进砌体结构房屋在社会经济的发展中发挥更大的作用。而砌体结构托换设计中最重要的就是托换梁的设计。托换梁按受力来分，又分为普通钢筋混凝土梁和墙梁，墙梁是由托梁与其上部计算范围内的墙体的组成体。在计算中，墙梁要考虑到托梁以上墙体对结构的影响，要计算墙体对托梁刚度的有利影响。所以，在实际工程中。按墙梁计算的托梁配筋比没有考虑墙梁作用的托梁配筋要少。不过墙梁的计算比较繁琐，所用规范比较复杂，在现在的设计里，多不按墙梁计算。墙梁是由墙和托梁组合而成.当托梁及其上的墙体达到一定强度后.它们两者就能共同工作,在裂缝出现前,如同钢筋混凝土和砖砌体两种材料组成的深梁.根据用有限单元法分析。墙体无洞口时,主压应力都指向支座,墙梁形成拱作用,托梁主要受拉,这与一般受弯构件情况不同。据试验研究,影响墙梁破坏形态的因素较多,如砌体高跨比(hw/l0),托梁高跨比(hh/l0),砌体的抗压强度设计值(f),混凝土的轴心抗压强度设计值(fc),托梁的纵向受力钢筋配筋率(),加荷方式,墙体开洞情况以及有无纵向翼墙等。于这些因素的不同,将发生下述几种破坏形态.。(1)弯曲破坏 当托梁中的配筋较少,而砌体强度却相对较高,且hw/lo亦较小时,则一般先在跨中出现竖向裂缝。着荷载的增加,竖向裂缝穿过托粱和墙体界面,迅速上升,最后托梁的下部和上部主筋先后达到屈服,墙梁沿跨中垂直截面发生弯曲破坏.。(2)剪切破坏 当托梁中配筋较多,而砌体强度却相对较低,且hw/lo适中时,易在支座上部的砌体中由于主拉或主压应力引起斜裂缝,导致砌体的剪切破坏。(3)局部受压破坏 当托梁中配筋较多,而砌体强度却相对较低,且hw/lo 0.750.8时,在托梁支座上方砌体中竖向应力集中,当该处应力超过砌体的局部抗压强度时,将产生砌体局部受压破坏。 托梁可做为简支梁来进行研究，梁的两端搭在两个支撑物上，两端铰接，现实看是只有两端支撑在柱子上的梁，主要承受弯距的单跨结构。一般为静定结构 ，受力简单，跨中只有正弯矩，体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力都不会在梁中产生附加内力。钢筋混凝土梁的计算理论是建立在大量试验的基础之上的。因此，在计算钢筋混凝土受弯构件以前，应该对它从开始受力直到破坏为止整个工作过程中的应力应变变化规律有充分的了解。为了着重研究正截面的应力和应变规律，钢筋混凝土梁受弯试验常采用两点对称加荷，使梁的中间区段处于纯弯曲状态，试验梁从加荷到破坏整个过程分为三个阶段：未裂阶段、裂缝阶段、破坏阶段三个阶段。1.2课题研究的主要内容和目的因为在一些建筑物中，墙体的强度砂浆的强度以及构造柱等都达不到墙梁的构造要求，所以无法按墙梁来进行设计和计算，必须进行普通混凝土梁的托换，而这些托换的计算尚未建立一个明确的计算模型，因此有必要进行一些实验研究来确立普通混凝土梁的计算模型。本项目对采用混凝土梁作为托换梁进行研究，考虑托梁与上部墙体的共同工作以及仅普通钢筋混凝土梁工作的两种情况。通过结构软件分析和实验分析，得出墙梁中的托梁和普通钢筋混凝土梁在不同工况下的力学行为和破坏形态。具体研究内容与目标如下：（1）进行构件设计，对墙梁和普通混凝土托换梁在不同工况下进行分析模拟，得出其各自在不同荷载作用下的受力特点和变形情况。（2）对墙梁中托梁和普通混凝土托换梁进行加载试验，并记录其各自在不同荷载下的受力特点和变形情况，并对数据进行分析。（3）运用软件进行实验结果后处理。（4）比较试验结果与理论分析结果，得出托换梁的计算模型，为托换梁的设计应用提供理论指导。1.3国内外研究现状及发展动态在我国，墙梁结构有着十分广泛的应用，对于墙梁的计算方法在我国有着十分重要的理论意义和实用价值。我国对墙梁的研究始于20世纪70年代初。对于无洞口或中部开洞的墙梁，多采用日莫契金的弹性地基梁理论计算其托梁内力。对于开有偏洞口的墙梁，多用全荷载法计算，也有采用部分荷载法或过梁法计算托梁。在我国，从 1974年开始，由华南工学院、浙江大学、西安冶金建筑学院、郑州工学院、北京钢铁设计总学院、中国西南设计院等十五家单位联合组成的墙梁专题组，对墙梁的组合工作特性进行了系统的构件试验研究和大量的有限元分析，并于 1984年4月通过鉴定，列入砌体结构设计规范。例如，西安冶金建筑学院进行的砖墙梁试验；浙江大学进行的大尺寸墙梁试验；郑州工学院进行的两洞商店住宅墙梁的内力和变形实测等。最早的全荷载法不考虑托梁和墙体的组合工作，而将所有荷载全部作用在托梁上，托梁按钢筋混凝土受弯构件设计。其结果是托梁的截面尺寸偏大而配筋量则更为偏大，但未验算墙体的抗弯和抗剪，墙体的承载力得不到保证，结构的安全性未必能得到保证。后来出现了部分荷载法、过梁法，倒弹性地基梁法对作用于托梁上的荷载进行了折减，但没有考虑墙和梁的共同工作。周磊在简支墙梁的分析与计算研究分析了一些关于简支墙梁的受力特点。他提出墙梁内的拱效应的出现使得托梁的内力大大减少，配筋也大大减少。国外墙梁结构的研究现状：一直以来，墙梁结构的设计的问题在世界各国一直未得到很好的解决。从20世纪50年代开始，英国和前苏联进行了实验和理论分析并提出了相应的计算方法。在这些计算方法中，过去曾经在我国采用和介绍的有全荷载法、日莫契金法、伍德法等。托梁的研究计算一直以来比较简单，可运用结构力学中的知识以及混凝土结构中的部分知识进行设计。钢筋混凝土梁按其截面形式，可分为矩形梁、T形梁、工字梁、槽形梁和箱形梁。按其施工方法，可分为现浇梁、预制梁和预制现浇叠合梁。按其配筋类型，可分为钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁。按其结构简图，可分为简支梁、连续梁、悬臂梁、主梁和次梁等。1.4主要参考文献1 李莹，王总辉，张鑫.德州农机厂商住楼墙体托换J.工业建筑2001，31卷10期67页.2 王辉平.多层混合结构承重砖墙无支撑托换技术J.施工技术1995，3卷3 张新中，王桂英，杨宏杰. 钢结构在托换技术中的应用J.建筑结构2007，37卷（增刊）。4 王珺，徐勤. 砌体结构改造工程承重墙体的两种托换方法J. 建筑结构2007，37卷（增刊）。5 李雁，吕恒林，殷惠光。托换技术在砖混结构加固改造中的应用J.建筑技术2008，39（5）:339-342.6 管立夫，龚晓红。教学楼中间层改建为大空间酒店的托换技术J。建筑技术开发1997。7 程远兵，王三会。两种简易可行的砖墙托换梁J。四川建筑科学研究2005，31卷4期（44-45）。8 郭剑飞，杨育人。某砖混结构墙体托换改造与加固设计J.四川建筑科学研究2009，35卷3期（78-81）。 9 尚善全，高志刚，赵来顺.砖混改底框结构托换中的变形控制研究J.西安科技大学学报.200910 丁立新.浅谈工程结构加固改造J.建设监理2005.511 敬登虎，曹双寅，郭华忠.钢板-砖砌体组合结构托换改造技术及应用J.土木工程学报200912 童敏，彭少民.钢-砌体组合结构在砖混建筑改造中的应用J.武汉理工大学学报200713 熊鸳，胡松.一种用钢结构加固砖混结构的新方法J.成都大学学报200614 郭华忠，敬登虎.钢板-砖砌体组合结构在砖混房屋大空间改造中的应用J.工程抗震与加固改造.200915 贾强.砖混结构建筑物墙体托换的加固设计J.四川建筑科学研究200516 王成祥.混合结构承重砌体房屋部分改造为大空间的作法J.建筑技术200517 陈松.论托梁拆墙改造的设计与施工J.四川建材200718 易方民等.砖混结构中托梁拆墙方法的研究J.建筑科学200719 曾欣.旧砖混建筑改造中托换技术方案对比分析J.江苏建筑.200920 范夕森.既有砌体房屋改造大开间的结构设计J.工程抗震与加固改造.200821 王晓梅，邵界立.旧房改造中拆除承重砖墙技术J.基建优化200222 夏亚伟.钢筋混凝土深梁计算分析与设计研究D.武汉理工大学.200623 蔡新华.房屋结构托换技术研究D.同济大学.200724 博弈工作室.ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解C.中国水利水电出版社.200625 姚振纲，刘祖华编著.建筑结构试验M.上海：同济大学出版社，2004:93-10326 谢凡.墙梁结构的有限元分析D.湖南：湖南大学，200127 龚绍熙，唐克强.简支墙梁工作特性和计算方法的实验研究和有限元分析J.郑州工学院学报，1988，9（3）：1-1328 B.Stafford Smith and J.R.Riddington: Composite Behaviour of Elastic Wall-beam systems. Proc Inst Civ Eng, Pt2,June 1977,63, 377-39129 J.R.Riddington and B.Stafford Smith: Composite Method of Design for Heavily Loaded Wall-beam Structures. Proc Inst Civ Eng(London),Pt1, Feb 1978,64, 137-15130 B.Stafford Smith and L.Pradolin: Composite design method for Masonry Walls on Concrete Beams. Can J Civ Eng,3,Sep 1983,10,337-34931 B.Stafford Smith; L.Pradolin and J.R.Riddington: Composite Design Method for Masonry Walls on Steel Beams. Can J Civ Eng,1,Mar 1982,9,96-10632 C.K.Ramesh; P.S.Dravid and E.Anjsneyulu: A Study of Composite Action in Brick Panel Wall Supported on Reinforced Concrete. Indian Concrete Journsl, Oct 197033 Woods R.H. The Composite Action of Brick Panel Walls Supported on Reinforced Concrete Beams. National Building Studies Research Paper, No.13,1957,London34 P.Burhouse: Composite Action between Brick Panel Walls and Their Supporting Beams. Pros. Institution Civil Engineering,1969,43,June,175-19435 S.Rosenhaupt: Experiment Study of Masonry Walls on Beams. Journal of The Structural Division, ASCE, June 196236 Wang Qinglin, Yi Wenzong: An Experomental and Theoretical Investigation of The Ultimate Shear Capacity of Masonry Walls on Beams. Third International Symposium on Wall Structures, Warsaw, June 1984,VOL.12 学术构想与思路、拟解决的关键技术混凝土梁作为托换梁的托换技术在工程实践中已有应用，但在墙梁和托梁的试验研究与理论分析方面相对滞后。本课题通过对这几种托换梁的计算模型通过实验来进行模拟，得出相应的数据，进行处理，并得到最佳最适合计算的实验模型，在实验室进行实验模拟，得出数据后并运用结构软件进行理论模拟，为托换梁的设计应用提供理论指导。（1）由于本试验是模拟的托换后的混凝土梁，是研究的一个二次受力的构件。我们所做的试验构件能否与实际的受力情况相符，这是本课题的关键技术。（2）在实验过程中如何加载，以及加载后的破坏形式成为本课题需要就得另一个重要内容。此外，在分析中，参数获取、设计优化均成为本课题亟待解决的内容。3 所阅文献的查阅范围及手段文献查阅范围包括国内外期刊杂志、硕博毕业论文、国内外会议论文集、国家规范、设计手册、有关单位的技术资料。查阅方法主要有两种：一、是在山东建筑大学图书馆开架书库、国内外期刊阅览室内进行人工检索，并根据资料后所列的参考文献依次追溯查询；二、是通过对山东建筑大学图书馆连接的清华同方全文数据库、万方数据库、重庆维普数据库进行检索查找最新资料及相关论文。二、选题的理论意义、推广价值及预期成果选题的理论意义通过本课题的研究，对墙梁中的托梁和普通混凝土梁的几种形式进行实验分析，并比较墙梁中托梁和普通混凝土梁在不同工况下的受力特性和破坏形态，并与同期进行的试验研究相对照，为以后进行托换时的托换梁的设计选择最优的计算模型，提供理论指导。推广价值，预期成果：通过对墙梁中托梁和普通混凝土梁的实验分析，掌握托换梁两端翼墙、圈梁存在梁柱节点不同等因素对托换梁与上部墙体共同工作性能的影响规律，得出在不同工况下的全过程变化规律和破坏特征，为托换梁的设计提供理论依据。并积极把该研究成果运用于工程实践，以小的投入取得切实可靠的砌体结构改造效果，使砌体结构房屋在社会中发挥更大的作用。三、选题的可行性分析1拟采取的研究方法、技术路线、研究方案及可行性分析1.1本课题的研究方法和技术思路 本课题主要采用试验分析的研究思路，对墙梁中的托梁和普通混凝土梁进行实验研究，得出其受力特性和破坏形态。实验分析阶段在山东建筑大学实验室进行。理论分析阶段在山东建筑大学计算机中心进行。1.2研究方案（1）进行实验构件设计，分别从墙梁和普通混凝土梁两个角度进行考虑，混凝土梁又从简支，半刚接和刚接三种情况进行设计。设计方案如下：本试验有四个构件，荷载按90t计算。为满足墙梁的构造要求以及墙体高度根据实验室条件选择1.5米，混凝土为C30，纵向受力钢筋采用HRB335，箍筋HPB235，普通烧结砖MU10，砂浆M10。构件设计如下：构件一：托换梁与上部墙体形成墙梁，计算模型为混凝土大偏拉构件。构件二：托换梁与下部翼墙柱为简支梁，跨中弯矩为，支座处弯矩为0。构件三：托换梁与下部翼墙柱为刚接梁，跨中弯矩为，支座处负弯矩为。构件四：托换梁与下部翼墙柱为半刚接，跨中弯矩为，支座负弯矩。墙梁：为满足墙梁的构造要求，在下部的翼墙要加宽，使达到350mm。并且在墙体上部设置圈梁，两端设置构造柱。普通混凝土托换梁：为防止砖局部被压坏，在墙体上部设置两个压块，使荷载压在上面，更好的传递荷载。墙厚都为240mm。圈梁如下构件一：墙梁中的托梁及节点详图构件二：简支的混凝土梁及节点详图：构件三：刚接的混凝土梁及节点详图：构件四：半刚接的混凝土梁及节点详图：（2）分别进行拆墙托换和加载，加载采用四点加载法，加载示意图如下：墙梁的加载位置示意图：普通混凝土梁的加载位置示意图：（3）进行实验后处理及数据分析，得出结论。1.3可行性分析山东建筑大学计算机中心购置了各种大型非线性有限元通用软件的使用权，能够有效的对各种工况下托换结构在受力下的全过程进行模拟分析。山东建筑大学实验室可以进行实验研究。综上所述，该课题研究是可行的，可对工程实践起到帮助和指导作用。2所需实验手段、研究条件和实验条件（开展课题研究的地点、可利用的设备等） 本课题采用先理论分析后实验分析的研究思路。理论分析采用大型有限元分析软件，本软件山东建筑大学计算机中心已购得，可利用该软件进行理论分析；实验采用1：1实验墙体，进行托换施工和加载。四、论文工作计划序号阶段及内容工作量估计（天数）起讫日期阶段成果形式1确定研究题目，全面搜集已有的研究资料并进行整理602011.4.1 2011.6.1做好读书笔记及文献综述2设计构件，并进行计算模型分析。502011.6.2 2011.7.30得出模型，形成试验方案 3进行试验，取得实验数据1502011.8.12011.1.1进行试验，取得数据4整理试验数据并与理论分析所得数据比较302012.1.12012.2.1试验结果与软件分析结果对比并形成图表5整理资料，形成论文，准备论文答辩602012.2.12012.4.1形成毕业论文合计350天五、审议意见导师（或导师组）对本课题的评价导师签名 年 月 日审议小组意见投票表决结果审议小组出席 人；通过 人；不通过 人。审议小组成员（一般3-5人）审议小组组长（签名）：审议小组成员（签名）： 年 月 日 学位评定分委员会意见 主席签名 年 月 日六、选题报告审议成绩研 究 生 刘哲 学 号 2009010124 年 级 0 9级 专 业 结构工程 所 在 学 院 土木学院 课 题 名 称 砖混结构托换中普通钢筋混凝土托换梁的实验研究 选题报告通过日期 （学位评定分委员会意见签署之日） 审议人员姓名职称单位评分组长导师成员选题报告审议成绩研究生秘书签字：注：此表作为硕士研究生必修环节考核材料之一。审议成绩由研究生