混凝土结构、钢结构以及复合结构设计理论开题报告.doc

学号： 研究生学位论文选题报告 学位级别 工 学 硕 士 研究生姓名 指导教师 学科（专业） 研究方向 混凝土结构、钢结构以及复合结构 设计理论 所在学院 土木工程学院 XXXX大学学位评定委员会办公室制 年 月 填填 表 说 明一、研究生应根据本表做开题报告，充分听取意见，并作修改后填写此表。二、请用蓝、黑墨水钢笔准确填写或打印，不得涂改。三、本表一式二份，经院、系批准后，报研究生所在院、系一份，学位办一份。论文题目现浇双向钢筋桁架楼承板受力性能试验研究研究方向混凝土结构、钢结构以及复合结构设计理论课题来源（打）国家部委省、自治区、直辖市国际合作市企业自选其它论文类型（打）理论研究应用研究开发研究实验研究跨学科研究其它选题依据、国内外研究现状和发展动态：1 选题依据自改革开放以来，我国开始大力投身于经济建设的浪潮中，在这样的有利条件下，我国的经济飞快发展，可喜可贺的在2015年底，我国人均国民生产总值居然超过了8000美元。因此，我国出现了城镇化的速度加快，越来越多的农村人口逐渐转变正城市人口，把居民住宅的建设推向了新的高潮。在各行各业当中，无论哪个行业都离不开房地产行业，房地产行业已经成为全国的支柱行业。传统的钢混结构拥有较大的缺点，它的本身重量很大，绑扎的过程当中工序较多而且十分复杂，施工的时间也比较的长，现场的人员工作量大和现场湿作业量大，在当前的趋势下，人们开始对施工方便、施工工期短、节省人力成本的结构形式大量关注。采用装配式钢筋混凝土结构有着先天的优势，它不仅能够加快施工进度、而且还能节省大量的模板，其中有一个重要的原因就是它能在工厂提预制，不会受到天气原因对其产生影响。但其缺点也是很难以克服的，整体性差、抗渗性不好、抗震性能差，但是预制混凝土结构先天的不足就是不能满足结构的抗震性能，容易产生上述不好现象1。由此可见，装配式结构和整体现浇式结构都有其自身的优缺点。我们要想缩短施工工期，在材料方面也能够节省，我们不得不兼顾两者而做出选择，现如今钢筋桁架楼板的出现克服了两种结构的不足，在实际的工程当中应用也越来越广泛2。钢筋桁架楼承板是在压型钢板-混凝土组合楼板基础上发展而来的新型楼承板，在国外的工程当中应用相当广泛，在国内建筑当中，目前已经有些工程在应用。例如：成都国家档案馆工程、惠州会展中心、广州新电视塔（632米）等。国家也于2012出台了钢筋桁架楼承板（JGT 368-2012）规范。 回顾钢筋桁架楼承板模板的设计历程，经历了大量的理论推导，在这些方法当中主要是采用钢筋等强度代换和桁架计算原理，然后在工厂生产加工而成，模板被铆钉固定在钢梁上，然后绑扎剩下的钢筋，最后再浇筑混凝土。接缝及预留洞口会被加强处理，在楼板外部边沿设置钢板模板。钢筋桁架楼板是在工厂当中被加工而成，钢筋桁架与底模被焊接在一起，腹杆与上下弦杆焊在一起，三者共同组成桁架结构体系，增加其空间刚度。在施工阶段过程当中， 钢筋桁架楼承板承受的荷载包括：施工荷载+自重，其中施工荷载包括在施工过程中施工人员、必要的机械、小型工具等的荷载，自重包括钢筋桁架、镀锌底板、混凝土的重量；在使用阶段过程当中，钢筋桁架与混凝土协同工作，犹如两个亲生的兄弟，共同承受全部的使用荷载。钢筋桁架楼承板简单、直观，机械化程度特别高。钢筋绑扎工作量现场减少大约70%，上下弦钢筋的间距和混凝土保护层的厚度能得到有效保证，其钢筋排列匀称又是它的一大优势，这样提高了楼板的施工质量。最后浇筑混凝土形成所需要的楼板，它具有现浇板整体的优点：刚度大、抗震性能好，一点也不比现浇板差。目前，钢筋桁架楼承板可以分为A、B两种型号，依据是底部模板的不同。A型模板：钢筋桁架与镀锌钢板被焊接在一起，然后运输到施工现场安装；B型模板：把钢筋桁架与竹胶板等模板在施工现场组装后，然后起吊安装。两种图形如下所示：A 型：图1 A型横剖面图 图2 A型纵剖面图B 型：图3 B型横剖面图图4 B型钢纵剖面图2.国内外研究现状和发展动态我国已经成为世界第二经济大国，随之而来的是我国建筑高度不断增高，我国目前的高楼位居世界首位，并且各项纪律还不断被刷新。楼越来越高，结构也会越来越复杂，传统的楼承板早已无法满足现代的施工要求。在历史长河当中，楼承板的演变经历了漫长的岁月，第一、二代钢筋楼承板经过长期的工程实践使用，发现存在诸多的缺点，比如说绑扎钢筋量很大且有的地方绑扎过于复杂、钢筋是工人进行绑扎，间距不易控制等。因此，在总结前人的研究基础上，经过长期的刻苦专研，第三代钢楼承板横空出世，即钢筋桁架混凝土楼承板，它解决了前两代钢楼承板在施工中得不利结果。同时它也是一种新型的楼板结构，目前的国内研究还比较少，该楼板还在进行推广阶段。2002年，浙江杭萧钢构股份有限公司开始全面展开相关产品的研究与开发，终于在2004年，一个振奋人心的消息传到公司，大家的努力得到了回报，公司钢筋桁架楼承板产品顺利通过浙江省科技厅科技成果鉴定。公司承担的国家重点技术创新项目“高层建筑钢砼组合结构产业化项目”钢筋桁架楼承板，通过专家鉴定，“填补国内空白，总体上具有国际先进水平”。 2006年，浙江大学和杭萧钢构股份有限公司的刘轶、童根树、李文斌、石成林、曹志毅等人进行了3。特别是在在施工阶段与使用阶段的受力性能以及极限承载能力。本次试验对混凝土结构设计规范中的相关设计方法与试验结果进行了对比与修整，理论研究了该种叠合板板结构的设计方法，并提出施工阶段的方案，主要是架设临时支撑用来保证楼板变形4。同年，杭萧钢构股份有限公司针对对钢筋桁架混凝土楼板的设计，完整的推出了设计方案，使此研究进入了丰收阶段5。并且应用于湖南文化大厦、杭州节能大厦、成都世纪城新国际会展中心、重庆长安假日大酒店等建筑工程 6。 2007年，中南大学的杨建军、赵磊进行了1。本次试验建立在计算理论的基础上，主要的理论依据是来自于现有受弯构件刚度计算。依靠自承式钢筋桁架混凝土叠合板所拥有的截面形式，在保证与本文板型相吻合的预制构件的基础上，得出了第一阶段的短期刚度计算公式。本实验中潜心研究了预制板厚度、上下弦钢筋中心距离、混凝土强度等级及腹杆直径等因素，分析了自承式钢筋桁架混凝土叠合板的预制构件短期刚度影响。2007年，陈日涛对自承式钢筋桁架混凝土叠合板的刚度进行了有限元分析7。分析得出钢筋桁架混凝土叠合板预制板的短期刚度的提高与钢筋桁架的上下弦轴心的距离有关，其距离越大，短期刚度越强；短期刚度的大小与腹杆直径的大小无关。2008年，白林红以惠州会展中心工程为例，研究了8。得出钢筋桁架模板受力非常符合要求，选择的材料也很经济，综合造价具有突出的优势，施工便捷，对于控制施工质量十分有利，还可以加快施工的周期。2011年，天津大学远方、李庆勇对9。先对多组结构进行动力分析，采用的是大型有限元分析软件Ansys，再利用改进动力仿真试验系统，研究了在地震位移波作用下，采用钢筋桁架混凝土楼板结构的整体破坏规律，以及钢筋桁架混凝土楼板刚度退化对结构整体刚度的影响。2013年，完海鹰、吴春萍、何守民、孙磊设置了8块钢筋桁架楼板，进行载荷试验，得到了在施工阶段荷载作用下，钢筋桁架模板的变形特征、使用阶段不同设计参数的单向板构件的破坏形式、不同荷载下的变形。本实验还采用有效惯性矩和法静力平衡法两种方法，计算出了钢筋桁架楼板的开裂荷载和正截面承载力的理论值，推导出了刚度的理论计算公式，提出了钢筋桁架楼板正截面受弯承载力计算公式，并得出了相关的修正系数，仅供工程技术参考210。2013年，完海鹰、李海燕进行了钢筋桁架混凝土阳台板的振动舒适度试验，本次试验设计了6个不同的足尺试件，探究了阳台板的悬挑长度、栓钉间距、板厚对振动舒适度的影响规律。之后建立Ansys有限元模型进行了分析，通过试验值与有限元模拟结果对比分析，在前人关于楼板振动性能研究的基础上，给出了钢筋桁架混凝土阳台板的挠度和频率的修正公式11。2013年，完海鹰、丁军伟对钢筋桁架混凝土双向组合楼板进行了振动舒适度的试验研究，该试验设计了4种规格楼板试件，并通过改变楼板的边界约束条件，进行楼板竖向静力加载试验，以及不同动力作用下，楼板振动性能试验。在有限元分析结果的基础上，依据板壳理论，通过修正刚度公式计算出了双向板的挠度12。2013年，同济大学罗实瀚、吕凤梧、徐伟等人在原钢筋桁架底部加钢板组合的研究基础上，提出了其他组合形式，如底部加可拆卸木模板和木模板加钢管。研究了板在施工中，不同构造的使用性能，并得到了相关结果，作为日后工程的参考13。2013年，东南大学汤磊、郭正兴、丁桂平等人，对新型钢筋桁架混凝土叠合双向板和现浇双向板开展了对比试验，试验研究表明：叠合双向板的刚度及抗裂性能均略低于整体现浇板，但是破坏形态基本相同，包括裂缝开展位置及发展过程。针对新型叠合双向板受力特性的特点，介于一次受力与二次受力之间，通过结合我国规范以和相关理论与设计方法，引入相关折减系数对既有等效刚度计算方法的结果进行适当修正，最终提出新型叠合双向板的刚度和挠度计算方法14-15。2013年，同济大学和宝钢建筑系统集成有限公司的李杰、黄鹏飞、陈以一、蒋路、于志强、贾正桐等人，设计了4块不同形式的钢筋桁架混凝土叠合板，做了受弯性能试验。结果表明，板型设计的控制因素是施工阶段的挠度。解决预制板施工阶段挠度过大问题的有效措施是通过加设带肋板16。2013年，上海建工的王美华、高吉龙、吴杰、朱敏涛、马爱民等人，研制开发了一种钢筋桁架组合水平模板系统，用于水平结构施工。通过在工厂和实际工程中的试验研究，并结合数值模拟结果进行比较，该形态节能、环保，技术成果安全可靠，具有较好的推广应用前景，符合工业化建造技术的发展趋势17。2013年，西安建筑科技大学和和宝钢建筑系统集成有限公司的马兰、陈向荣、蒋路、于志强、张昭祥，对各个阶段的筋土叠合楼板，进行了受力性能的试验分析，发现板的短期刚度能控制其在施工阶段的性能是否满足规范要求，而不是由承载力控制；预制层与叠合层之间的叠合面抗剪性能，不再需进行验算18。2013年，东华工程科技股份有限公司的张晓阳，通过Ansys对不同条件、不同尺寸的单向钢筋桁架组合楼板进行了模拟试验。得出对楼承板刚度影响最大的是钢筋桁架高度，底部镀锌钢板厚度、下弦钢筋直径也是重要的影响因素之一，上弦钢筋对楼板刚度的大小几乎没有什么影响19。2014年，安徽建筑大学丁克伟、吴飞等人，研究了一组带拼缝的新型钢筋混凝土叠合板的一些受力性能，主要研究的内容包括挠度值、承载能力、裂缝和破坏形态。得出了叠合板的刚度，在不同受力阶段应当选择合适的计算公式20。2014年，清华大学王元清、袁霞、张延年、刘明等人，采用ABAQUS有限元软件，建立有限元模型，通过模拟二次受力过程（采用生死单元技术），对沈阳保障性住房，惠民工程中的叠合双向楼板进行受力分析。得出叠合双向板的受力特征和现浇双向板类似，值得推广使用21。2014年，东华工程科技股份有限公司的张晓阳，设计了块足尺钢筋桁架混凝土楼板试件的静力加载试验，得到了使用阶段下，单向板构件在不同设计参数下的破坏形式和不同荷载下的变形。试验结果表明，底部钢板对组合楼板受力性能和刚度的影响不可以忽略，钢筋桁架高度是主要的影响因素22。2015年，郑州大学的李天和胡宪鑫，通过Ansys建立有限元模型，对钢筋桁架混凝土楼板（包括双向板和单向板两种形式），进行了受力性能的分析，对于单向板根据有效惯性矩法，计算出了钢筋桁架混凝土楼板在使用阶段的刚度，并结合有限元软件计算结果，提出了刚度计算公式23。主要参考文献：1赵磊.自承式钢筋桁架混凝土叠合板设计计算方法研究D.长沙：中南大学，20072孙磊.钢筋桁架楼板承载力试验研究及理论分析D.合肥：合肥工业大学，20133刘轶.自承式钢筋桁架混凝土叠合板性能研究D.杭州：浙江大学，20064刘轶 童根树 李文斌 石成林 曹志毅.钢筋桁架叠合板性能试验和设计方法研究J.混凝土与水泥制品，2006，2：57-605李文斌 杨强越 钱磊.钢筋桁架混凝土楼板的设计J.建筑结构，2006，36：87-896李文斌 杨强跃 钱磊.钢筋桁架楼承板在钢结构建筑中的应用J.施工技术，2006，12（35）：105-1077何守民.钢筋桁架组合楼板刚度试验研究D.合肥：合肥工业大学，20138陈日涛.自承式钢筋桁架混凝土叠合板刚度有限元分析J.山西建筑，2007，33（22）：76-779白林红.采用钢筋桁架替代压型钢板的技术经济分析J.山西建筑，2008，34(9)：107-10810李庆勇.钢筋桁架混凝土楼板刚度退化对结构整体刚度影响研究D.天津：天津大学建筑工程学院，201111李海燕.钢筋桁架混凝土阳台板振动舒适度的试验研究D.合肥：合肥工业大学，201312丁军伟.钢筋桁架混凝土双向组合楼板振动舒适度的试验研究D.合肥：合肥工业大学，201313罗实瀚 吕凤梧 徐伟.钢筋桁架混凝土板施工阶段的不同构造性能研究*J.建筑施工，2013，35（9）：827-82914汤 磊 郭正兴 丁桂平.新型钢筋桁架混凝土叠合双向板结构性能试验研究J.工业建筑，2013，43(11)：49-5315汤 磊 郭正兴 丁桂平.新型钢筋桁架混凝土叠合双向板刚度和挠度计算方法研究J.建筑结构，2013，43（19）：30-3216李杰 黄鹏飞 陈以一 蒋路 于志强 贾正桐.无支撑钢筋桁架混凝土叠合板受力性能试验研究J.结构工程师，2013，29（4）：132-13917王美华 高吉龙 吴杰 朱敏涛 马爱民.钢筋桁架组合水平模板系统的试验研究J.建筑施工，2013，35（9）：819-82218马兰 陈向荣 蒋路 于志强 张昭祥.钢筋桁架混凝土叠合楼板试验及有限元分析J.建筑结构，2013，43（21）：54-5719张晓阳.钢筋桁架组合楼板刚度的有限元分析J.安徽建筑，2013，6：134-13620吴飞.带钢筋桁架的叠合板的受力性能以及刚度的试验研究D.合肥：安徽建筑大学，201421王元清 袁霞 张延年 刘明.钢筋桁架混凝土双向叠合楼板承载性能分析J.沈阳建筑大学学报(自然科学版 )，2014，30(3)：385-39122张晓阳.钢筋桁架组合楼板刚度影响因素的试验研究J.合肥工业大学学报（自然科学版)，2014，37(9)：1122-112623胡宪鑫.钢筋桁架混凝土楼板受力性能分析.郑州：郑州大学，2015拟采用的实验手段，所需科研、实验条件和经费： (1)实验手段采用试验研究、理论推导、数据对比分析，试验研究主要是研究其在施工阶段和使用阶段的受力性能。通过做试验得出相关数据，理论推导主要从微段的平衡方程和基本假设进行受力分析。理论上：结合以前的研究的成果，分析了钢筋桁架楼承板的受力性能。试验中，分为施工阶段和使用阶段，在施工阶段模拟了混凝土刚刚浇筑到楼承板上的受力情况，考虑到施工过程中混凝土与钢筋还不能很好的共同工作，采用了加沙袋进行模拟。在使用阶段，待混凝土浇筑完成后，拆除模板，在楼承板上部施加均布荷载，采用装有石子的石袋进行模拟。在两阶段的加荷载过程中，测量它的受力应力应变曲线和竖向位移。结合有限元的分析情况进行对比，分析双向钢筋桁架楼承板使用的可靠性。(2)实验仪器电阻应变片(钢筋和地板统一采用BX120-2AA，混凝土采用BX120-80AA，电阻都为1200.1，灵敏度系数2.081%)、数据采集仪、裂缝观测仪、位移传感器。试验场所位于xxxx大学土木工程学院大楼，一楼创新工厂。（3）实验经费 自筹主要研究内容（包括研究方法、实施方案、研究中可能遇到的难点及解决方法、措施）：验证现浇双向钢筋桁架楼承板在施工阶段的可靠性，包括该阶段在施工荷载逐渐增加情况下的挠度变化量、钢筋的应力应变曲线、底部钢板的应力应变曲线变化情况。对楼板进行浇筑养护后，在使用阶段，按照规范逐渐施加活荷载，测量此时变化过程中的挠度变化量、钢筋的应力应变曲线、底部钢板的应力应变曲线，楼板的开裂荷载和极限荷载，在此过程当中的裂缝开裂情况，中和轴的变化情况。对楼板的正截面承载能力和挠度进行验算，优化双向钢筋楼承板的钢筋尺寸选用。用SAP2000建立有限元模型，施加在试验条件下的相同施工荷载，运行分析后，找出试验相同测量部位的挠度值，相应点处的钢筋钢板应力应变值，与试验的值进行对比分析，验证试验的可靠性。本次试验试件共1块，尺寸为30003000mm，混凝土强度等级采用C30混凝土，楼板配筋如图13所示，楼板在实验室进行现场四周支撑浇注。试件的具体参数如下表所示：表1 双向现浇钢筋桁架楼承板具体参数 钢筋直径 楼板厚度 桁架高度ht 保护层厚c上弦 下弦 腹杆 纵筋 8 6 4 6 100 70 15注：双向板设计时横纵向采用相同的钢筋直径，所以纵向的钢筋采用6200的钢筋，钢筋桁架上、下弦钢筋和腹杆钢筋都采用热轧钢筋HRB400级；底模钢板屈服强度不低于260N/mm2。 图5 双向现浇钢筋桁架楼承板横