某超長框架結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析及設(shè)計(jì).pdf

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1、圃某超長框架結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析及設(shè)計(jì)吳可偉中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司摘要：在超長框架結(jié)構(gòu)中，容易出現(xiàn)溫度收縮裂縫，影響其溫度應(yīng)力的主要因素包括環(huán)境溫差、混凝土收縮以及徐變等。本文筆者將結(jié)合具體的超長框架結(jié)構(gòu)工程實(shí)例，簡要探討超長結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的分析方法及降低其影響的技術(shù)措施，希望能對類似工程起到借鑒作用。關(guān)鍵詞：超長框架結(jié)構(gòu)；溫度應(yīng)力；后澆帶1引言超長混凝土結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)單元長度大大超過相關(guān)規(guī)范中對混凝土結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距規(guī)定的限制。通常情況下，若在結(jié)構(gòu)中采用低收縮混凝土材料、設(shè)置后澆帶以及采用預(yù)應(yīng)力鋼筋等措施時(shí)，溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響一般可以忽略。但超長混凝土結(jié)構(gòu)中，如何降

2、低收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力的影響卻是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重。通過設(shè)置溫度后澆帶可以有效地降低施工階段的收縮和溫度應(yīng)力，通過添加膨脹劑可以有效降低變形效應(yīng)的應(yīng)力峰值，通過設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋可以有效的控制收縮和溫度應(yīng)力。下文將結(jié)合某具體工程實(shí)例，簡要探討超長框架結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的設(shè)計(jì)方法。2工程概況本工程由一棟結(jié)構(gòu)單體組成，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，地下三層，地上四層，地面以上不設(shè)抗震縫。主要柱網(wǎng)尺寸為8．4m×8．4m，總高度為22．150m，不屬于高層建筑?？傞L度為207．6m，總寬度為57．7m，高寬比為0．38，長寬比為3．60。3超長結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力設(shè)計(jì)在本工程中，由于整個(gè)結(jié)構(gòu)超長且不規(guī)則，因此考慮在

3、結(jié)構(gòu)平面上通過設(shè)置變形縫將結(jié)構(gòu)在合適的位置斷開。通過變形縫的設(shè)置將整個(gè)結(jié)構(gòu)分成A、B、C、D四個(gè)區(qū)。各個(gè)結(jié)構(gòu)單元平面尺寸均超出規(guī)范中規(guī)定的框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距55m的要求，因此本工程屬于典型的超長結(jié)構(gòu)。其中二層B區(qū)在所有單元區(qū)域中長度最長，同時(shí)受到底層柱的約束，因此溫度應(yīng)力對該處的結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響最為顯著。以下將針對二層B區(qū)的具體情況討論超長框架結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的分析及設(shè)計(jì)。3．1溫差分析在自然環(huán)境的作用下引起鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的溫差荷載的主要因素包括三點(diǎn)：季節(jié)溫差、驟降溫差以及日照溫差。一般情況下，長期穩(wěn)定荷載作用下的溫度效應(yīng)對整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力起到控制作用，而驟降溫差和日照溫差引起的的

4、短期溫度作用一般只考慮溫度場趨于穩(wěn)定后的溫度效應(yīng)。3．2收縮當(dāng)量溫差分析當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)收縮當(dāng)量溫差分析時(shí)，采用B3模型對結(jié)構(gòu)的收縮和徐變進(jìn)行模擬分析。這種B3模型能夠較好的對結(jié)構(gòu)的收縮和徐變進(jìn)行模擬，根據(jù)相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)可知，這種模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高。收縮應(yīng)變在分析中是隨著時(shí)間而發(fā)展變化的，在該模型中，往往采用極限收縮應(yīng)變乘以一個(gè)相關(guān)系數(shù)以表示收縮應(yīng)變，該相關(guān)系數(shù)考慮了相對溫度、時(shí)間效應(yīng)以及尺寸效應(yīng)。當(dāng)進(jìn)行極限收縮值的計(jì)算時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素包括水分含量、構(gòu)件尺寸、相對濕度等參數(shù)，這些參數(shù)均與水分蒸發(fā)有關(guān)，這是因?yàn)橐鸹炷潦湛s的關(guān)鍵因素是水分的蒸發(fā)。依據(jù)B3模型計(jì)算得到

5、的極限收縮應(yīng)變?yōu)?．14×10～，考慮到工程的具體情況，將收縮量保守的取為10％的最終收縮量，即為2．69×10～。將混凝土收縮時(shí)的應(yīng)力松弛系數(shù)取為0．3，這樣即可得到等效降溫溫差-8．1℃。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到總升溫溫差為29．3℃，總降溫溫差為一36．2℃。因此在本工程中計(jì)算時(shí)統(tǒng)一取溫差更大的降溫工況進(jìn)行分析。3．3溫度作用下的框架內(nèi)力將B區(qū)結(jié)構(gòu)中最長的一榀框架取為計(jì)算單元，在其上施加降溫荷載一36．2。C，通過計(jì)算得到溫差荷載作用下計(jì)算單元的軸力、剪力和彎矩。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，在該計(jì)算單元中，梁最大的軸力可達(dá)到1756．4kN，可見需要加強(qiáng)梁的縱向配筋。柱中的剪力呈現(xiàn)

6、中間跨小兩邊跨大的趨勢。剪力和彎矩的最大值出現(xiàn)在靠邊第二跨的柱子上，最大剪力為556．4kM，最大彎矩為2017l(N．m。在結(jié)構(gòu)整體分析中，考慮到工程的具體情況，溫度作用組合系數(shù)取為0．7，分項(xiàng)系數(shù)取為1．3。當(dāng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考溫度作用時(shí)，靠近邊跨的柱內(nèi)力有所增加，需要提高其配筋率，這符合上文分析的內(nèi)力變化趨勢。3．4溫度作用下的樓板應(yīng)力當(dāng)樓板在降溫工況的作用下，會在其內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。在本工程中，樓板面積最大的樓層為第二層。在二層樓板處，除了中間進(jìn)行開洞外沒有任何的分隔。而其他樓層的樓板在內(nèi)部設(shè)置了中庭，將樓板分成了若干個(gè)單元。因此，采用有限元軟件對二層B區(qū)框架及樓板進(jìn)行整體的建模

7、分析，主要分析內(nèi)容為溫度作用下的樓板應(yīng)力。與前文一致，仍按降溫工況進(jìn)行計(jì)算，溫差取為一33．1℃。由于該處柱網(wǎng)分布較密，故樓板所受到的水平約束作用也較強(qiáng)，因此在降溫工況的作用下，樓板中所產(chǎn)生的拉應(yīng)力也較大。經(jīng)過計(jì)算分析可知，在樓板橫向跨中縮進(jìn)部位與開洞部位的角部拉應(yīng)力均較大，應(yīng)力大小為2．5’4Mpa。本工程混凝土樓板采用的材料為C35，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2．20MPa，計(jì)算所得樓板應(yīng)力超過C35混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，樓板可能產(chǎn)生裂縫，因此需要對該處樓板進(jìn)行加強(qiáng)。本工程樓板配筋采