超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力研究

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1、超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力研究　　摘要：改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市建設(shè)的不斷擴大，已經(jīng)有許多大型公共建筑及工業(yè)與民用建筑應(yīng)運而生。其長度超過規(guī)范要求的限制，但未設(shè)置相應(yīng)的伸縮縫，這些結(jié)構(gòu)通常被稱為超長結(jié)構(gòu)。本文重點介紹了超長混凝土結(jié)構(gòu)年溫差作用分析以及水平瞬時溫差作用分析，以供同行參考。關(guān)鍵詞：超長混凝土結(jié)構(gòu)，溫度應(yīng)力，分析中圖分類號：TU375文獻標識碼：A文章編號：前言近年來,隨著社會的不斷發(fā)展,超長超高的建筑物越來越趨于平常,人民更加追求建筑物的外觀美。當結(jié)構(gòu)超過一定長度時,按照規(guī)范的要求,必須設(shè)置伸縮縫,這樣勢必會影響建筑物的

2、外觀和使用,因此,由于溫度等因素對超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成的一系列問題開始引起研究者們的重視,分析超長結(jié)構(gòu)的溫度作用的影響是很有必要的,國內(nèi)的很多學者一直致力于研究此問題,并希望通過采取合理的措施達到減少伸縮縫或不設(shè)伸縮縫的目的。1、超長混凝土結(jié)構(gòu)年溫差作用分析8對于超長混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)計時主要應(yīng)該考慮季節(jié)溫差也即年溫差的作用,在結(jié)構(gòu)未設(shè)后澆帶或后澆帶留設(shè)時間較短的情況下,應(yīng)同時計及混凝土收縮作用的影響。季節(jié)溫差一般取結(jié)構(gòu)混凝土凝結(jié)硬化時的溫度(初始溫度)與使用期間溫度極值的差值,由于混凝土材料的抗拉強度遠小于其抗壓強度,控制季節(jié)溫差應(yīng)取初始溫度與使

3、用期間所能達到的溫度極小值的差值,即可取但是,很多工程在設(shè)計時不能預(yù)先確定混凝土的澆筑時間,也不可能精確得到使用期間的溫度最低值,所以一般可取結(jié)構(gòu)使用中夏天的最高氣溫與冬天的最低氣溫之差作為控制季節(jié)溫差。1.1收縮作用分析混凝土在空氣中凝結(jié)和硬化過程中會產(chǎn)生收縮變形,當收縮變形受到外部條件或其他構(gòu)件的約束時,混凝土構(gòu)件便不能自由變形而形成收縮應(yīng)力,該應(yīng)力與年溫差作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力的特性相像,所以可以把收縮變形等效為溫差并與年溫差疊加而成為結(jié)構(gòu)的計算溫差?；炷潦湛s公式很多,對于素混凝土或低配筋率混凝土的收縮公式,可以采用下式:超長混凝土結(jié)構(gòu)往往采用

4、多種措施來控制裂縫的產(chǎn)生和開展,設(shè)置后澆帶是一種釋放早期溫度和收縮變形以降低溫度收縮應(yīng)力的有效方法。等效為溫差即為:超長結(jié)構(gòu)的計算溫差為1.2計算模型8本章選取一典型超長二層框架結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示,平面尺寸為96mX32m,每層層高均為6m,縱向布置13根柱,橫向為5根,柱距均為8m,柱截面尺寸為700mmx700mm;一、二層樓蓋均采用主次梁體系,縱橫向主梁間距為8m,截面均為300mmx700mm,在主梁的跨中布置次梁,次梁截面為250mmX500mm。一、二層樓板厚均為150mm。結(jié)構(gòu)整體采用C3O混凝土澆筑而成,泊松比取為0.2

5、.假設(shè)結(jié)構(gòu)整體承受-30℃的降溫過程,用有限元軟件ANSYS模擬結(jié)構(gòu)的年溫差作用效應(yīng)。實際的超長混凝土結(jié)構(gòu)多為多高層建筑結(jié)構(gòu),但是考慮到柱的抗側(cè)剛度與柱高的三次方成反比,隨著結(jié)構(gòu)高度的增大,柱對該層樓蓋的約束迅速衰減,溫度應(yīng)力也同時迅速減少。所以在年溫差效應(yīng)計算中實際的多高層結(jié)構(gòu)可簡化為二層結(jié)構(gòu)來計算其溫度變形與溫度內(nèi)力,而認為三層及三層以上的結(jié)構(gòu)可以自由變形且不對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束,故在線性溫差作用下將不產(chǎn)生溫度應(yīng)力。圖1結(jié)構(gòu)平面圖1.3計算結(jié)果之溫度內(nèi)力分析8超長混凝土結(jié)構(gòu)在溫度作用下的效應(yīng)不僅要考慮溫度變形,更重要的是分析其溫度內(nèi)力的分布情況

6、”從內(nèi)力分析結(jié)果可以看出,溫度對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響主要集中在一層樓蓋和底層柱,而對二層樓蓋及柱的影響很小。1.3.1柱內(nèi)力分析圖2圖3隨著高度的增大,底部基礎(chǔ)對柱子的約束作用逐漸減小,所以柱的各項內(nèi)力也隨著減小。這里只分析內(nèi)力相對較大的底層柱的內(nèi)力分布情形,二層柱的內(nèi)力相對要小的多。圖2是C軸底層各柱的軸力和縱向剪力隨柱離開結(jié)構(gòu)端部距離的變化而變化的曲線。從圖中可知,邊柱的軸力較大,且為拉力,其他柱的軸力則都為壓力,基本維持在20Nk左右;邊柱的剪力較大,并隨著柱子離開端部距離的增大,剪力呈下降的趨勢,在變形不動點處的柱剪力則接近于0。圖3是C軸底層

7、各柱柱端主平面內(nèi)彎矩變化曲線,可見靠近端部的2根柱子彎矩較為接近,之后各柱的柱端彎矩隨著其離開端部距離的增大而減小,同樣在變形不動點處的柱端彎矩為0。所以邊柱溫度作用效應(yīng)最顯著。1.3.2梁內(nèi)力分析8這里分析了底層樓蓋C軸上的縱向框架主梁的內(nèi)力分布情況,如圖4圖5所示。該框架梁總長為96m,在有限元模型中劃分為96個梁單元,每個單元的長度均為lm,單元號從左端至右端由E973增加到E1068。由于整個結(jié)構(gòu)的對稱性,所以選取了E973一E1020單元作內(nèi)力分析。由圖4可知,各跨內(nèi)主梁的軸力并不是恒定不變的,而是在每跨中由左端部至右端部線性變化,除了

8、邊跨外,整個主梁的軸力隨著其距端部距離的增大基本呈現(xiàn)出上升的趨勢,中間跨主梁的軸力達到最大值.靠近邊柱的主梁由于應(yīng)力集中的原因,軸力較大