天津西站超长混凝土结构温度应力分析.pdf

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1、第3期(总第146期)2010年6月中圄千盛暑稚CHINAMUNICIPALENGINEERINCNo．3(SeriaINo．146)Jun．2010天津西站超长混凝土结构温度应力分析郑振鹏(上海市城市建设设计研究院，上海200125)摘要：温度应力是超长混凝土框架结构需要考虑的重要问题。结合天津西站T程设计．介绍了混凝土结构温度荷载的取值方法．采用有限元软件MIDAS／GenX'J"．天津西站北广场出租车蓄车场超长结构温度效应进行了分析，提出了相应的措施。关键词：超长钢筋混凝土结构；温差；温度应力中图分类号：TU398文献标识码：A文章编号：10

2、04—4655(2010)03—0084—02基于功能和外观上的需要．许多大型公共建筑结构需增大伸缩缝间距甚至不设缝．致使整个结构单体平面尺寸日益增大．100m以上不设缝的结构日渐增多，形成了超长、超大建筑物。如果这类建筑物采用钢筋混凝土结构．尺度超过了GB50010—2005《混凝土结构设计规范》所规定的伸缩缝最大间距要求．就不应忽视此类结构在使朋阶段的温度效应。因此。设计时必须认识超长结构的温度应力分布特点，才能做出合理的结构设计。1工程概况天津两站北广场出租车停车场为2层混凝土结构。纵向柱距除两跨为21m与24in外．其余均为12m，横向柱距

3、均为12m：结构纵向长度198m，横向长度62．65m。停车场地下一层称为“底层”，顶板以下不设伸缩缝。其纵、横向长度均超过GB50010--2005《混凝土结构设计规范》中伸缩缝最大间距55m的规定。地上一层称为“顶层”。顶板设置3条伸缩缝，整个顶板分为4部分。最大长度为114m。2温度作用取值2．1季节温差季节温差是指混凝土浇注成形阶段的施丁温度(对于设有后浇带的T程取后浇带封堵时的温度)与后期各个阶段温度的差值。具体可按式(1)计算。△兀=‰(死。)一To(1)式中：气为最热月平均气温；％。为最冷月平均气温；死为混凝土浇注成形时的平均温度。按

4、最不利情况．成形在夏季(或者冬季)的结构。将会在半年后的冬季(或夏季)产生最大的季节温差。根据天津地区的气象资料，夏季(7月)最收稿日期：2010-03--0184热月平均气温为26．6oC。冬季(1月)最冷月平均气温为一3．5℃，最不利季节温差：△兀=一30．1K。2．2混凝土收缩当量温差混凝土内部的水分蒸发可引起混凝土的体积收缩。这种收缩过程是南表及里逐步发展的。当混凝土内温度不均匀时．收缩变形也不均匀。而且内部产生的应力导致混凝土开裂。因此。在计算混凝土的温度应力时必须考虑这个收缩因素。为了便于计算。可将收缩变形值换算成“收缩当量温差”。即将

5、收缩产生的变形折算成引起混凝土相同变形所需的温度。混凝土收缩变形由式(2)计算。￡，(f)=80M(1一e枷“)(2)式中：f为龄期，取180d：8叻标准状态下的极限收Y缩，可取80=3．24X10-4：M为考虑各种非标准条件r的修正系数，本工程取值1．01。经计算，￡，(180)=Z73X10_4。混凝土的收缩量换算成相当的温度降低值．则成为混凝土的收缩当量温差△乃。△乃=_￡，(t)／a=一273X1071．0×10{=—27．3K．其中Ot=1．0X10-5K一1为混凝土的温度线膨胀系数。2．3综合温差实际计算框架结构的温度效应时。还应考虑刚

6、度折减系数和松弛系数．1)刚度折减系数。因为混凝土材料的弹塑性，实际混凝土结构在垂直、水平荷载作用下，应当考虑混凝土塑性及裂缝的影响．梁柱的抗弯刚度应乘以一个折减系数．本工程取0．85。2)松弛系数。对于季节温差。因为它是一个长期缓慢的作用过程，是与时间有关的变量，因此必须考虑徐变的影响。按弹性计算的温差应力应乘以徐变应中圄千跋譬存郑振鹏：天津西站超长混凝土结构温度应力分析2010年第3期力松弛系数来修正应力计算值。松弛系数H(t，丌)=0．3～0．5，本工程取0．4。由于结构计算按弹性连续假定，为计算方便，可先将上述温差乘以刚度折减系数和松弛系数

7、作为计算综合温差。再进行结构的弹性分析。本工程最不利温差：△丁=(_3Q1—27．3)×0．85x0．4=一19．5K。3温度应力有限元分析3．1有限元计算模型对于超长结构．温度应力在板平面内的分布非常复杂。本工程温度应力计算采用有限元分析软件MIDAS／Gen。其中梁柱采用梁单元，剪力墙采用墙单元．楼面采用板单元。在有限元模型中。把钢筋混凝土视为各项同性均质材料．计算模型材料选用线弹性体系．结构初始状态设置为0oC．不计人重力荷载和外荷载的影响．仅分析温度变化对结构产生的影响．取综合温差△仁一19．5K。其他设计参数取值为：混凝土强度C40。弹性

8、模量32500MPa．泊松比02，质量密度2700k蜀／m3，温度线膨胀系数1．0X10-5Kq。有限元模型如图l所示。图