预应力混凝土无梁屋盖的温度应力分析

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1、预应力混凝土无梁屋盖的温度应力分析　　摘要：预应力混凝土无梁屋盖在日照和季节温差作用下容易出现开裂现象，为了研究其裂缝成因，针对屋盖所处的工作环境，应用ABAQUS软件，建立了日照和季节温差作用下预应力混凝土无梁屋盖的有限元分析模型，计算得到其应力分布云图.计算表明：这类预应力混凝土无梁屋盖在日照作用下，裂缝主要出现在托板附近，方向平行于托板边缘，托板顶角处的裂缝方向与对应的托板对角线垂直；而在季节温差作用下，裂缝主要出现在后浇带附近，方向平行于托板边缘，且存在贯穿裂缝的可能.　　关键词：预应力混凝土；无梁屋盖；温度场；应力分析；ABAQUS　　中图分类号

2、：TM344.1文献标识码：A　　由于屋盖长期暴露在外界环境中，受外界温度变化的影响而产生一定的温度应力，屋盖由于温度应力而产生的裂缝已经成为工程中的“质量通病”.国内外学者对混凝土内部温度场与温度应力进行了深入细致的研究，最早把有限元时间过程分析法引入混凝土温度应力分析的是美国的E.L.Wilson，1968年他为美国军方开发出可模拟大体积混凝土结构分期施工中温度场的二维有限元程序，并将其应用于Dworshak大坝温度场的计算[1].Emerson[2]在实验室进行了一系列牵涉到气候参数与混凝土热传导的试验，得到两者之间的公式，但是这些公式都带有一定的局

3、限性.Emanuel等[3]利用有限元法来求解热微分方程的近似解，把分析物的界面分为常热流的单元，把各单元的节点温度看成随时间变化的变量.Elbadry等[4]总结了在确定或不确定温度场作用下混凝土结构的温度应力，提出了结构因为温度裂缝的产生而导致刚度逐渐减小和在连续结构中产生内力的计算公式.在国内，20世纪50年代末也开始对混凝土结构进行了温度分布和温度应力的试验研究.朱伯芳[5]对水工用大体积混凝土的温度场和温度应力进行了广泛而深入的研究，提出了运用有限元法来计算大体积混凝土的二维和三维温度场，用积分变换得到了有热源平面问题的严格解答，于1973年编成

4、了中国第一个考虑混凝土温度徐变应力的有限元程序，并将其用于三门峡底孔温度应力分析.盛洪飞[6]根据已有的研究和试验结果，总结出了计算温度应力的简化方法.雷预枢等[7]根据对两座钢筋混凝土屋面结构的温度效应的研究，分析了日照温度引起框架结构内力的一般分布规律，认为屋面结构的温度效应可以参考桥梁结构的设计规范，以及裂缝控制的设计建议，但是在计算中只考虑了外部的约束，没有考虑由于结构内部温度的非线性分布所造成的内约束作用.王铁梦[8]根据研究提出了混凝土结构承受连续约束温度收缩应力的基本公式，运用综合研究方法，提出了“抗”与“放”的设计原则，统一了留缝和不留缝这

5、2种设计流派的观点，并结合时间提出伸缩缝及裂缝的控制计算公式等.　　国内外在大体积混凝土水化热以及桥梁温度效应方面已经取得了丰硕的成果，但是在房建结构的温度场及温度应力的研究不多见，在房建方面控制温度应力时也只是简单地采用设置温度收缩缝这一模糊的概念.事实上，随着开发楼盘地下室屋盖大量使用预应力混凝土无梁屋盖，温度场对裂缝控制显得尤为重要.本文通过对长沙地区某一工程实例进行分析，得到了预应力混凝土屋盖在日照荷载和季节温度荷载作用下的应力分布，揭示了温度场的变化规律，为这类结构的裂缝控制提供了理论依据.　　1工程概况　　某工程位于湖南省长沙市人民路与车站路交

6、汇处西南角，地下有2层，地上为高层商住楼，主体为钢筋混凝土剪力墙结构.该房屋第1层为带托板的无梁楼盖，预应力部分结构平面如图1所示，板厚为420mm，混凝土强度等级为C35.板内非预应力钢筋采用HRB335级钢筋，双层双向ф14@200布置；板内配置后张有粘结预应力筋，采用3s8.6钢绞线，布筋形式为抛物线形，如图2所示.柱上板带内配置8根钢绞线，跨中配置4根钢绞线，各预应力筋X，Y方向控制点坐标如表1所示；在后浇带处用无粘结预应力筋连接；托板尺寸为1400mm×1400mm×250mm；柱帽上下部尺寸分别为1000mm×1000mm，600mm×600m

7、m，高为700mm；柱的截面尺寸为600mm×600mm，高为3000mm.　　施工过程中，发现楼板出现裂缝，裂缝分布如图3所示.现场检测时发现，经回弹法检测，混凝土强度满足设计要求，通过对预应力无梁楼盖进行静载试验，其抗弯承载力满足设计要求.经初步分析，裂缝形成的主要原因可能是由于日照作用或季节温差作用.　　由于工程情况相类似，因此温度测量结果按文献[9]进行取值，取代表性一天的温度作为分析的基础，如表2所示，并采用通用的有限元计算软件ABAQUS对其进行应力分析.　　2模型建立　　在预应力区取其中一个柱网单元，由于其为对称结构，故只取该柱网单元的一半作

8、为计算单元，计算单元如图4所示.混凝土采用C3D8R八结点线性六面