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1、超长混凝土结构温度应力研究 摘要：改革开放以来，随着中国经济的快速发展和城市建设的不断扩大，已经有许多大型公共建筑及工业与民用建筑应运而生。其长度超过规范要求的限制，但未设置相应的伸缩缝，这些结构通常被称为超长结构。本文重点介绍了超长混凝土结构年温差作用分析以及水平瞬时温差作用分析，以供同行参考。关键词：超长混凝土结构，温度应力，分析中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：前言近年来,随着社会的不断发展,超长超高的建筑物越来越趋于平常,人民更加追求建筑物的外观美。当结构超过一定长度时,按照规范的要求,必须设置伸缩缝,这样势必会影响建筑物的
2、外观和使用,因此,由于温度等因素对超长钢筋混凝土结构造成的一系列问题开始引起研究者们的重视,分析超长结构的温度作用的影响是很有必要的,国内的很多学者一直致力于研究此问题,并希望通过采取合理的措施达到减少伸缩缝或不设伸缩缝的目的。1、超长混凝土结构年温差作用分析8对于超长混凝土结构,设计时主要应该考虑季节温差也即年温差的作用,在结构未设后浇带或后浇带留设时间较短的情况下,应同时计及混凝土收缩作用的影响。季节温差一般取结构混凝土凝结硬化时的温度(初始温度)与使用期间温度极值的差值,由于混凝土材料的抗拉强度远小于其抗压强度,控制季节温差应取初始温度与使
3、用期间所能达到的温度极小值的差值,即可取但是,很多工程在设计时不能预先确定混凝土的浇筑时间,也不可能精确得到使用期间的温度最低值,所以一般可取结构使用中夏天的最高气温与冬天的最低气温之差作为控制季节温差。1.1收缩作用分析混凝土在空气中凝结和硬化过程中会产生收缩变形,当收缩变形受到外部条件或其他构件的约束时,混凝土构件便不能自由变形而形成收缩应力,该应力与年温差作用下的结构应力的特性相像,所以可以把收缩变形等效为温差并与年温差叠加而成为结构的计算温差。混凝土收缩公式很多,对于素混凝土或低配筋率混凝土的收缩公式,可以采用下式:超长混凝土结构往往采用
4、多种措施来控制裂缝的产生和开展,设置后浇带是一种释放早期温度和收缩变形以降低温度收缩应力的有效方法。等效为温差即为:超长结构的计算温差为1.2计算模型8本章选取一典型超长二层框架结构,其结构平面图如图1所示,平面尺寸为96mX32m,每层层高均为6m,纵向布置13根柱,横向为5根,柱距均为8m,柱截面尺寸为700mmx700mm;一、二层楼盖均采用主次梁体系,纵横向主梁间距为8m,截面均为300mmx700mm,在主梁的跨中布置次梁,次梁截面为250mmX500mm。一、二层楼板厚均为150mm。结构整体采用C3O混凝土浇筑而成,泊松比取为0.2
5、.假设结构整体承受-30℃的降温过程,用有限元软件ANSYS模拟结构的年温差作用效应。实际的超长混凝土结构多为多高层建筑结构,但是考虑到柱的抗侧刚度与柱高的三次方成反比,随着结构高度的增大,柱对该层楼盖的约束迅速衰减,温度应力也同时迅速减少。所以在年温差效应计算中实际的多高层结构可简化为二层结构来计算其温度变形与温度内力,而认为三层及三层以上的结构可以自由变形且不对下部结构产生约束,故在线性温差作用下将不产生温度应力。图1结构平面图1.3计算结果之温度内力分析8超长混凝土结构在温度作用下的效应不仅要考虑温度变形,更重要的是分析其温度内力的分布情况
6、”从内力分析结果可以看出,温度对结构的内力影响主要集中在一层楼盖和底层柱,而对二层楼盖及柱的影响很小。1.3.1柱内力分析图2图3随着高度的增大,底部基础对柱子的约束作用逐渐减小,所以柱的各项内力也随着减小。这里只分析内力相对较大的底层柱的内力分布情形,二层柱的内力相对要小的多。图2是C轴底层各柱的轴力和纵向剪力随柱离开结构端部距离的变化而变化的曲线。从图中可知,边柱的轴力较大,且为拉力,其他柱的轴力则都为压力,基本维持在20Nk左右;边柱的剪力较大,并随着柱子离开端部距离的增大,剪力呈下降的趋势,在变形不动点处的柱剪力则接近于0。图3是C轴底层
7、各柱柱端主平面内弯矩变化曲线,可见靠近端部的2根柱子弯矩较为接近,之后各柱的柱端弯矩随着其离开端部距离的增大而减小,同样在变形不动点处的柱端弯矩为0。所以边柱温度作用效应最显著。1.3.2梁内力分析8这里分析了底层楼盖C轴上的纵向框架主梁的内力分布情况,如图4图5所示。该框架梁总长为96m,在有限元模型中划分为96个梁单元,每个单元的长度均为lm,单元号从左端至右端由E973增加到E1068。由于整个结构的对称性,所以选取了E973一E1020单元作内力分析。由图4可知,各跨内主梁的轴力并不是恒定不变的,而是在每跨中由左端部至右端部线性变化,除了
8、边跨外,整个主梁的轴力随着其距端部距离的增大基本呈现出上升的趋势,中间跨主梁的轴力达到最大值.靠近边柱的主梁由于应力集中的原因,轴力较大
