06荷载与结构设计方法.ppt

第6章 其他荷载与作用 1.* 第6章  其他荷载与作用 返回总目录 温度作用 变形作用 爆炸作用 浮力作用 制动力 本章内容 离心力 预应力 思考题 习题 温度作用 一、温度作用的概念 当结构物所处环境的温度发生变化，且结构或构件的热变形受到边界条件约束或相邻部分的制约，不能自由胀缩时，就会在结构或构件内形成一定的应力，这个应力被称为温度应力，即温度作用，指因温度变化引起的结构变形和附加力。温度作用不仅取决于结构物环境的温度变化，它还与结构或构件受到的约束条件有关。 在土木工程中所遇到的许多因温度作用而引发的问题，从约束条件看大致可分为两类。 第一类，结构物的变形受到其他物体的阻碍或支承条件的制约，不能自由变形。现浇钢筋混凝土框架结构的基础梁嵌固在两柱基之间，基础梁的伸缩变形受到柱基约束，没有任何变形余地(图6.1)。排架结构支承于地基，当上部横梁因温度变化伸长时，横梁的变形使柱产生侧移，在柱中引起内力；柱子对横梁施加约束，在横梁中产生压力(图6.2)。 图6.1 基础梁嵌固于柱基之间 图6.2 排架结构受到支承条件的约束 第二类，构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。简支屋面梁在日照作用下屋面温度升高，而室内温度相对较低，简支梁沿梁高受到不均匀温差作用，产生翘曲变形，在梁中引起应力。大体积混凝土梁结硬时，水化热使得中心温度较高，两侧温度偏低，内外温差不均衡在截面引起应力，产生裂缝。 二、温度应力的计算 结构物受温度变化的影响应根据不同结构类型和约束条件进行分类而分别计算。一类是静定结构在温度变化时能够自由变形，结构物无约束应力产生，故无内力。但由于任何材料都具有热胀冷缩的性质，因此静定结构在满足其约束的条件下可自由地产生变形，这时应考虑结构的这种变形是否超过允许范围。此变形可由变形体系的虚功原理并按下式计算： (6-1) 式中，?pt——结构中任一点P沿任意方向p-p的变形； α——材料的线膨胀系数(1/℃)，温度每升高或降低1℃，单位长度构件的伸长 或缩短量，几种主要材料线膨胀系数见表6-1； t0 ——杆件轴线处的温度变化； ——杆件上、下侧温差的绝对值； 温度作用 h——杆件截面高度； ——杆件的 图的面积， 图为虚拟状态下轴力大小沿杆件的分布图； ——杆件的 图的面积， 图为虚拟状态下弯矩大小沿杆件的分布图。 表6-1 常用材料线膨胀系数 温度作用 0.7×105 0.9×105 1.0×105 1.2×105 线膨胀系数/(1/℃) 砖砌块 混凝土砌块 混凝土结构 钢结构 结构种类 对于超静定结构存在有多余约束或物体内部单元体相互制约的构件，温度改变引起的变形将受到限制，从而在结构内产生内力。这一温度作用效应的计算，可根据变形协调条件，按结构力学或弹性力学方法确定。 受均匀温差T作用的两端嵌固于支座的梁(图6.3)。若求此梁温度应力，可将其一端解除约束，成为一静定悬臂梁。悬臂梁在温差T的作用下产生的 的自由伸长量及相对变形值ε可由下式求得： (6-2) (6-3) 式中，T——温差(℃)； L——梁跨度(m)。 如果悬臂梁右端受到嵌固不能自由伸长，梁内便产生约束力，约束力N的大小等于将自由变形梁压回原位所施加的力(拉为正，压为负)，即 (6-4) 截面应力为： (6-5) 式中，E——材料弹性模量； A——材料截面面积； σ——杆件约束应力。 由式(6-5)可知，杆件约束应力只与温差、线膨胀系数和弹性模量有关，其数值等于温差引起的应变与弹性模量的乘积。 温度作用 图6.3 两端嵌固的梁与自由变形梁示意图 由式(6-5)可知，杆件约束应力只与温差、线膨胀系数和弹性模量有关，其数值等于温差引起的应变与弹性模量的乘积。 (2) 排架横梁受到均匀温差T作用如图6.4所示。 温度作用 横梁受温度影响伸长 (若忽略横梁的弹性变形)，此即柱顶产生的水平位移。K为柱顶产生单位位移时所施加的力(柱的抗侧刚度)，由结构力学可