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某环形地下室顶板预应力结构温度应力分析.pdf
第四届全国预应力结构理论与工程应用学术会议论文集·理论与分析
某环形地下室顶板预应力结构
温度应力分析
徐文华1郑毅敏2
(1同济大学建工系,上海200092;2同济大学建筑设计研究院,上海200092)
提要本文结合某实际工程,通过对超长环形混凝十结构温度应力的有限元分析。分析研究抗侧刚度,对超
长结构的温度应力分布的影响.
关键词超长混凝土结构;抗侧刚度;温度应力
一引言
近年来,我国涌现出一大批平面尺寸超长、超大的建筑物,有些结构的楼板的连续长度甚
至达到了150m以上.远远超过规范的允许长度.根据现行的《混凝土结构设计规范》
(GB50010.2002),一般现浇框架结构的限长为55m,剪力墙结构的限长为45m,如果超过此限
制.一般需要设置伸缩缝。结构设计中如不采取有效的抗裂及裂缝控制措施,楼面和屋面会出现
大面积开裂,严霓影响建筑物的使用,通常将这类结构称为大面积混凝土梁板结构。
超长混凝土结构解决温度应力问题常采用的两种方法是使用膨胀剂(或无收缩混凝土)
以及施加预应力。膨胀剂仅能提供约0.2加.7Mpa的预压应力,而温差应力可能会超过3Mpa,
混凝土本身的抗拉强度一般是不考虑的,因为强度达到后混凝本身通常已开裂。施加预应力
可以在掘凝土中建立有效的压应力,因此我们首先要清楚温度应力在结构中的分布情况,较
为准确的在不同位置施加不同大小的预应力,配置不同量的抗裂筋,以达到经济实用的目的。
本文依据工程实际建模,分析环形超长混凝土粱板结构温度应力分布特点和竖向抗侧构
件刚度对水平粱板结构预应力施加的影响。
二计算假定及理论依据
1计算假定
在本文的分析中采用了如下假定:
1)框架柱的抗侧刚度不随时间变化。
2)楼板的温差变化过程中是理想弹性体。
3)楼板的面内总体变形呈线性均匀,不考虑梁与板之间由于水化热温差和收缩变形不同
引起的应变差,以温度变形为主。
2温度应力产生的原因
显然,能自由收缩的楼板是不会产生温度应力的,温度应力的出现是因为楼板存在约束。
一般结构布置中,楼板随温差热胀冷缩所受到的约束主要来自竖向抗侧构件,即框架柑:和剪
力墙,这二者对楼板会产生侧移约束,其约束程度与自身的抗侧刚度相关。
以矩形楼板为例,在楼板的收缩过程中,在楼板上有一个变形不动点,该点的特性是:左
右两侧竖向构件抗侧刚度与该点距离的一次矩总和相等“j。对于规则结构而言,抗侧刚度对称
分布,该点和楼板的形心和刚度中心重合:对于不规则结构而言,该点接近楼板的刚度中心。
2.109
第四届全国预应力结构理论与工程应用学术会议论文集·理论与分析
分析模型如图I,假定楼板的宽度为B,总长度为L。假定单侧柱墙的抗侧刚度都为Gc
(抗侧刚度不等就乘以一个刚度分布不均匀系数^),墙柱项变形量分别是4I,42,如,?4m
楼板中心所受的抗收缩单侧总拉力为F=ZFi=Gc凹1+42+43+?+dN)
考虑到楼板的温度变形总体为线性均匀的形式,则F=N G翻M。第N/2柱墙所处的位置
与中心不动点距离为L14,则
F=NG三} (1):
’4’
另外,楼板的温差Jf时产生的总拉力、
P=AEc(Ocodt一岛) (2)
根据作用力和反作用力相等的原理,楼板总拉力与单侧柱墙抗侧总反力相等,即有B,,
联立(1)(2)式后有
F:堡竺 (3)
一1+坚
4AE。
式中&——混凝土平均应变;
A——楼板横截面面积,包括其中的框架梁及次梁截面面积;
从(3)式我们可以看出,在温差m下,混凝土楼板的应变与温差成正比,与楼板总长度
及竖向构件的抗侧刚度成近似反比。楼板的长度越长,抗侧刚度越大,楼板产生的应变就越
小,楼板所释放的变形量就小,得到的应变&代入(2)式,可知楼板的总拉应力越大。
3计算温差的确定
计算温差主要由混凝土收缩等效温差和季节温差两部分构成。
混凝土的收缩是引起混凝土开裂的主要原因之一,收缩变形与施工质量,添加剂及配合
比等因素有直接关系,算出的混凝土收缩值通常无法直接应用于计算,需要除以混凝土的线胀
系数,得到混凝土收缩等效温差进行计算。对于比较重要的工程,应对所用的混凝土进行测
试,以提高计算精度。
温度变化也是引起大面积混凝土开裂的一个重要原因,设计时要考虑的主要是季节温差。
计算构件季节温差的最高和最低温差受到许多因素的影响,比如:围护结构的保温特征,空
调等,因此精确计算有一定难度,所以设计中一般采用估算值,基本上满足计算精度要求。
虽然收缩等效温差和季节温差都是温差,但是作用特征完全不同,收缩等效温差是由小
到大单调变化的,而季节温差是周期变化的,因此分析中不能将二者直接相加进行计算。本
工程取的计算温差是一30度。
三计算分析
1工程概况
某工程由一组高度为lOOm的主楼及多层副楼组成,建筑面积约55万平方米,其中地下
室面积约
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