环形超长混凝土结构温度应力分析研究.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 环形超长混凝土结构温度应力分析 郑晓芬1程雄涛1郑毅敏2 (1．同济大学建工系，2，同济大学建筑设计研究院2上海200092) 据蔓利用有限元方法建立环形超长结构温度问题计算的有限元模型，对不同曲率半径的计算模犁在收缩 及季节温差下的温度效应进行计算，得出一些环形超长结构温度应力的分布规律，并得到了一些可 供参考的设计概念．可供环形超长结构设计中考虑温度作用的参考。 关键词超长环形结构；有限元法；温度效应；温度作用 一引言 钢筋混凝土结构收缩变形及温度应力的分析一直是工程界关注的问题。现行的《混凝土 结构设计规范》Ⅲ为了防止钢筋混凝土结构由于温度和收缩而引起的结构开裂，给出了钢筋混 凝土结构伸缩缝的最大间距。近年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的改善，人们对 建筑物的造型及功能的要求不断提高。一批平面尺寸超长、超大面积的建筑物迅速涌现，广 泛应用于大型的公共建筑、厂房结构和商业建筑。这类建筑的结构长度均超过了规范“‘建议设 置伸缩缝的间距要求，因此如何抵抗大面积超长混凝土楼盖内的温度应力成了这类工程需首 要解决的关键问题之一。 自从超长结构出现以来，研究人员和结构工程师对其进行了大量研究并提出了相应的分 析方法和设计建议：文献【2】对超长结构的收缩变形与温度应力，提出了取消伸缩缝的新材料 和施工方法并已成功应用于杭卅『新客站工程，文献[3】对框架结构超长混凝土楼板的温度应力 和实测结果作了详细分析，文献【4】结合实际工程，通过有限元分析后，提出了超长框架结构 温度变形与温度应力的计算方法及设计建议。但是现有对超长结构温度分析的研究“。1几乎全 是针对建筑平面为矩形的超长结构，对平面布置为异形(如弧形、环形等)的超长结构温度 分析的研究很少，而且文献【6】发现对某一平面布置为扇(弧)形的超长结构，在温度作用下， 使得最大拉应力出现在内侧半径处，即总长度较小的一侧，而不是出现在外侧。 环形超长结构温度应力与曲率半径有什么关系? 矩形超长结构的板中温度内力与楼盖支承刚度有很大关系，而在环形超长结构中这种关 系是否存在? 本文通过计算分析，利用有限元法对上述问题进行了初步的探讨。 二混凝土的收缩及温度应力特点 混凝土收缩是引起超长混凝土结构开裂的主要原因之一，其应变值超过混凝土轴心受拉 峰值应变的3：5倍，一般可达(3：6)xlO-4，泵送流态混凝土收缩变形更大些，约为 f6：8)xlO_4，如果不进行处理的话，仅混凝土的收缩变形就可导致超长混凝土结构楼板的 严重开裂。混凝土的收缩变形是一种随时间的发展而增加的变形，结硬初期发展较快．2周可 完成全部收缩的1／4，一个月有的甚至可完成1／2，三个月完成60％：80％，以后增长缓慢， 2．155 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 一般两年后趋于稳定，最终收缩虑变￡★约为(2：5)xlO一。与收缩有关的因素很多，其中有 所用水泥的品种及用量，混凝土骨料的物理性质和最大粒径、水灰比、养护条件以及混凝土 体积与表面积之比等等。在标准状况下混凝土的最终收缩量(极限收缩)12]为 砖(一)=3．24x10-4。对于特定状态与标准状态的差别，通过修正系数调整。混凝土的最终收 缩量表达式如下[21： ^ s(一)=g(o。)ⅡM， i=I 式中，Mj(f=1一n)为各种影响因素的修正系数川。 同大多数材料一样，温度的变化也会导致混凝土产生变形。混凝土的收缩变形只能产生 混凝土的拉应力，与收缩应力不同，温度应力是随温度的变化循环往复的，温度的降低在结 构中产生拉应力，而温度上升则引起混凝土的压应力，对于混凝土来说抗压强度远大于其抗 拉强度，因此在工程中我们通常只考虑温度降低时引起的拉应力。温度变化有三项：(I)季 节温差，(2)日照温差，(3)骤降温差。在超长混凝土结构里，主要考虑季节温差对温度应 力的影响。 若整个结构的竖向刚度为零，超长结构也不会产生温度应力，随着结构竖向刚度的增大， 温度应力也会增大，在结构变形允许范围内，应适当让结构有温度变形的余地。但是当温度 应力超过混凝土的抗拉强度，就会开裂。由此看来收缩、温差、约束是超长结构裂缝产生的 三大主要原因。因此，结构