大面积混凝土梁板结构温度应力分析的徐变应力折减系数法.docx

文章编号：1000-4750(2003)01-007-08大面积混凝土梁板结构温度应力分析的徐变应力折减系数法韩重庆 1，冯健 文章编号：1000-4750(2003)01-007-08 大面积混凝土梁板结构温度应力分析 的徐变应力折减系数法 韩重庆 1，冯 健 2，吕志涛 2 (1. 东南大学建筑设计研究院，江苏 南京 210096；2. 东南大学土木学院，江苏 南京 210096) 摘 要：本文对大面积混凝土梁板结构温度应力分析方法进行探讨，从混凝土徐变计算的龄期调整有效模 量法(T－B 法)出发，通过对比典型框架在混凝土收缩及温度变化作用下的弹性和徐变解析解，提出了框架 结构约束系数和徐变应力折减系数的概念及计算方法，结合框架结构空间弹性有限元分析，得到了大面积 混凝土梁板结构温度应力分析的徐变应力折减系数法。与现场长期测试结果的比较表明，该法计算简便， 计算结果与测试结果有较好的一致性，可以满足工程设计精度要求。 关键词：大面积混凝土；梁板结构；温度应力 中图分类号：TU378 文献标识码：A 1 引言 近年来，我国对各种超大型公共建筑、停车库、 力分析成为我国工程界迫切需要解决的课题。 本文在徐变计算的龄期调整有效模量法基础 上，结合框架结构温度应力的空间有限元分析，提 出了大面积混凝土梁板结构温度应力分析的徐变 应力折减系数法，并在南京国际展览中心大面积混 凝土梁板结构设计中采用了该方法。通过与工程现 场的长期实测数据对比，发现该方法计算结果与测 试结果有较好的一致性，计算精度满足设计要求。 厂房等建筑的需求逐年升温。这些建筑大都采用大 柱网部分预应力混凝土框架结构，由于建筑和结构 整体性方面的要求，结构伸缩缝间距远远超过我国 规范的限定值。结构设计中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，严重 影响建筑物的使用，一般将这类结构称为大面积混 凝土梁板结构[1][2]。 大面积混凝土梁板结构设计的核心问题是如 何进行框架结构在温度变化、混凝土收缩和徐变共 同作用下的应力分析。分析中混凝土收缩可以等效 成温度变化，本文将框架结构在温度变化、混凝土 收缩和徐变共同作用下的应力分析简称为框架结 构温度应力分析。 以前框架结构温度应力分析主要是以平面框 架为计算模型的手算方法，不但计算误差较大，而 且计算模型的确定、各榀框架之间的应变协调、楼 板中温度应力的计算等问题还没有得到很好的解 决，很难推广应用于大面积混凝土梁板结构的分析 及设计。因此，对于大型乃至超大型建筑的温度应 ——————————————— 收稿日期：2001-06-14；修改日期：2001-10-25 作者简介：韩重庆(1974)，男，河南焦作人，博士，从事结构工程研究 2 计算假定及基本公式 2.1 计算假定 在本文的分析中采用了如下假定： 1、由于梁板结构的配筋率较低且钢筋基本对 称布置，因此分析中仅考虑构件截面配筋率而不考 虑钢筋在截面中的布置形式。 2、假定框架柱的抗侧刚度不随时间变化。框 架柱混凝土在柱产生侧移时会发生徐变，导致柱抗 侧刚度降低，但是以下因素会使柱混凝土徐变远小 于梁和板：① 大面积混凝土梁板结构的施工顺序 与普通的梁板结构不同，框架柱浇筑时间往往早于 梁和板，有些工程会早两、三个月；② 柱子配筋 冯 健(1963)，男，江苏靖江人，副教授，博士，从事结构工程研究 吕志涛(1937)，男，浙江新昌人，教授，中国工程院院士，从事结构工程研究 工程力学8率较大，尤其是底层柱；③ 一些工程采用钢骨混凝土柱或钢柱来提高柱抗侧移能力；④ 隔墙等非 结构构件也会制约框架柱的徐变，因此保守起见分 析中不考虑柱的徐变。3、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，在以后的研究中可以对这 些因素作进一步讨论。2.2 混凝土收缩、徐变及温度变化计算基本公式在本文分析中，混凝土收缩应变、徐变系数随 龄期的变化按 CEB－FIP MC90 中方法计算，式中 一些参数的计算方法参见相关文献[3]。混凝土收缩 应变计算见式(1)，混凝土徐变系数计算见式(2)。老化系数。对于已知应变历史求应力的松弛问题，上式变 为如下形式：(5) (t) ?? [ (t) ?? cs (t, t s ) ?? T (t)]Ep (t, t 0 )分析以上两式发现，将弹性计算中混凝土弹性模量用龄期调整有效模量代替即可得到考虑徐变 后的基本方程，这是 T-B 法的基本思想。3典型框架的温度应力分析对 2n 跨的等跨框架运用对称性，得到图 1 所示的 n 跨单层典型框架计算简图。图中柱子抗侧刚度 K 可广义地理解为梁或板的轴向弹性约束，所以 该框架亦可代表多层框架中的一层。下面分别讨论 工 程 力 学 8 率较大，尤其是底