超长地下室温度应力分析
超长结构温度应力分析与控制措施
超长结构温度应力分析与控制措施摘要：随着人们对建筑物使用功能的要求越来越高，一些公共建筑正逐渐向大型化、舒适化发展，大量超长、超宽的大型公共建筑随之涌现。
由于季节变化的影响，超长结构的温度应力问题会导致混凝土楼板产生裂缝，严重影响建筑的使用功能和结构安全，因此温度作用在设计中必须予以考虑。
本文以某钢筋混凝土框架-剪力墙结构为例，对超长结构的温度应力问题采用有限元分析程序MidasGen进行了计算分析并给出了控制措施。
关键词：超长结构；温度应力；后浇带；有限元分析1、前言超长结构，由于季节变化等因素的影响，会让超长结构的混凝土发生变形，当混凝土的变形受到墙体等构件的约束，楼板内便会产生较大的温度应力，当温度应力高出混凝土的抗拉强度时，就会导致混凝土楼板会产生裂缝，通常情况下，若在结构中采用低收缩混凝土材料、设置后浇带以及采用预应力钢筋等措施时，温度应力及收缩应力对结构的影响一般可以忽略。
但超长混凝土结构中，如若不进行合理的温度效应控制，柱、墙等竖向构件将产生显著的温度内力，影响结构的承载能力；楼板则很有可能开裂并形成有害的贯通裂缝，对建筑防水和结构的耐久性很不利，影响建筑的正常使用，因此，如何降低温度应力的影响是超长结构设计的关键问题。
2、工程概况某五星级酒店主楼部分采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板体系，底部裙楼为两层宴会大厅，并设有斜圆柱形主出入口。
框架柱截面尺寸600mmx600mm～900mmx1200mm，墙截面尺寸200～500mm。
现行GB50010－2010《混凝土结构设计规范》中对房屋建筑工程结构伸缩缝的最大间距做如下规定：对于现浇式结构，普通砖混结构50m，框架结构55m，剪力墙结构45m，框架-剪力墙结构根据框架和剪力墙的具体布置情况取45~55m之间，通常可取50m。
该酒店结构不设缝轴线尺寸为167.2m，超过了规范要求。
3、温度工况(1)温度荷载。
超长地下室温度应力分析
超长地下室温度应力分析摘要: 针对混凝土超大面积地下室顶板的温度应力进行了研究,考虑了混凝土弹性模量和收缩徐变随时间的变化以及结构的不同约束条件等因素,应用有限元法对温度应力、应变进行分析,讨论了混凝土不同龄期和约束作用对温度应力的影响程度,为超长地下室顶板温度应力、应变控制设计提供参考.关键词: 土木建筑工程；混泥土；温度应力；分析abstract: according to the concrete roof of large area basement temperature stress was studied, considering the changes of concrete elastic modulus and shrinkage xu biansui time and the structure of the different constraint conditions and other factors, analysis of temperature stress, strain and application of finite element method, discussed the influence of different age and confined concrete should be force on the temperature, stress, strain and temperature control design to provide the reference for the roof of super-long basement. key words: civil engineering; concrete; temperature stress; analysis中图分类号：[tu761.6]文献标识码：a 文章编号：1 概述近年来随着我国建筑业的迅猛发展,在高层、大跨结构以及道路、桥梁等建设工程中,对不设伸缩缝混凝土结构的长度要求越来越高.现行规范中规定了混凝土结构伸缩缝的最大间距,同时指出,当采取一定的措施后,温度的伸缩缝间距可以加大.随着计算机技术和算法的日趋成熟以及材料科学的进步,人们能够设计出不设或少设伸缩缝的超长、超大的混凝土结构.对于计算超长、复杂结构的温度应力存在一些困难,一是结构各处的温度分布和混凝土收缩等参数随着时间的变化难以准确确定;二是由于混凝土材料的弹塑性性质,在温度等因素作用下混凝土的强度、弹性模量也随时间变化;三是混凝土的徐变、应力松弛对计算结果影响非常大.本文以温州某商业城地下室超长顶板为实例研究温度应力问题.由于地下室结构的超长性、复杂性使得地下室顶板的温度应力分析成为该工程结构分析计算中的重要组成部分,本文应用有限元程序ansys分析了不同龄期混凝土弹性模量、收缩徐变以及结构的整体刚度和约束等条件对该工程温度应力的影响.2 温差及混凝土的收缩2. 1 气温变化的分类混凝土结构表面和内部各点的温度与太阳辐射、气温的改变, 以及结构所处的地理位置、地貌条件、结构方位、朝向等有关,同时在结构物的内部和外表面之间存在着以辐射、对流和传导等方式与周围环境进行的热交换,而且结构内各点的温度受材料的热物理特性的影响很大,由此产生的温度场分布也很复杂.在工程应用中一般将温度载分成以下几类:1)日温差作用,即一天之内气温最高值与最低值之差;2) 骤然降温温度变化, 主要是工程结构遇冷空气侵袭, 导致外表面迅速降温, 结构形成较大的内外温差;3) 年温度变化,它是长期的缓慢作用, 使得结构整体发生均匀的温度变化, 产生较大的整体位移, 计算时以平均温度为零温度应力时的参考温度, 以最高与最低月平均温度的变化值作年温变化;4) 人为温度变化, 建筑结构因工艺要求迅速升温或降温.2. 2 混凝土的收缩作用混凝土在空气中逐渐硬化、水分散发的过程中,体积就产生了收缩变形,当受到外部(支座)或内部(钢筋)的约束时,将在混凝土中产生拉应力,甚至开裂.经研究混凝土的收缩应变值超过其轴心受拉峰值应变的3～5倍,一般可达到(300～600)×10-6,不利条件下可达(800～1000)×10-6,使其成为引起大面积混凝土开裂的主要原因之一.混凝土收缩是长期的过程,并且和水泥品种、骨料性质等多种因素有关, 相应形成了多种计算模型.3 有限元分析3.1 温度应力影响因素3.1.1 混凝土材料弹性模量的变化大量的试验和工程实践证实,随着混凝土龄期的增长,混凝土的弹性模量持续增长,规范cebfipm90中混凝土的弹性模量随龄期增长的计算公式为:ec(t)= ec/bt (6)式中: bt = es (1-28/t);ec为龄期t =28天时的混凝土弹性模量;s取决于水泥种类, 普通水泥和快硬水泥取0.25,快硬高强水泥取0 20;t为混凝土龄期,假定从浇注完成一天开始计算.由上式可见,在浇注初期混凝土的弹性模量较小,所产生的应力也较小,而随着龄期的增长,在降温期间弹性模量已经增加,相应地由温度产生的拉应力也增大,当抵消压应力后仍有较大的拉应力时,有可能使混凝土开裂.由此可见,在计算温度应力时需要考虑弹性模量随时间变化的影响.3.1.2 徐变与应力松弛混凝土受力后水泥凝胶体的塑性流动要持续一个很长的时间,即产生徐变变形.而保持混凝土的应变值不变,应力值将随时间的延长而减小,即为应力松弛.混凝土的徐变和松弛随时间而增大,增长率逐渐减小.混凝土的徐变和松弛现象将改变结构的内力发布,对于受弯构件可使挠度增大2～3倍,引起预应力混凝土构件中预应力的损失;另一方面,徐变的出现延缓收缩裂缝的出现,减少了由于支座不均匀沉降产生的应力,降低了温度应力作用.据有关资料表明,考虑混凝土徐变作用将使得温度应力的分析结果降低30%～50%,由此可见徐变的考虑对分析结果有非常重要的影响.由于混凝土徐变的复杂性,基于不同简化假设的理论也很多,从工程应用出发,文中将计算的弹性解按40%进行折减简化.4 实例分析某住宅超大面积地下室顶板的温度应力进行了分析研究.该工程是带11栋高层建筑的一层超大地下室,该地下室结构复杂, 地下室平面呈扇形，水平向最宽处317.5米，垂直方向最宽处314.35米，属于超长地下室,明显超出规范设缝要求的长度.4. 1 温度场计算由于该工程为梁板结构形式,因此选用三维梁单元和板壳单元,忽略温度在板厚度方向的传递过程.由于混凝土的极限抗压强度远大于极限抗拉强度,因此混凝土的收缩作用更加不利于结构的抗裂性能.另外,相对于计算参考温度,如果在整体结构中收缩和膨胀区域都存在,由于膨胀和收缩的作用相互抵消,将降低由于温差引起的整体结构温度应力和应变.计算时考虑不利情况,让整体结构均匀下降15c .4. 2 混凝土的收缩和弹性模量的变化根据该工程实际情况取以下参数:bsc=5,rh=60%,fc=15n/mm2,ec=3.0×104n/mm2,2acu=100(取地下室顶板体积与表面积比值),s=0.25,龄期t、ts的取值从浇注完成第一天开始计算.代入式( 1)～( 6)得到混凝土的收缩和弹性模量随时间变化结果.计算结果可知混凝土的收缩变形在一年龄期内增长很快,随后增长开始减缓,从第三年龄期以后增长趋势明显减慢,但龄期超过6年后混凝土收缩变形仍有增长.弹性模量在龄期一年内逐渐增大,变化较明显,之后增长非常慢.4. 4 计算结果及分析地下室顶板单元在混凝土龄期一年时等效收缩应变等值线分布,可以明显看到,沿着车库中心向外收缩应变逐渐增大, 中间区域收缩应变较大,又因为局部约束和刚度条件不同,如梁、柱、剪力墙相接处,最大收缩应变位置随之改变,并不在板的圆心区域.由于同样原因,在剪力墙和梁柱交接处区域的收缩应变均大于附近区域应变,而且其应变值远大于混凝土极限抗拉应变,应力分布与应变分布类似.5 结论(1) 混凝土的弹性模量在早龄期变化较大.在温度应力、应变的模拟计算中, 温度应力随混凝土弹性模量的改变而线性变化,因此在混凝土的早龄期温度应力分析中要特别重视这种变化,在后期分析中弹性模量增长非常缓慢,对温度应力影响很小,在应用中可以忽略这种的变化.(2) 混凝土收缩产生的等效温差较大,且随混凝土龄期的变化明显,是分析温度应力时必须考虑的主要影响因素之一.(3) 温度应力是一种约束应力,当没有约束存在时温度应力不会产生,同样, 当加强结构的约束将增加由于温度作用产生的内力,而由于施工过程中结构刚度的不断变化将引起温度应力、应变改变,最终改变幅度与约束条件的强弱以及计算模型的结构形式相关. (4) 在选取计算温差时要注意,气温的变化是周期性的,而混凝土收缩产生的等效温差是单调增加的,并且混凝土的极限抗压强度远大于其极限抗拉强度, 因此为了得到最不利的情况,应选取结构降温时工况计算.( 5) 由于混凝土的徐变对模拟计算的结果影响非常大,而混凝土的徐变又和材料性质、应力水平、加载时的龄期等许多因素相关,徐变对温度应力的影响尚有待深入研究.参考文献[1] 刘开国. 超长框架结构的温度变形与温度应力[ j ] . 建筑结构,2011.[2] 冯健, 吕志涛. 超长混凝土结构的研究与应用[ j ] . 建筑结构,2009.。
超长地下室温度应力分析及裂缝控制
超长地下室温度应力分析及裂缝控制摘要：分析超长地下室裂缝产生的原因，以巴中万达广场项目为例，采用YJK进行温度应力计算分析，并提出温度裂缝的有效控制措施。
关键词：超长地下室温度应力裂缝控制超长结构系指结构单元长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝、沉降缝最大间距的结构。
为保证地下室的使用功能，超长地下室通长不能采用预留施工缝的常规施工方案，针对超长地下室如不采用合理的设计和施工措施，后期很容易产生裂缝。
不仅影响工程质量整体外观形象，而且降低抗渗和抗冻能力、钢筋锈蚀、降低耐久性，漏水并影响地下室正常使用，最终导致业主投诉和大量的维护成本。
本文在对地下室裂缝产生的原因进行分析的基础上，对超长地下室结构的裂缝控制、温度应力及其影响进行相关探讨。
1.裂缝产生的原因结构裂缝分为两大类，一类是由于荷载引起的裂缝，另一类是由于变形引起的裂缝，包括温度、湿度、水泥水化热、地基变形等。
地下室裂缝很多出现在施工过程中，此时上部结构还没有承受很大的荷载，因此地下室的开裂主要还是由于温度的收缩和混凝土的干缩。
并且此时上部没有保温隔热的覆盖层，超长地下室的整个施工周期较长，对这一类裂缝，加剧了热胀冷缩、混凝土收缩对地下室的不利作用。
当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。
温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。
2.施工过程中的温度应力分析在超长地下室的施工过程中，混凝土不断产生水化热，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度高，表面温度低，形成温度梯度，造成温度变形和温度应力。
在混凝土浇筑过程中，变化是持续不断的，我们不可能做到在施工过程中进行充分有效的控制，这就要求在超长地下室的整个施工过程开始之前我们就要做好相应的理论估算分析，一方面可以从总体上把握温度应力的变化趋势，避免大部分问题的出现，另一方面，对于极端情况，也可以采取及时有效的措施去减轻危害的程度。
超长建筑结构温度应力分析
超长建筑结构温度应力分析摘要随着我国国民经济的持续发展，在国内已经出现越来越多的超长建筑物，但是受限于功能上的使用，大多规定排除温度伸缩缝或者只设置极少的温度伸缩缝。
由于超长建筑结构的温度影响进行不恰当的处理，结构将会产生比较大的损失，甚至可能会影响正常的使用。
我国混凝土的结构设计规范排除了温度的因素，只从构造进行了分析与处理。
所以，分析超长建筑结构的温度应力特点，显得尤为重要，不仅可以为工程设计提供依据，也可以为以后的实际工程设计提供参考价值。
如何更好的利用温度应力分析技术成了其中的重难点问题，本文详细的说明了温度应力对结构的影响和温度应力分析，希望可以抛砖引玉。
关键字超长；建筑结构；温度应力解决超长建筑结构的温度应力问题需要考虑多方面的因素，包括综合设计和施工方面的因素。
综合考虑建筑结构的各个时期温度作用的特性，完善温度作用，更加有利于提高设计的合理性与规范性。
对于超长建筑物的设计必须采用预防结构温度收缩变形的方法。
本文主要就是介绍超长建筑结构温度应力的特点，设计方面的可行性措施，希望借此对超长建筑结构的普及和推广贡献一点微不足道的力量。
1 温度应力对结构的影响1.1 温度应力首先，我们要对温度应力的概念有一定的了解，由于温度变化，结构或者构件产生伸长或缩短，在伸缩由于受到限制时，构件或者结构的内部就会产生应力，称为温度应力。
由于不同的超长建筑物有着不同的结构形式，同时不同时间段的温度作用会产生不同的温度荷载。
一般而言，由自然环境变化而产生的的温差荷载可分为3种形式:1）骤然下降导致的温度差；2）季节变化导致的温度差；3）白天照明强度的变化导致的温度差。
1.2 从设计角度提出的可行性方案从设计角度我们可以提出的可行性方案就是建立超长建筑结构温度问题有限元模型研究。
首先通过分析建筑结构各时期温度效应的特点，其次完善温度效应的影响和温差取值的计算准则，最终挑选出在工程设计中起到控制作用的温差取值，有利于设计时的采用。
超长结构温度应力计算探讨
超长结构温度应力计算探讨一、温度作用的特点：温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用，具有以下特点：1）温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用，属于间接作用；2）温度作用随外界环境的变化而变化，有明显的时间性，属于可变作用；3）建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响，因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程；4）引起结构温度变化因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素（如火灾）等，诱因多样性使温度作用有别于其它（荷载）作用。
二、温度作用的规范规定：2.1什么时候需要进行温度作用计算根据温度作用的特点可知，结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。
表1为常用材料线膨胀系数αT，可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。
正因为如此，在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。
材料确定的情况下，长度越长，温度作用越大。
在完全没有约束的情况下，总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃，梁长度将增加或减少20mm；如果端部的变形完全受到约束，将在梁内部产生约2160KN（按强度等级为C30计算）的轴向压力或拉力，该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。
T实际结构不可能没有约束，总会在结构中产生温度应力，当结构长度较小时，可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。
现行规范根据不同的结构形式给出该长度（温度区段长度）经验值，详见表2，当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。
表2: 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m)建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。
超长混凝土结构温度应力影响分析
Construction & Decoration建筑与装饰2023年12月下 169超长混凝土结构温度应力影响分析聂行中铁上海设计院集团有限公司南昌院 江西 南昌 330000摘 要 温度应力是超长结构设计中重点探讨的问题之一。
本文介绍了某体育馆超长框架结构温度应力分析及设计，探讨了温度荷载的确定，并通过YJK建模计算，分析了温度应力下结构变形及楼板应力分布，根据分析结果提出来相关控制温度应力的措施，为今后类似工程设计提供一定的借鉴作用。
关键词 温度应力；超长结构；温度荷载Analysis on Influence of Temperature Stress of Ultra-Long Concrete StructuresNie XingChina Railway Shanghai Design Institute Group Co. Ltd. Nanchang Institute, Nanchang 330000, Jiangxi Province, ChinaAbstract Temperature stress is one of the key problems in the design of ultra-long structures. In this paper, the analysis and design of temperature stress of ultra-long frame structure of a gymnasium are introduced, the determination of temperature load is discussed, and the structural deformation and floor stress distribution under temperature stress are analyzed through YJK modeling calculation, and relevant measures to control temperature stress are proposed according to the analysis results, which provides a certain reference for similar engineering design in the future.Key words temperature stress; ultra-long structure; temperature load引言近20年来，我国经济实力的不断增长逐步推动着现代城市的高速发展，我国建筑行业也取得了长足的发展，人们对建筑使用功能、建筑美感也提出了更高的要求，大空间、大跨度的体育场馆、会展中心、城市枢纽中心等建筑应运而生。
超长结构温度应力计算探讨(精)
超长结构温度应力计算探讨一、温度作用的特点:温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用,具有以下特点:1温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用,属于间接作用;2温度作用随外界环境的变化而变化,有明显的时间性,属于可变作用;3建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响,因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程;4引起结构温度变化因素很多,有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素(如火灾等,诱因多样性使温度作用有别于其它(荷载作用。
二、温度作用的规范规定:2.1什么时候需要进行温度作用计算根据温度作用的特点可知,结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。
表1为常用材料线膨胀系数αT,可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。
正因为如此,在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。
材料确定的情况下,长度越长,温度作用越大。
在完全没有约束的情况下,总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃,梁长度将增加或减少20mm;如果端部的变形完全受到约束,将在梁内部产生约2160KN(按强度等级为C30计算的轴向压力或拉力,该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。
表1: 常用材料的线膨胀系数αT材料线膨胀系数αT(×10-6/℃轻骨料混凝土7普通混凝土10砌体6~10钢,锻铁,铸铁12不锈钢16铝,铝合金24实际结构不可能没有约束,总会在结构中产生温度应力,当结构长度较小时,可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。
现行规范根据不同的结构形式给出该长度(温度区段长度经验值,详见表2,当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。
表2: 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m结构类型室内或土中露天排架结构装配式100 70框架结构装配式75 50 现浇式55 35剪力墙结构装配式65 40 现浇式45 30挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式40 30 现浇式30 20建筑结构设计时,应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应,如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
地下车库超长楼盖温度应力分析
地下车库超长楼盖温度应力分析本工程地下车库东西向最大平面尺寸约为50m,南北向最大平面尺寸约为130m,南北向尺寸远大于规范规定的框架结构伸缩缝最大间距55m的要求，为尽可能减小对建筑功能的影响，未设置伸缩缝。
故在结构计算分析时，需考虑温度作用对结构受力的影响。
一、收缩应力的分析方法目前工程界对超长混凝土结构收缩应力的分析，最常用的方法是将混凝土收缩等效成温度收缩，与最大季节温差相加，作为最不利温差施加于结构，对整个结构进行弹性有限元分析，得到楼面中均匀分布的最大拉应力。
再将该拉应力乘以0.3的徐变应力折减系数，作为结构设计的最终依据。
而《建筑结构荷载规范》(GB50009)规定：混凝土结构分析时，考虑温度作用的结构刚度折减以及混凝土材料的徐变和收缩作用等，可参考有关资料考虑，如《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60)及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62)等。
综合考虑，本工程收缩应力分析与控制分为两个阶段：1主体结构浇筑至后浇带浇筑前(浇筑后60天)，此阶段的收缩应力主要为混凝土的自身收缩、塑形收缩、碳化收缩以及干缩，而温度变化不大，温度应力不明显，同时此时间段存在着混凝土的徐变。
此阶段应力控制主要为后浇带设置以及施工控制。
2.后浇带浇筑时至结构温度变化最大(与后浇带浇筑季节相反)，此阶段混凝土仍存在收缩应力，并伴随着温差引起的温度应力，同时存在着混凝土的徐变。
此阶段的应力控制为计算出考虑徐变的收缩应力，根据计算结果指导设计。
二、温度荷载取值根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)并结合以往工程经验，本工程温度荷载取值如下：根据上表，采用20,-20℃的温差进行温度作用计算（定义为TEMP+、TEMP-工况）。
三、温度作用下计算结果在温度荷载作用下的车库顶板应力分布如下图1〜图2所示：图1地下车库顶板主应力图（升温工况）图2地下车库顶板主应力图（降温工况）由上述计算结果可知：在升温和降温两个工况作用下，地下车库顶板的温度应力较小，绝大部分楼板最大主拉应力小于2.39MPa,小于C40混凝土的抗拉强度标准值，温度作用下混凝土楼板不出现裂缝。
实例分析超长建筑物结构温度应力
实例分析超长建筑物结构温度应力结构温度应力分析采用midas/Gen Ver.800软件进行计算。
图1.1 平面布置简图表1主要结构布置表格柱子800x800/600x600/500x500mm梁400x700/250x600/350x700板100mm/120mm关键词超长结构温度应力温度筋2.气象条件当结构为跨年度施工时，按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录E 规定辽宁省抚顺市最高温度33℃、最低温度-28℃。
当不跨年时，由于抚顺市离沈阳较近，参考沈阳市地方规范《超长混凝土结构防裂技术规范》（DB2101/TJ013-2013）的规定：表2 沈阳地区月平均气温温度（℃）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月月平均氣温-11.0 -6.9 1.2 10.2 17 22 24.6 23.6 17.4 9.5 0.3 -7.5最高月平均气温-4.9 -0.9 6.7 16.5 23 27.2 29 28.4 23.6 15.7 5.7 -1.9最低月平均气温-16.2 -12.2 -4.0 4.1 11.2 17.0 20.6 19.3 12.1 4.2 -4.2 -12.23.温差取值由于混凝土的热惰性，短时间内的温度变化不会对结构产生很大影响，温差的取值主要由月平均温度控制。
使用阶段室内温度介于10-25度之间，整个结构处于升温状态，混凝土不产生拉应力，因此温差效应不起控制作用，仅对施工阶段的温差效应进行分析。
施工阶段分析主要考虑地上结构主体合拢后（即温度后浇带封闭以后）至正常使用前的温差工况。
本工程在2014年3月份设计完成，同年地下室施工完毕。
2014年5月份开始施工上部结构，同年6月30日主体完成，同年9月1日开始浇筑后浇带主体合拢，根据表2取地上结构的合拢温度取8月和9月平均月气温的平均值为9月1日的气温，近似取为20℃。
本工程预计2014年11月1日开始采暖投入使用，取10月和11月平均月气温的平均值为11月1日的气温，近似取5℃，因此温差为-15℃。
超长地下室温度应力分析与裂缝控制措施
超长地下室温度应力分析与裂缝控制措施1.概况某高层公寓式酒店位于吴江市盛泽镇，总占地面积6300平方米，总建筑面积51000平方米。
工程划分为A、B两个区，地下2层。
地上由2栋30层公寓式酒店及3栋3层商铺裙房组成，地下室底板面标高-8.850米，其中B区地下室长度达到151.2米，宽度52.65米。
战时为六级人防地下室，平时作为车库。
本工程基础采用钻孔灌注桩，底板为梁板结构。
板厚600mm，采用C30混凝土，抗渗等级S8，设后浇带2条，宽度800mm。
2.裂缝产生的机理及其控制措施建筑物的裂缝按其成因可分为两类：一是外荷载引起的裂缝，二是由各种变形引起的裂缝，如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等。
实际工程中由于变形引起的裂缝约占80%，对于超长建筑物，温度变化和混凝土收缩的影响十分突出。
2.1.本工程裂缝控制的设计原则混凝土结构受温度或收缩影响而开裂的原因是复杂的，结构长度只是其原因之一。
通过对苏州地区地下结构的观察，我们发现若措施不当，即使满足规范伸缩缝间距的要求，同样会出现温度裂缝。
混凝土开裂基本上可分为3个活动期：混凝土入槽后，在1~2d内达到温度峰值，然后根据不同的降温速度逐渐降至周围温度，此间混凝土还进行一部分收缩；往后3~6个月完成大部分收缩（约60%~80%）；至1年左右收缩基本完成。
因此可把总温差分为两部分，在第1部分温差经历时，把结构分为许多段，可有效地减小前期的温度应力；在施工后期把许多段连成整体，再继续承受第2部分的温差、收缩及长期使用过程的温度变化。
通过对地下室底板混凝土的温度应力分析，计算后浇带施工封堵前后混凝土最大拉应力，两部分的温差及收缩应力小于混凝土抗拉强度，则可以达到不设置永久缝而控制混凝土开裂的目的。
由于温差及收缩应力的计算仅是粗略的估算，因而还必须结合工程经验，采取合理的构造措施，才能真正实现对混凝土裂缝的有效控制。
2.2.温度应力分析2.2.1.第1阶段：后浇带施工封堵前首先计算早期混凝土应力：设计混凝土强度等级为C30，底板厚600mm，水泥采用425号普通硅酸盐水泥。
基于ABAQUS的地下室基础底板温度场及温度应力分析
结果与讨论
通过实验和ABAQUS软件的模拟分析，本次演示得到了地下室基础底板的温度 场和温度应力分布情况。结果表明，地下室基础底板的温度分布不均匀，呈现出 中部高、四周低的趋势。此外，地下室基础底板的温度应力也表现出不均匀分布 的特点，其中以横向应力最为显著。在某些区域，基础底板的应力值超过了材料 的屈服强度，这对建筑物的稳定性产生不利影响。
理论分析
ABAQUS是一款功能强大的工程仿真软件，它提供了强大的求解器和前后处理 功能，可以针对各种复杂的工程问题进行模拟和分析。针对地下室基础底板的特 点和问题，本次演示将采用以下分析方法和技术路线：
1、建立地下室基础底板的有限元模型； 2、对模型进行材料属性设置、边界条件施加等前处理操作；
在应力场分析中，我们将根据弹性力学基本理论，建立焊接过程的应力平衡 方程。通过求解这个方程，我们可以得到材料内部的应力分布。我们将进一步分 析不同因素对应力场的影响，例如材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。此 外，我们还将研究焊接速度、焊接顺序等因素对焊接残余应力的影响。
在进行数值分析时，我们将采用有限元方法对温度场和应力场进行求解。为 了提高计算精度，我们将使用高阶单元进行网格划分，并对边界条件进行适当的 约束。此外，我们还将对材料的行为进行建模，以便在模拟过程中考虑到材料的 弹性和塑性行为。
为了深入探讨超长地下室混凝土结构的温度应力问题，本次演示设计了一系 列实验。首先，我们选取了一栋实际工程中的超长地下室结构作为研究对象，并 对其施工过程进行跟踪记录。然后，在结构运营期间，通过布设在结构表面的温 度传感器，采集不同季节、不同时间节点的温度数据。最后，采用有限元软件对 结构进行建模，将实测温度数据作为边界条件进行仿真分析。
在结果与讨论中，我们将对数值分析的结果进行详细讨论。我们将重点研究 焊接残余应力的分布规律，以及它们对结构性能的影响。我们还将探讨不同工艺 参数对焊接残余应力的影响，并比较不同材料的焊接残余应力分布。此外，我们 还将讨论焊接残余应力对结构疲劳寿命、稳定性等方面的影响。
【分析地下室混凝土施工中产生的温度应力及裂缝处理措施】
分析地下室混凝土施工中产生的温度应力及裂缝处理措施张生洪（龙岩市兰天建筑工程有限公司）摘要：本文就地下室大体积混凝土产生的温度应力以及由此产生裂缝的原因进行了分析，并从施工方面提出裂缝的控制措施。
关键词：混凝土、温度应力、裂缝分析、裂缝控制一、前言混凝土裂缝，一直是困扰我们建筑界的一大难题。
混凝土裂缝的出现，有很多方面的原因，但从实践中来看，施工不当（包括材料的选用、施工工艺的选择、成品的保护等）是造成混凝土出现裂缝的主要原因。
混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害，但裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性，会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。
二、工程概况本工程为地上28层，地下2层的大型商业办公综合楼，地下室基础底板均为大体积混凝土浇筑，混凝土强度按设计采用C35P8抗渗混凝土，坍落度为90～150mm，由后浇带分隔成15块底板分别浇筑。
最多一次连续浇筑2500m3，混凝土底板最深厚度达1.6m。
三、混凝土内应力的分析1、温度应力的形成过程根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。
这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。
由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
（2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
（3）晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。
温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。
2、温度应力产生的原因温度应力引起的原因可分为两类：（1）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。
超长地下结构降低温度应力设计方法
第 39 卷第 4 期2023 年8 月结构工程师Structural Engineers Vol. 39 ， No. 4Aug. 2023超长地下结构降低温度应力设计方法姜文辉*何诚（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200092）摘要随着地下空间开发的需要，地下结构不设缝长度不断突破，当超长地下结构在收缩等效温差与季节温差叠加下的应力可能会超过混凝土的抗拉强度时，可采用增加普通钢筋、增设预应力钢筋或掺加抗裂纤维等方法抵抗温度应力，也可在充分研究温度应力成因与分布规律后，在设计中主动采取降低温度应力的设计方法以降低温度应力、有效控制裂缝的出现和发展、节约工程造价。
以某超500 m长地下工程为例，介绍了降低温度应力设计方法和构造措施，在满足裂缝控制要求下，取得了较好的经济效益。
关键词超长地下结构，季节温差，降低温度应力设计方法Design Method for Reducing Temperature Stress of Super LongUnderground StructureJIANG Wenhui*HE Cheng（Architecture Design & Research Institute of Tongji University， Shanghai 200092， China）Abstract With the needs of underground space development，the length of underground structure without joint continues to break through， when the stress of super long underground structure under the superposition of shrinkage equivalent temperature difference and seasonal temperature difference may exceed the tensile strength of concrete，it is necessary to resist temperature stress by increasing reinforcement，adding prestressed rebar or crack-resisting fibers. After investigating the cause and distribution of temperature stress，using proper design method may also reduce temperature stree，effectively control the occurrence and development of cracks， and reduce project cost.Taking a 500-meter-long underground project as an example，this paper introduces a design method and structural measures to reduce temperature stress，which has achieved good economic benefits under the condition of meeting the requirements of crack control. Keywords super long underground structure，seasonal temperature difference，design method to reduce temperature stress0 引言随着地下空间开发的需要，国内超过350 m 长度的地下室设计案例中，苏州中心广场（380 m×360 m）、上海世博中心（414 m×99 m）、恒丰贵阳中心［414 m×（83~145） m］、杭州国际博览中心（432 m×264 m）、首都机场地面交通中心（558 m×342 m）、杭州国际金融会展中心（644 m×244 m）等项目不设缝的长度在不断突破。
地下室墙板环境温度应力有限元分析.doc
地下室墙板环境温度应力有限元分析摘要：建立地下室墙板有限元模型，并且地下室外墙四周和底板底部受到土壤的弹性约束，研究了在气候变化下地下室外墙和底板引起的温度应力。
通过有限元分析，绘制出气候变化过程中温度应力的分布情况，以及定性的总结出温度应力随墙体长度和底板厚度变化的规律。
关键词：地下室；有限元分析；弹性约束；温度应力1概述本文通过用有限元程序对墙板的环境温度效应进行线弹性分析，计算在最不利温差下的墙板温度效应。
施加温度时暂不考虑混凝土的干缩对地下室墙板产生的收缩应力的影响，只考虑气温骤降情况下产生的室内外最不利温差时墙板产生的温度应力。
并通过有限元分析得出了墙板环境温度应力的变化规律。
2基本假定由于混凝土变形问题的复杂性，完全模拟真实的情况是不可能的，因此在误差允许的范围内对真实的情况进行适当的简化和设置合理的假设条件，并在其基础上求解，得到在简化状态下的近似解答。
2.1在研究中认为墙体混凝土已经“成熟”，弹性模量不再随时间而变化，同时混凝土强度也已达到设计强度，材料的特性不随温度而改变；同时认为结构地基已稳定，不出现不均匀的沉降；墙体上除有“温度荷载”（环境温度变化）作用外不存在混凝土收缩当量温差。
2.2本文所研究墙体所处的具体工况为：内、外墙面无粉刷、无保温层；墙外为自然通风状态，墙内无任何调温设备。
2.3叠加原理仍然有效，材料遵循虎克定律。
认为温度变形很小，结构构件仍处于弹性阶段，可应用叠加原理。
3基本参数混凝土配合比不同，其热力学性能也不同。
本文中采用C40混凝土，混凝土抗拉强度标准值为ftk=2.39N/mm2。
混凝土热膨胀系数为1×10-5/℃，比热0.97kJ/kg℃，导热系数192kJ/(m.d.℃)，导温系数0.0034m2/d，密度2400kg/m3，泊松比0.2，弹性模量3.25×104N/mm2；土壤的比热1.01kJ/kg℃，导热系数80.35kJ/（m.d.℃），密度1800kg/m3，泊松比0.35，弹性模量30N/mm2。
超长地下室的温度应力和裂缝控制
超长地下室的温度应力和裂缝控制摘要：伴随着现代社会的高速发展，人口的城市集中化逐渐成为一种趋势，导致了城市规模的迅速扩大化。
建筑越来越高，住房、公共活动场所越来越多，而地面却是有限的，这样地下空间的充分利用就显得非常重要。
在目前，随着用地紧张性的增强，出现了许多超长、超大的地下室。
但是超长地下室的开发使用中不可避免的存在很多影响安全性的技术方面的问题，较为常见的就是温度应力等原因导致的地下室顶板或者墙体开裂。
混凝土开裂后大大影响了地下室整体的观感，即使对这些裂缝作了修补，地下室整体结构的耐用性依然大大降低了，并且很有可能在以后的使用中引起地下室的渗漏，减少地下室的使用寿命等。
本文对超长地下室的裂缝控制、温度应力及其影响进行了具体的分析，包括施工过程中的拆模及混凝土材料性能变化等的影响，并对温度应力的有限元计算分析方法作了介绍。
关键词：超长地下室裂缝温度应力有限元分析1 引言早在六十年前，我国的朱伯芳和潘家铮院士等就提出了有关水工中体积混凝土结构的温度控制及其计的完整理论体系。
在力学方面，刘光庭等率先把断裂力学运用到了仿真计算中，以及后来的赵代深教授结合仿真分析在影响混凝土建筑的整个进程的应用研究也取得了一系列的技术成果。
到了近些年，我国的王铁梦教授对不同种类的裂缝进行了比较全面系统的分析后，有针对性的提出了两个非常重要的设计原则——“抗”和“放”，即根据具体条件或以“放”为主或以“抗”为主，在必要时要有效进行“抗”、“放”的有机结合，以有效减少混凝土的开裂情况。
国外对混凝土的温度应力研究要比我们国内早一些。
1934年，马斯洛夫用弹性力学方法解决在水坝建设施工方面的温度应力问题，这对以后的研究及应用都有很大的影响。
在六十年代的日本和美国对温度应力分析也进行了更为深入的分析研究，日本的森忠次考虑了不同的温度分布问题，美国的Tatro和Schrader 联合发表的温度场一维有限元分析研究，则被公认为有关温度场有限元仿真分析的开创性结果。
上海市民中心地下室顶板预应力结构温度应力分析
上海市民中心地下室顶板预应力结构温度应力分析摘要:本文结合上海市民中心工程, 通过对地下室顶板混凝土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Abstract: combining with Shanghai citizen center project, through to the basement roof concrete structure of temperature stress finite element analysis, analysis of the lateral stiffness of super-long structure of the influence of temperature stress distribution.Keywords: overlong concrete structure, resist lateral stiffness, temperature stress1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,严重影响建筑物的使用,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0.2－0.7Mpa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。
施加预应力可以在混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。
超长结构温度应力计算探讨
超长结构温度应力计算探讨一、温度作用的特点：温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用，具有以下特点：1）温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用，属于间接作用；2）温度作用随外界环境的变化而变化，有明显的时间性，属于可变作用；3）建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响，因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程；4）引起结构温度变化因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素（如火灾）等，诱因多样性使温度作用有别于其它（荷载）作用。
二、温度作用的规范规定：2.1什么时候需要进行温度作用计算根据温度作用的特点可知，结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。
表1为常用材料线膨胀系数αT，可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。
正因为如此，在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。
材料确定的情况下，长度越长，温度作用越大。
在完全没有约束的情况下，总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃，梁长度将增加或减少20mm；如果端部的变形完全受到约束，将在梁内部产生约2160KN（按强度等级为C30计算）的轴向压力或拉力，该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。
表1: 常用材料的线膨胀系数αT实际结构不可能没有约束，总会在结构中产生温度应力，当结构长度较小时，可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。
现行规范根据不同的结构形式给出该长度（温度区段长度）经验值，详见表2，当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。
建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。
超长结构计算温度应力对设计结果的影响
超长结构计算温度应力对设计结果的影响摘要：根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012，建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。
本文将通过具体工程分析对比超长结构考虑了温度应力后钢筋用量的变化。
关键词：温度应力；超长结构；钢筋用量一、工程概况某酒店地下车库，单层层高4.5m,长x宽：81.6x36.6㎡，未设缝。
所处场地抗震设防烈度为8度（0.20g）第三组。
框架-剪力墙结构，楼板采用现浇钢筋混凝土楼板。
框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。
结构平面图见下图。
二、温度应力计算1.基本气温气温是指在气象台站标准百叶箱内测量所得按小时定时记录的温度。
基本气温根据当地气象台站历年记录所得的最高温度月的月平均最高气温值和最低温度月的月平均最低气温值资料，经统计分析确定。
根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012附录E.5可查出工程项目所在地50年重现期的月平均最高气温Tmax和月平均最低气温Tmin。
2.温度应力的计算整体结构分析软件：盈建科结构计算软件。
根据计算软件，程序假定采用杆件截面均匀受温、均匀伸缩的温度荷载加载方式。
在杆件两端节点上分别定义节点温差，从而定义了一根杆件的温度升高或降低。
这里的温差指结构某部位的当前温度值与该部位处于无温度应力时的温度值的差值。
程序中输入“最高升温”和“最低降温”两组温差，分别用以考虑结构的膨胀和收缩两组温度荷载工况。
进行温度荷载下的分析时，应该将温度荷载影响范围内的楼板定义为弹性膜，之后点选结构总体信息中的“计算温度荷载”，目前程序是按照线弹性理论计算结构的温度效应，对于混凝土结构，考虑到徐变应力松弛特性等非线性因素，实际的温度应力并没有弹性计算的结果那么大。
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超长地下室温度应力分析
作者：叶志锋
来源：《城市建设理论研究》2013年第08期
摘要: 针对混凝土超大面积地下室顶板的温度应力进行了研究,考虑了混凝土弹性模量和收缩徐变随时间的变化以及结构的不同约束条件等因素,应用有限元法对温度应力、应变进行分析,讨论了混凝土不同龄期和约束作用对温度应力的影响程度,为超长地下室顶板温度应力、应变控制设计提供参考.
关键词: 土木建筑工程；混泥土；温度应力；分析
Abstract: According to the concrete roof of large area basement temperature stress was studied, considering the changes of concrete elastic modulus and shrinkage Xu Biansui time and the structure of the different constraint conditions and other factors, analysis of temperature stress, strain and application of finite element method, discussed the influence of different age and confined concrete should be force on the temperature, stress, strain and temperature control design to provide the reference for the roof of Super-long Basement.
Key words: civil engineering; concrete; temperature stress; analysis
中图分类号：[TU761.6]文献标识码：A 文章编号：
1 概述
近年来随着我国建筑业的迅猛发展,在高层、大跨结构以及道路、桥梁等建设工程中,对不设伸缩缝混凝土结构的长度要求越来越高.现行规范中规定了混凝土结构伸缩缝的最大间距,同时指出,当采取一定的措施后,温度的伸缩缝间距可以加大.随着计算机技术和算法的日趋成熟以及材料科学的进步,人们能够设计出不设或少设伸缩缝的超长、超大的混凝土结构.
对于计算超长、复杂结构的温度应力存在一些困难,一是结构各处的温度分布和混凝土收缩等参数随着时间的变化难以准确确定;二是由于混凝土材料的弹塑性性质,在温度等因素作用下混凝土的强度、弹性模量也随时间变化;三是混凝土的徐变、应力松弛对计算结果影响非常大.本文以温州某商业城地下室超长顶板为实例研究温度应力问题.由于地下室结构的超长性、复杂性使得地下室顶板的温度应力分析成为该工程结构分析计算中的重要组成部分,本文应用有限元程序ANSYS分析了不同龄期混凝土弹性模量、收缩徐变以及结构的整体刚度和约束等条件对该工程温度应力的影响.
2 温差及混凝土的收缩
2. 1 气温变化的分类
混凝土结构表面和内部各点的温度与太阳辐射、气温的改变, 以及结构所处的地理位置、地貌条件、结构方位、朝向等有关,同时在结构物的内部和外表面之间存在着以辐射、对流和传导等方式与周围环境进行的热交换,而且结构内各点的温度受材料的热物理特性的影响很大,由此产生的温度场分布也很复杂.在工程应用中一般将温度载分成以下几类:
1)日温差作用,即一天之内气温最高值与最低值之差;
2) 骤然降温温度变化, 主要是工程结构遇冷空气侵袭, 导致外表面迅速降温, 结构形成较大的内外温差;
3) 年温度变化,它是长期的缓慢作用, 使得结构整体发生均匀的温度变化, 产生较大的整体位移, 计算时以平均温度为零温度应力时的参考温度, 以最高与最低月平均温度的变化值作年温变化;
4) 人为温度变化, 建筑结构因工艺要求迅速升温或降温.
2. 2 混凝土的收缩作用
混凝土在空气中逐渐硬化、水分散发的过程中,体积就产生了收缩变形,当受到外部(支座)或内部(钢筋)的约束时,将在混凝土中产生拉应力,甚至开裂.经研究混凝土的收缩应变值超过其轴心受拉峰值应变的3～5倍,一般可达到(300～600)×10-6,不利条件下可达(800～1000)×10-6,使其成为引起大面积混凝土开裂的主要原因之一.混凝土收缩是长期的过程,并且和水泥品种、骨料性质等多种因素有关, 相应形成了多种计算模型.
3 有限元分析
3.1 温度应力影响因素
3.1.1 混凝土材料弹性模量的变化
大量的试验和工程实践证实,随着混凝土龄期的增长,混凝土的弹性模量持续增长,规范CEBFIPM90中混凝土的弹性模量随龄期增长的计算公式为:Ec(t)= Ec/Bt (6)式中: Bt = es (1-
28/t);Ec为龄期t =28天时的混凝土弹性模量;s取决于水泥种类, 普通水泥和快硬水泥取0.25,快硬高强水泥取0 20;t为混凝土龄期,假定从浇注完成一天开始计算.由上式可见,在浇注初期混凝土的弹性模量较小,所产生的应力也较小,而随着龄期的增长,在降温期间弹性模量已经增加,相应地由温度产生的拉应力也增大,当抵消压应力后仍有较大的拉应力时,有可能使混凝土开裂.由此可见,在计算温度应力时需要考虑弹性模量随时间变化的影响.
3.1.2 徐变与应力松弛
混凝土受力后水泥凝胶体的塑性流动要持续一个很长的时间,即产生徐变变形.而保持混凝土的应变值不变,应力值将随时间的延长而减小,即为应力松弛.混凝土的徐变和松弛随时间而增大,增长率逐渐减小.混凝土的徐变和松弛现象将改变结构的内力发布,对于受弯构件可使挠度增大2～3倍,引起预应力混凝土构件中预应力的损失;另一方面,徐变的出现延缓收缩裂缝的出现,减少了由于支座不均匀沉降产生的应力,降低了温度应力作用.据有关资料表明,考虑混凝土徐变作用将使得温度应力的分析结果降低30%～50%,由此可见徐变的考虑对分析结果有非常重要的影响.由于混凝土徐变的复杂性,基于不同简化假设的理论也很多,从工程应用出发,文中将计算的弹性解按40%进行折减简化.
4 实例分析
某住宅超大面积地下室顶板的温度应力进行了分析研究.该工程是带11栋高层建筑的一层超大地下室,该地下室结构复杂, 地下室平面呈扇形，水平向最宽处317.5米，垂直方向最宽处314.35米，属于超长地下室,明显超出规范设缝要求的长度.
4. 1 温度场计算
由于该工程为梁板结构形式,因此选用三维梁单元和板壳单元,忽略温度在板厚度方向的传递过程.由于混凝土的极限抗压强度远大于极限抗拉强度,因此混凝土的收缩作用更加不利于结构的抗裂性能.另外,相对于计算参考温度,如果在整体结构中收缩和膨胀区域都存在,由于膨胀和收缩的作用相互抵消,将降低由于温差引起的整体结构温度应力和应变.计算时考虑不利情况,让整体结构均匀下降15c .
4. 2 混凝土的收缩和弹性模量的变化
根据该工程实际情况取以下参
数:Bsc=5,RH=60%,fc=15N/mm2,Ec=3.0×104N/mm2,2ACu=100(取地下室顶板体积与表面积比值),s=0.25,龄期t、ts的取值从浇注完成第一天开始计算.代入式( 1)～( 6)得到混凝土的收缩和弹性模量随时间变化结果.计算结果可知混凝土的收缩变形在一年龄期内增长很快,随后增长开始减缓,从第三年龄期以后增长趋势明显减慢,但龄期超过6年后混凝土收缩变形仍有增长.弹性模量在龄期一年内逐渐增大,变化较明显,之后增长非常慢.
4. 4 计算结果及分析
地下室顶板单元在混凝土龄期一年时等效收缩应变等值线分布,可以明显看到,沿着车库中心向外收缩应变逐渐增大, 中间区域收缩应变较大,又因为局部约束和刚度条件不同,如梁、柱、剪力墙相接处,最大收缩应变位置随之改变,并不在板的圆心区域.由于同样原因,在剪力墙和梁柱交接处区域的收缩应变均大于附近区域应变,而且其应变值远大于混凝土极限抗拉应变,应力分布与应变分布类似.
5 结论
(1) 混凝土的弹性模量在早龄期变化较大.在温度应力、应变的模拟计算中, 温度应力随混凝土弹性模量的改变而线性变化,因此在混凝土的早龄期温度应力分析中要特别重视这种变化,在后期分析中弹性模量增长非常缓慢,对温度应力影响很小,在应用中可以忽略这种的变化.
(2) 混凝土收缩产生的等效温差较大,且随混凝土龄期的变化明显,是分析温度应力时必须考虑的主要影响因素之一.
(3) 温度应力是一种约束应力,当没有约束存在时温度应力不会产生,同样, 当加强结构的约束将增加由于温度作用产生的内力,而由于施工过程中结构刚度的不断变化将引起温度应力、应变改变,最终改变幅度与约束条件的强弱以及计算模型的结构形式相关.
(4) 在选取计算温差时要注意,气温的变化是周期性的,而混凝土收缩产生的等效温差是单调增加的,并且混凝土的极限抗压强度远大于其极限抗拉强度, 因此为了得到最不利的情况,应选取结构降温时工况计算.
( 5) 由于混凝土的徐变对模拟计算的结果影响非常大,而混凝土的徐变又和材料性质、应力水平、加载时的龄期等许多因素相关,徐变对温度应力的影响尚有待深入研究.
参考文献
[1] 刘开国. 超长框架结构的温度变形与温度应力[ J ] . 建筑结构,2011.
[2] 冯健, 吕志涛. 超长混凝土结构的研究与应用[ J ] . 建筑结构,2009.。