PMSAP温度应力分析讲解

温差对结构的竖向错动效应
• 内外构件的温差不一致，造成结构的竖 向错动变形 • 一般顶部的若干层连接内筒与边柱的框 架梁，会产生较大的错动弯矩和剪力 • 底部若干层竖向构件（柱和墙）的轴力 会出现明显的重分配（有的构件轴压比 增大，有的构件轴压比减小）
温差对结构的竖向错动效应
错动弯矩明显
轴力重分配明显
温度应力调整及组合
2）为考虑砼构件裂缝引起的刚度退化
砼构件的刚度可以乘以折减系数0.85 钢构件不折减
温度应力调整及组合
• 温度效应的组合贡献 正常组合的附加项：
T T ST
k
可以取组合值系数 T 0.8 可以取分项系数 T 1.2
温度梯度
• 所谓温度梯度，指的是温度场在构件截 面方向的变化率。它在数值上等于构件 内外（对柱）或者上下（对梁、板）表 面的温差与截面高度（或厚度）的比值。 • 温度梯度产生局部的附加弯矩，结构的 顶层及外周构件往往存在明显的温度梯 度。
PMSAP温度应力分析
• 温度应力的计算一般包括两个方面：
（1）按照热传导理论，根据弹性体的 热学性质、内部热源、边界条件、初始 条件，计算弹性体内各点在各瞬时的温 度，也即：决定温度场。在PMSAP中， 我们不考虑这个问题，温度场需要由用 户定义。
PMSAP温度应力分析
• （2）温度场知道以后，按照热弹性力 学的理论，根据各物质点的温度变化求 解其温度应力，也即：决定应力场，这 是PMSAP要着重解决的问题。
• 结构内部构件温差
T T内 T0
砼收缩的当量温差场
• 砼在龄期 t 的收缩应变
s [1 exp(0.01t )] s 0
• 砼收缩的当量温差场
s Ts
温度应力调整及组合
• 因温度应力分析采用的是瞬态弹性方法
1）为考虑砼的徐变应力松弛
砼构件的温度内力可以 乘以折减系数0.3 钢构件不折减
温差对结构的水平伸缩效应
强筒体之间的水平构 件，温度应力显著
温差对结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的水平伸缩效应
均匀结构平面的中部， 温度应力显著
温差对结构的水平伸缩效应
• 减小水平伸缩效应的措施 1）砼低温入模，低温养护，尽量降低砼的终凝温度 2）设置后浇带(40m左右)，避开砼收缩应变的高峰发 展期，从而有效释放大部分的收缩应力（最好60d后 浇筑后浇带，不少于30d） 3）通过高湿度养护、减小水灰比和水泥用量、改善 水泥和砂石骨料的质量、适当提高配筋率，均可减小 砼的收缩应变 4）改善使用环境
基准温度场T0(x,y,z)
• 对于钢-砼混合结构，钢结构部分和混凝 土结构部分的基准温度场分别按照钢结 构和混凝土结构确定。
温差场
外部
外部
内部
内部
外部
温差场
• 外围梁、柱、墙温差
T外 T内 T T0 2
温差场
• 顶层屋面梁、板温差
T外 T内 T T0 2
温差场
• 由于水平构件（梁、板）的伸缩受到竖向构件（柱或墙） 的约束，引发结构的水平伸缩效应。 • 哪里约束强，哪里温度应力大，这是特点，比如： 结构下部楼层的梁、板存在较大的轴拉或者轴压力，设 计时宜考虑偏拉。 距离较近的两个剪力墙筒体之间的连接构件，温度应力 显著。 对均匀的结构平面，平面中部构件的温度应力显著 • 引发筒体和框架柱明显的弯矩和剪力
结构温度效应
黄吉锋 编写 中国建筑科学研究院软件所
基准温度场T0(x,y,z)
• 基准温度场的定义： 在不考虑任何荷载的情况下，结构在某温 度场T0(x,y,z)作用下处于自平衡状态，如果结 构的当前构型与其初始设计构型完全相同(点点 重合)，则称T0(x,y,z)为该结构的基准温度场。 • 结构在基准温度场作用下：1）相对于初始构 型没有任何变形；2）所有构件均不产生内力 或应力。
PMSAP温度应力分析
• PMSAP采用有限元法计算温度应力，构件的温 度变化对结构的变形、内力的影响将等效为某 种荷载的影响，或者说，任给一种温度变化， 一定存在一种荷载，二者对结构的变形、内力 的影响完全一样，这种荷载就称为“等效荷 载”。 • 这样看来，如果能够将各种构件的温度变化的 等效荷载计算出来，接下来的分析就与通常的 分析完全一样了，所以说温度应力的分析，关 键是要把各种构件温度变化的等效荷载弄清楚。
• 如果钢结构中存在显著的装配误差、装配应 力，并需要用等效温差场进行模拟，则在确 定基准温度场时，应计入装配误差的影响。 比如一根初始设计长度为L的钢杆件，因为制 造误差，实际长度为L+ΔL，换算成等效基准 温度的增量为：
L T ( L L)
或者说，为考虑此装配应力，基准温度还应 叠加上该温度增量 T
PMSAP温度应力分析
• 温度应力分析是PMSAP程序的一个特色 • PMSAP具有较为完善的温度应力分析功 能，对多高层建筑中的梁、柱、支撑、 剪力墙和楼板，均可计算其温度内力及 变形，并且可以把温度内力考虑到构件 配筋设计中。
PMSAP温度应力分析
• 温度效应对结构的影响在实际工程中经常会遇 到，可以按照前面讲过的方法在结构设计中定 量考虑； • 但由于准确确定温差场的困难性，以及混凝土 实际存在的收缩徐变、微裂缝发展等复杂情况， 很多时候通过在构造上采取措施，来避免温度 应力的不利影响。 • 但即便是构造上的定性的考虑，也需要设计者 对结构在温度作用下产生的变形和内力有一个 整体的、趋势上的把握，以明确结构上温度应 力集中的部位，从而有的放矢的采取措施。
• 基准温度场在理论上是存在且唯一的
基准温度场T0(x,y,z)
• 对于混凝土结构，其基准温度场T0(x,y,z) 可以近似取为混凝土的终凝温度场。 • 对于钢结构，如果在建造期间不产生装 配应力，或者即便有装配应力但在本次 分析中不考虑，则结构建造期的温度场 即可取为基准温度场。
基准温度场T0(x,y,z)
温差对结构的竖向错动效应
• 针对温差引起的竖向错动效应，在设计上 对于顶部几个楼层的框架梁，配筋应该适当加强； 对底部几个楼层的柱和墙，轴压比应适当从严控制， 以避免温度效应引起的轴压比超限。 可以通过对“外表构件”做好“隔热”措施，以减 小结构的外表构件温度与结构内部构件温度的差值。
温差对结构的水平伸缩效应