超长混凝土结构的温度应力分析与设计实践

超长混凝土结构的温度应力分析与设计

实践

摘要:论述了温度应力、温度荷载的取值，并根据实际情况提出了结构设计和施工时裂缝控制的构造措施。

关键词:超长混凝土结构;温度应力;等效温差; 裂缝

引言

当混凝土结构受到降温作用时, 结构物自身就会发生收缩变形( 混凝土的线膨系数为α

= 1x10- 5 ) , 当变形受到约束的时候, 结构物内部就会产生温度应

c

力。当温度的变化较大时, 产生的应力有可能超过混凝土的抗拉强度, 而导致楼板的开裂。

如今，随着经济的发展，越来越多的建筑尺寸大大超过《混凝土结构设计规范》8.1.1条所规定的要求，同时规范8.1.3调规定“当伸缩缝增大较多时，尚应考虑温度变化和温度收缩对结构的影响”。在实际工程设计中，往往通过设置后浇带来解决建筑物超长带来的混凝土收缩和温度变化的影响。山东某幼儿园采用现浇混凝土框架结构，建筑设计要求不设置伸缩缝。在结构设计中，在考虑温度应力的前提下，通过设置后浇带、双梁，以及采用SATWE和PMSAP软件进行温度应力分析等技术措施，取得了预期的效果。

1工程概况

项目位于山东省滕州市，地上三层，建筑主体高度11.1m，总宽29.1m，总长度75.6m。超过《混凝土结构设计规范》8.1.1条所规定的要求。为了考虑温度应力的作用，防止结构出现温度裂缝，对结构采用PKPM系列软件SATWE进行了温度应力分析得出温度应力的大小及分布规律。

2温度应力的计算

2.1温度作用效应组合

《建筑结构荷载规范》( GB 50009—2012) 中并未具体规定温度作用的分项系数。参考SATWE软件，温度作用分项系数取 1.5，温度作用效应的组合值系数取0.8;最不利温差与风、雪荷载等组合值系数取0.6。不考虑温度作用效应与地震作用的组合，在正常使用极限状态验算时，温度作用效应的组合值系数取0.8，频遇值系数取0.4，准永久值系数取 0。考虑混凝土的徐变应力松弛，混凝土构件温度效应折减系数取0.3。

2.2计算分析结果

用 PMSAP软件进行温度应力计算，并用SATWE软件进行验算复核。查阅相关

气象资料，根据计算时取最大升温差ΔT

st1= 23℃ ，最大降温温差ΔT

st2

= -

32℃。软件温度应力作用下内力计算结果如图 1~4 所示。

图1 梁、柱升温应力作用下轴力云图

图2 梁、柱降温应力作用下轴力云图

图3 三层楼板降温应力作用下轴力云图

图4 二层楼板降温应力作用下轴力云图

由图可知: 1 ) 由于建筑仅地上三层，温差作用下，结构柱轴力出现明显的轴力重分布，有的构件轴压比增大，有的轴压比减小； 2 ) 结构下部楼层梁、板存在较大的轴拉力或轴压力； 3) 约束越大，温度应力越大，越接近结构中心，温度应力越大，越接近结构外围，温度应力越小。

3减少裂缝的措施

3.1双梁引导缝的设置

本工程纵向设置双梁引导缝。在轴8处设置250mm 宽

的双梁，间距 50mm，并用柔性建筑材料填充。即使后浇带封闭，整个楼板也被分割为2个相对独立的变形单元，单元长度分别为33.6和 42m 不等，单元之间仅由主梁相连。施工图设计是提高此处连接的主梁及柱子的配筋率。在温度作用效应下，两个单元由于自身体量较小，并受到主梁的约束，变形可显著减小，从而提高了结构的抗裂性能。

3.2 后浇带的设置

后浇带能有效释放早期混凝土收缩应力。本工程设置1条后浇带。后浇带宽0. 8m。后浇带混凝土的施工应在主体结构混凝土浇筑60d后进行，强度比两侧混凝土高一级，采用补偿性收缩混凝土，内掺聚丙烯纤维，其限制膨胀率梁板部分不小于0. 02% ，后浇带不小于 0. 025% 。后浇带范围内，梁筋贯通不断，板筋断开搭接，搭接长度为 45d( d 为钢筋直径) 。

3.3设计构造措施

设计中增大了高应力区楼板配筋率，Φ10@ 150 钢筋网双层双向布置，加强双梁及后浇带处的纵筋和腰筋，提高因楼板混凝土变形引起的梁侧向受弯能力。

3.4 施工措施

施工时要求进行原材料和水灰比的控制，重视混凝土的浇捣，浇筑时，混凝土尽量低温入模，低温养护，尽量降低混凝土的终凝温度。加强施工阶段混凝土养护，减少混凝土裂缝。

3.5 其他措施

加强屋面保温隔热措施，采用高效保温材料，减少温度梯度效应。

参考文献

[1]DL /T 5057—1996 水工混凝土结构设计规范［S］. 北京: 中国电力出社，1999．

[2]张玉明．超长混凝土框架结构裂缝控制研究［D］．南京: 南大学，2006．

[3]傅学怡，吴兵．混凝土结构温差收缩效应分析计算［J］．土木工程学报，2007，40( 10) : 50-59．

[4]王铁梦工程结构裂缝控制[ M] 北京: 中国建筑工业出版社, 1997

[5]冯健, 吕志涛, 吴志彬,等超长混凝土结构的研究与应用[ J]建筑结构

学报, 2002, 6