第六章其它荷载与作用
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冰胶结了土颗粒形成的一种特殊连结的土，称为冻土。
多年冻土
根据存在时间长短分为
季节性冻土
瞬时冻土
季节性冻土地基在冻结和融化过程中，往往产生冻胀和融陷，过大的 冻融变形，将造成结构物的损伤和破坏。
第三节 冻胀力
冻胀力
土体冻结体积增大，土体膨胀变形受到约束时产生，约束 越强，冻胀力也就越大。当冻胀力达到一定界限时不再增 加，这时的冻胀力就是最大冻胀力。
NP
杆件的 图的面积， 图为虚拟状态下轴力大小沿杆件的分布图；
MP
杆件的 图的面积， 图为虚拟状态下弯矩大小沿杆件的分布图。
第一节 温度作用
表6-1 常用材料的线膨胀系数
材料 轻骨料混凝土 普通混凝土
砌块 钢、锻铁、铸铁
不锈钢 铝、铝合金
线膨胀系数/(×10-6/℃) 7 10
6～10 12 16 24
建造在冻胀土上的结构物，相当于对地基的冻胀变形施加 约束，使得地基土不能自由膨胀产生冻胀力，地基的冻胀 力作用在结构物基础上，引起结构发生变形产生内力。
第三节 冻胀力
地基土的冻胀性可根据平均冻胀率分类 平均冻胀率 地面最大冻胀量与土的冻结深度之比。
根据冻胀率的不同，地基土可分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、 强冻胀和特强冻胀五类。 《建筑地基基础设计规范》给出了地基土的冻胀性分类， 见表6.2。 冻胀力分为：切向冻胀力、法向冻胀力和水平冻胀力。
超静定结构：
存在多余约束，其温度作用效应的计算，一般根据变形协调条件，按结 构力学或弹性力学方法确定。
第二节 变形作用
变形作用的概念 所谓变形作用，实质上是结构物由于种种原因引起的变形受到多余约束的阻碍， 而导致结构物产生内力。 产生原因 ①由于外界因素造成结构基础的移动或不均匀沉降；
②由于自身原因收缩或徐变使构件发生伸缩变形。 ➢对于静定结构：
第二节 变形作用
设置后浇带
第三节 冻胀力
冻账一力、土冻生沉胀 均 ，的力匀往冻又或往胀称不对冻均路原拔匀基理力的、及，隆桥季起梁作节、、用性鼓隧冻包道土、等层开交中裂通，等工由现程于象的冰。施夹冰工层融及及化维冰后护镜土造体层成的又很形会大成发困使生难土明。层显产下
冻土
Biblioteka Baidu
在寒冷地区，温度降低至冻结温度时，土中液态水冻结为固态冰，
Ⅲ
冻胀
Ⅳ
强冻胀
Ⅰ
不冻胀
第一节 温度作用
p t t0N P t M P /h (- 1 6)
pt 结构中任一点P沿任意方向p-p的变形；
材料的线膨胀系数（1/℃）。温度每升高或降低1℃，单位长度构件的伸 长或缩短量主要材料线膨胀系数见表6-1；
t0 杆件轴线处的温度；
t 杆件上、下侧温度差的绝对值；
h 杆件截面高度；
ω＞18 ω≤14 14＜ω≤19 19＜ω≤23
＞0.5 ≤0.5 ＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0
平均冻胀率η(%)
η≤1 1＜η≤3.5
3.5＜η≤6 6＜η≤12
η≤1 1＜η≤3.5
3.5＜η≤6 6＜η≤12
ω＞23
不考虑
η＞12
冻胀等级
Ⅰ Ⅱ
冻胀类 别
不冻胀
弱冻胀
图6-1 工程结构物的变形
第二节 变形作用
对于混凝土结构而言，有两种特殊的变形作用，即徐变和收缩。 二、混混凝凝土土收收缩缩：和徐变 ➢混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象称为混凝土 的收缩。
混凝土徐变： 混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形称为徐变
第二节 变形作用
工程设计中如何考虑？
②大体积混凝土梁结硬时，水 化热使得中心温度较高，两侧 温度偏低，内外温差不均衡在 截面引起应力。
第一节 温度作用
二、温度应力计算
根据不同的结构类型和约束条件考虑温度变 化对结构内力和变形的影响。
静定结构：
静定结构在温度变化时能够产生自由变形，结构物无约束应力产生，故 无内力。此变形可由变形体系的虚功原理计算。
温度作用大小影响因素：
环境温度变化
约束条件
第一节 温度作用
工程上的约束条件：
➢（1）结构物的变形受到其它物体的阻碍或支承条件的制约， 不能自由变形。
框架结构基础梁的伸缩 变形受到柱基约束，没 有任何变形余地。
第一节 温度作用
➢（2）构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。
①简支屋面梁，在日照作用下屋 面温度高于室内温度，简支梁沿 梁高受到不均匀温差作用，产生 翘曲变形，在梁中引起应力。
允许产生符合其约束条件的位移，结构内不会产生应力和应变 ➢对于超静定结构：
多余约束限制结构自由变形，从而产生应力和应变
第二节 变形作用
由于在工程实际中大量碰到的是超静定问题，在这种情况下，由于变形作用引起的内力问题 必须引起我们足够的重视，譬如支座的下沉或转动引起结构物的内力；地基不均匀沉降使得 上部结构产生次应力，严重时会使房屋开裂；构件的制造误差使得强制装配时产生内力等等。
第三节 冻胀力
土的名称
碎（卵）石、砾、粗、中砂 （粒径小于0.075mm颗粒质
量分数大于15%），细砂 （粒径小于0.075mm颗粒质
量分数大于10%）
粉砂
表6-2 地基土的冻胀性分类
冻前天然含水量ω(%)
冻结期间地下水位距 冻结面的最小距离
hw(m)
ω≤12
＞1.0 ≤1.0
12＜ω≤18
＞1.0 ≤1.0
为了把应变和应力减到最小，必须采取多种措施，或是便于建筑物的不 均匀变形，或是加强各个部分并把各个部分连结在一起，以抵抗变形及 由此产生的应力。一种常用的方法就是设置伸缩缝和施工缝，特别是沿 建筑物的屋顶和外墙设置。
（1）限制结构物伸缩缝距离，控制结构不要过长； （2）设置后浇带减少混凝土早期收缩影响； （3）收缩应力较大部位加强配筋； （4）采用补偿收缩混凝土，抵销收缩变形和约束应力等。
荷载与结构设计方法
第六章 其它荷载与作用
第六章 其它荷载与作用
本章内容 第一节 温度作用 第二节 变形作用 第三节 冻胀力 第四节 爆炸作用 第五节 行车动态作用
第一节 温度作用
一、温度作用基本概念及原理
当结构物所处环境的温度发生变化，且结构或构件的热变形受到边 界条件约束或相邻部分的制约，不能自由胀缩时，就会在结构或构 件内形成一定的应力，这个应力被称为温度应力，即温度作用，是 指因温度变化引起的结构变形和附加力。 温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。
多年冻土
根据存在时间长短分为
季节性冻土
瞬时冻土
季节性冻土地基在冻结和融化过程中，往往产生冻胀和融陷，过大的 冻融变形，将造成结构物的损伤和破坏。
第三节 冻胀力
冻胀力
土体冻结体积增大，土体膨胀变形受到约束时产生，约束 越强，冻胀力也就越大。当冻胀力达到一定界限时不再增 加，这时的冻胀力就是最大冻胀力。
NP
杆件的 图的面积， 图为虚拟状态下轴力大小沿杆件的分布图；
MP
杆件的 图的面积， 图为虚拟状态下弯矩大小沿杆件的分布图。
第一节 温度作用
表6-1 常用材料的线膨胀系数
材料 轻骨料混凝土 普通混凝土
砌块 钢、锻铁、铸铁
不锈钢 铝、铝合金
线膨胀系数/(×10-6/℃) 7 10
6～10 12 16 24
建造在冻胀土上的结构物，相当于对地基的冻胀变形施加 约束，使得地基土不能自由膨胀产生冻胀力，地基的冻胀 力作用在结构物基础上，引起结构发生变形产生内力。
第三节 冻胀力
地基土的冻胀性可根据平均冻胀率分类 平均冻胀率 地面最大冻胀量与土的冻结深度之比。
根据冻胀率的不同，地基土可分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、 强冻胀和特强冻胀五类。 《建筑地基基础设计规范》给出了地基土的冻胀性分类， 见表6.2。 冻胀力分为：切向冻胀力、法向冻胀力和水平冻胀力。
超静定结构：
存在多余约束，其温度作用效应的计算，一般根据变形协调条件，按结 构力学或弹性力学方法确定。
第二节 变形作用
变形作用的概念 所谓变形作用，实质上是结构物由于种种原因引起的变形受到多余约束的阻碍， 而导致结构物产生内力。 产生原因 ①由于外界因素造成结构基础的移动或不均匀沉降；
②由于自身原因收缩或徐变使构件发生伸缩变形。 ➢对于静定结构：
第二节 变形作用
设置后浇带
第三节 冻胀力
冻账一力、土冻生沉胀 均 ，的力匀往冻又或往胀称不对冻均路原拔匀基理力的、及，隆桥季起梁作节、、用性鼓隧冻包道土、等层开交中裂通，等工由现程于象的冰。施夹冰工层融及及化维冰后护镜土造体层成的又很形会大成发困使生难土明。层显产下
冻土
Biblioteka Baidu
在寒冷地区，温度降低至冻结温度时，土中液态水冻结为固态冰，
Ⅲ
冻胀
Ⅳ
强冻胀
Ⅰ
不冻胀
第一节 温度作用
p t t0N P t M P /h (- 1 6)
pt 结构中任一点P沿任意方向p-p的变形；
材料的线膨胀系数（1/℃）。温度每升高或降低1℃，单位长度构件的伸 长或缩短量主要材料线膨胀系数见表6-1；
t0 杆件轴线处的温度；
t 杆件上、下侧温度差的绝对值；
h 杆件截面高度；
ω＞18 ω≤14 14＜ω≤19 19＜ω≤23
＞0.5 ≤0.5 ＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0
平均冻胀率η(%)
η≤1 1＜η≤3.5
3.5＜η≤6 6＜η≤12
η≤1 1＜η≤3.5
3.5＜η≤6 6＜η≤12
ω＞23
不考虑
η＞12
冻胀等级
Ⅰ Ⅱ
冻胀类 别
不冻胀
弱冻胀
图6-1 工程结构物的变形
第二节 变形作用
对于混凝土结构而言，有两种特殊的变形作用，即徐变和收缩。 二、混混凝凝土土收收缩缩：和徐变 ➢混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象称为混凝土 的收缩。
混凝土徐变： 混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形称为徐变
第二节 变形作用
工程设计中如何考虑？
②大体积混凝土梁结硬时，水 化热使得中心温度较高，两侧 温度偏低，内外温差不均衡在 截面引起应力。
第一节 温度作用
二、温度应力计算
根据不同的结构类型和约束条件考虑温度变 化对结构内力和变形的影响。
静定结构：
静定结构在温度变化时能够产生自由变形，结构物无约束应力产生，故 无内力。此变形可由变形体系的虚功原理计算。
温度作用大小影响因素：
环境温度变化
约束条件
第一节 温度作用
工程上的约束条件：
➢（1）结构物的变形受到其它物体的阻碍或支承条件的制约， 不能自由变形。
框架结构基础梁的伸缩 变形受到柱基约束，没 有任何变形余地。
第一节 温度作用
➢（2）构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。
①简支屋面梁，在日照作用下屋 面温度高于室内温度，简支梁沿 梁高受到不均匀温差作用，产生 翘曲变形，在梁中引起应力。
允许产生符合其约束条件的位移，结构内不会产生应力和应变 ➢对于超静定结构：
多余约束限制结构自由变形，从而产生应力和应变
第二节 变形作用
由于在工程实际中大量碰到的是超静定问题，在这种情况下，由于变形作用引起的内力问题 必须引起我们足够的重视，譬如支座的下沉或转动引起结构物的内力；地基不均匀沉降使得 上部结构产生次应力，严重时会使房屋开裂；构件的制造误差使得强制装配时产生内力等等。
第三节 冻胀力
土的名称
碎（卵）石、砾、粗、中砂 （粒径小于0.075mm颗粒质
量分数大于15%），细砂 （粒径小于0.075mm颗粒质
量分数大于10%）
粉砂
表6-2 地基土的冻胀性分类
冻前天然含水量ω(%)
冻结期间地下水位距 冻结面的最小距离
hw(m)
ω≤12
＞1.0 ≤1.0
12＜ω≤18
＞1.0 ≤1.0
为了把应变和应力减到最小，必须采取多种措施，或是便于建筑物的不 均匀变形，或是加强各个部分并把各个部分连结在一起，以抵抗变形及 由此产生的应力。一种常用的方法就是设置伸缩缝和施工缝，特别是沿 建筑物的屋顶和外墙设置。
（1）限制结构物伸缩缝距离，控制结构不要过长； （2）设置后浇带减少混凝土早期收缩影响； （3）收缩应力较大部位加强配筋； （4）采用补偿收缩混凝土，抵销收缩变形和约束应力等。
荷载与结构设计方法
第六章 其它荷载与作用
第六章 其它荷载与作用
本章内容 第一节 温度作用 第二节 变形作用 第三节 冻胀力 第四节 爆炸作用 第五节 行车动态作用
第一节 温度作用
一、温度作用基本概念及原理
当结构物所处环境的温度发生变化，且结构或构件的热变形受到边 界条件约束或相邻部分的制约，不能自由胀缩时，就会在结构或构 件内形成一定的应力，这个应力被称为温度应力，即温度作用，是 指因温度变化引起的结构变形和附加力。 温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。