钢筋混凝土温度作用分析

钢筋混凝土温度作用分析

1概述

温度问题是长期以来困扰超长混凝土结构设计的一大问题，这方面人们已做了大量的研究，但至今没有得到良好的解决。目前越来越多的在建百万机组的火力发电厂主厂房采用现浇钢筋混凝土框架结构，其主厂房每台机一般至少有10个跨度，长度100米左右。现行的《混凝土结构设计规范》规定，室内现浇框架结构的最大适宜伸缩缝间距为55米，当有充分依据和可靠措施时可适当增加间距。弱设置伸缩缝则需采用双柱，增加了工程造价的同时还给工艺布置带来一系列问题。此外设缝带来耐久性、耐火性、水密性、施工性和维修性等方面的问题。对于火力发电厂主厂房来说，在同二台机范围内设置三条伸缩缝在工艺上来说也是可以的，但目前常规的做法大多还是在两台机之间设伸缩缝而同一台机择连为一体，如何解决百万机组火力发电厂钢筋混凝土主厂房温度作用问题成为电厂结构设计的一大课题。

2温度问题的综述

2.1温度作用的分类

结构上的温度作用按温差产生的不同分为三种：季节温差、日照温差、骤然温差。季节温差作用是指结构施工闭合时的温度与使用状态下的温度差值引起的结构反应；日照温差作用指同一天太阳辐射在结构不同部位引起的反应；骤然温差作用指强冷空气的作用引起的结构反应。目前普遍的观点是：对钢筋混凝土结构，季节温差是引起结构温度裂缝的主要原因。

2.2温度作用的计算原理

梁在温度作用下的自由膨胀获收缩均不会产生内力，引起结构破坏的温度作用主要是梁的温度自由变形收到柱子刚度的限制，从而引起柱子的侧向变形，导致产生结构内力。

温度应力或内力的计算与外荷载作用下的内力计算不同，温度应力的大小直接取决于框架柱康侧移刚度的大小，两者互为因果关系。当结构的温度应力过大时，不得不加大柱子的断面尺寸，然而这同时有导致结构的温度内力进一步加大，如此循环导致温度问题很难解决。

框架爱结构温度作用的计算原理如下：在温度作用下，框架梁产生变形并收到柱子的约束，从而产生如图所示的框架整体变形。温度作用引起的结构轴力和弯矩如图所示。

梁柱节点的变形协调方程组为：

求解变形协调方程和内力平衡方程即可完成对结构上温度作用的解。

大量的分析计算都表明，温度对结构的影响主要集中在底层，三层以上接近自由变形，分析时可简单地只考虑结构的下部两层。结构上的温度作用可分为轴力作用和局部弯矩作用。两种作用均关于结构中线对称分布，轴力最大值在结构的第一层梁中间跨；

框架柱局部弯矩最大值在端柱柱底。温度轴力的作用是的结构的第一层梁的受力状态由弯曲变为拉弯，局部弯矩则是叠加了弯曲作用，对于柱子的影响尤为明显。

2.3 温度作用实验研究

小尺寸试件温度试验表明：温度裂缝分为浅层裂缝和深层裂缝，至钢筋表面，其对温度应力的影响程度很小。深层裂缝一旦开展就很宽，且会使温度应力发生很大松弛，一般来说第一条的松弛程度更大。结构在温度变化反复作用下，将在新的部位出现新的裂缝；原有的裂缝进一步开展或闭合。配筋对分散温度裂缝，减小裂缝开展宽度有较明显的作用，但其定量关系尚待进一步研究。

2.3常见的温度作用分析方法

常见的考虑温度应力的计算方法综合起来有如下几种：

（1）混凝土开裂后，温度应力全部释放，无需计算。这种方法在某些情况下会造成温度裂缝的过度开展和结构变形的国度增加，从而影响结构的正常使用和耐久

性；若出现贯穿性裂缝，则会改变结构的受力模式，结构的承载力有可能收到

威胁。

（2）按弹性体系计算温度应力；这种方法过高地估计了温度效应，需配置较多的钢筋，有时达到难以置信的程度。显然这与实际情况也不相符。另外还有可能由

于应力异常，是的真正的拉应力区配筋不足，偏于不安全。

（3）按弹性体系计算温度应力，但适当降低构建的刚度以考虑开裂等的影响；这种方法在实际工程中应用较多，衍生出多种简化计算方法，但刚度降低的大小以

及应力松弛系数的选取因人而异，相差较大，给人的感觉是可信度较差，从而

限制了其应用。

（4）按非线性有限元方法并考虑影响温度应力的诸因素计算混凝土结构的温度应力。这种方法数学理论基础比较完善，方法本身也没有什么实质性的问题，是

计算混凝土结构温度应力最有效的方法，但其计算结果合理与否，关键在于有

限元程序能否全面合理地反映影响混凝土结构温度应力的诸因素。

3弹性分析标准对比法、

3.1方法的提出

对钢筋混凝土结构的内力分析，最简单明确的是弹性分析。结构的静力作用、多遇地震作用、风荷载作用下的内力分析均采用弹性分析，其裂缝分析采用弹性内力辅以公式中考虑收缩机塑性发展，其变形分析采用弹性内力考虑长期刚度的折减。这些方法都是规范规定的可用于设计的经典方法。结构在温度作用下的分析方法规范中没有明确的规定。与荷载作用不同，结构上的温度作用会随着结构的非线性变形而减小，而荷载则不随结构的刚度而变化，因而结构的温度作用分析非常复杂。由于对结构在温度作用下的非线性性质还有待于进一步的研究，非线性的温度问题分析方法的应用受到很大的限制。

根据多年的工程实践经验，结构在规范规定的适宜长度范围内，未发现对结构的承载力和裂缝开展有明显不利影响，这说明结构对这一长度范围内的温度应力有足够的自我调节能力而不用才去额外的措施，但并不是说在这一长度范围内结构不产生温度应力。弹性分析最为简单但实际上结构在温度作用下的收缩，徐变等塑性性质是客观存在的，而对结构在温度作用下的塑性性质有待于进一步研究，为此本文提出弹性分析标准对比法，具体做法为：

首先对相同梁柱断面而总长度为55米的标准结构作弹性分析，然后对调整形式之后结构作弹性分析并与55米的标准结构对比，如果结构在相同的温度作用之下其弹性内力接近55米时的情形则认为结构方案可行。

3.2不同方案分析对比

我们针对11中结构形式做了一系列的分析，分析中采用C40混凝土，柱断面为900x1600，纵向双梁断面为300x1000。温度变化10度时的具体计算结果如表所示。

普通100米不设伸缩缝的方案与标准结构对比可以看出，框架梁的轴力和弯矩均增大了一倍，端柱柱底的弯矩增大了59%。直观的感觉是采用结构存在较大的风险。

“混凝土加撑”方案的具体做法是将结构底层的梁改为铰接，为了保证刚度在适宜位置