超长结构温度应力的计算及控制

伊新富:现在的PKPM系列的PMSAP已经具备进行温度应力分析的功能。

我谈一下对超长结构用PMSAP计算要考虑的具体问题,望各位多提意见.

砼规范9.1.3-3规定:当增大伸缩缝间距时,尚应考虑温度变化和砼收缩对结构的影响。

5.3.6条文说明:温度应力分析参见《水工混凝土结构设计规范》。其第11.3.1规定:钢筋混凝土框架计算时,应考虑框架封闭时的温度与运用期可能遇到的最高或最低多年月平均温度之间的均匀温差。必要时，考虑结构在运用间的内外温差。 11.3.3规定:分析钢筋混凝土框架在温度作用下的内力时,杆件的刚度应取用开裂后的实际刚度。

目前，温度应力可用PMSAP计算，刚度按"王铁梦:工程结构裂缝控制"折减为0.25～0.3,但折减后对其它所有的工况都有影响,水平位移增大几倍,所以计算时直接把温差折减到0.3倍,刚度不折减,以方便和竖向,水平荷载组合;组合系数按 "樊小卿:温度作用与结构设计",取1.3(分项系数)X0.6(组合系数)。

温度应力计算

1、构筑物抗震规范，钢结构设计手册（沈祖炎等编写），烟囱设计规范等都把温度荷载作为可变荷载。

2、温度荷载效应的分项系数等于1.0，组合系数取1.0。钢筋及混凝土材料特性有所改变（常温下基本上没变）；钢结构设计手册特别说明，当温度荷载与其他荷载组合时，钢材的强度设计值可提高25%。烟囱设计规范限制混凝土最高温度不大于150度。

3、仅考虑大气温度变化的计算温度差值（摘自钢结构设计手册） 1）采暖房屋25~35度

2）非采暖房屋：北方地区35~45度；中部地区25~35度；南方地区20~25度

3）热加工车间约40度

4）露天结构：北方地区55~60度；南方地区45~50度

4、详细的温度差可参考《民用建筑热工设计规范》GB50176-93

该工程是一个非常大的平面尺寸了，建议至少设后浇带三道以上才行。

1、现在的PKPM系列的PMSAP已经具备进行温度应力分析的功能。PMSAP采用有限元计算温度应力，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。具体的技术分析和操作功能参见PMSAP手册。但是，这些计算都是在我们用户自定义温度场的基础上进行的，所以我们要首先了解以下的一些基本概念。

2、温度对结构的作用首先是个热传导问题，只有当构件变形受约束，温度作用才以力的形式表现出来，才产生结构设计问题。

所以，导热状况不同，约束内力计算结果差异明显，要特别注意导热计算正确与否将直接影响结构计算及结构设计的正确性。

3、建筑物的环境温度由空气温度加上太阳热辐射在建筑物表面产生的日照温度组成。要注意的是，建筑物的表面温度通常与空气温度不相同；而因为日照具有方向性和直接性，所以，日照温度对建筑物来说是一个非均匀分布的温度场。

4、要明确的是，外部温度最高时构件温度不是最高；当构件温度最高时外部温度早就降了下来。所以，就必然存在一个温度变化周期的取值问题。因为取瞬时温度作为环境温度来进行结构温度作用的分析是不必要的；温度波动周期取得短，分析得可靠度就相对较高，这一点也是明显得；所以，温度作用分析时温度变化周期以日为宜。

5、室外空气温度夏季取30年一遇最高日平均温度，冬季取30年一遇最低日平均温度。使用阶段室内空气温度夏季取空调设计温度，冬季取采暖设计温度。计算日照温度时，夏季太阳辐射照度计算取日照时段太阳辐射的平均值。构件和结构的初始温度取成型时环境空气温度。

6、由于结构构件表面通常有砂浆层、装饰面层，屋面构件上往往铺设保温隔热及防水层，所以要求解构件截面内的温度分布，首先应知道在环境温度作用下，经多层材料的热传导后，构件受力部分界面上的温度。

7、在截面设计时，由于温度作用是个缓慢的实施过程，因此

考虑徐变变形引起的构件应力松弛，应力松弛系数建议取0.3。另外，要注意，荷载组合时的分项系数的合理取值，具体可参考文献1。

8、结构约束的相对性。温度作用对结构产生的直接影响是变形。显然，地下、地上的温度变形是不一样。在结构整体工作下，变形协调通过竖向构件来完成。这一协调过程实质就是变形变化量小的地下部分约束了地上部分的温度变形，因此，这种约束是相对的。

9、温度作用影响的可控性。控制温度作用的影响，就是要首先减小温度变形，着眼点应是控制结构长度或结构工作温度变化量。对于超长结构，可以利用后浇带来实现。

10、由于温度计算的复杂性以及模型简化的相对性，所以计算结果更多的是参考作用，构造措施和正确施工更为重要。正如基坑现在越来越重视信息化施工一样，对于温度应力，实际的测试结果我想应该具有更大的说服力。以下是一个超长结构（156mX16m，且两端16米范围内各加宽成34米）无缝设计后进行实地测试后的一些重要结论（详参考文献4）：

11、对于无缝超长结构变形而言，温度引起的结构变形占很大的比例，是起控制作用的主要因素，在结构初步设计时不能忽略温度因素。

12、结构非预应力钢筋中温度应力的变化，根据本次测试的结果，一般年度变化量小于40Mpa，这样的应力变化对于普通的非

预应力钢筋是可以接受的。

13、在该工程中，采取了很多的技术构造措施来减少温度作用对结构造成的不利影响。比如，设置控制温度应力的无粘结预应力钢筋，采用较好的保温隔热措施，确实起到了良好的效果，使得钢筋中温度应力的变化量较小，保证了结构长期使用的安全性和耐久性。

14、温度变化引起的应力有一定的滞后性。比如，温度最高的月份是8月，但应力峰值一般在9月。

15、在今后的结构设计中，有必要考虑立面不同辐射的影响，进行配筋或构造设计，协调结构的温度应力和或变形。

参考文献：

1、樊小卿。温度作用与结构设计。建筑结构学报。1999年第二期

2、樊小卿，吴为。武汉国际会展中心的温度作用设计。建筑结构。2002年第一期

3、王铁梦。工程结构裂缝控制。中国建筑工业出版社。1997年8月第一版

4、伍朝晖，孙柏林。温度应力对超长结构的影响。建筑结构。2002年第八期