PKPM结构温度效应 计算
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PMSAP温度应力分析注意事项
6)软件会自动增加温度工况的组合。不考虑温度前n 种工况,考虑后变为2n种。用户可以调节地震、风 与温度组合时的组合系数。 7)温度对“砼梁” 产生的轴向拉压力,pmsap会自动按 照偏心受拉或偏心受压进行截面设计。 8)温度对“砼板” 产生的轴向拉力,pmsap会自动按照 偏心受拉进行截面设计,但不考虑轴压力。 9)温度对“砼柱”、“砼墙”和“所有钢构件”产生的所有 内力,pmsap均会自动考虑到截面设计或验算中。
全楼定义弹性膜
指定节点温差
PMSAP温度应力分析注意事项
PMSAP温度应力分析注意事项: 1)所有楼板均应定义成弹性膜 2)剪力墙应采用细分模型 3)混凝土构件的温度效应宜指定折减系数, 一般取为0.3 4) 如果用温度模拟砼收缩,应作为一个独 立工况,且相应温度工况的属性应指定 为“砼收缩” 5) 如果用温度模拟预应力张拉,也应作为 一个独立工况,且相应温度工况的属性 应指定为“预应力”
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
温差对结构的水平伸缩效应
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
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。
PMSAP温度应力分析注意事项
10)pmsap提供的砼弹性模量折减系数,会 影响到恒、活、风、地震、温度等各种 工况的计算,可以利用该功能进行构件 承载力设计,但注意:不能作为位移控 制的依据。
PMSAP温度应力分析
温ຫໍສະໝຸດ Baidu引起的梁、柱弯矩图
其中: 是面积坐标,
Li
T L1T1 L2T2 L3T3
PMSAP温度应力分析
• 等效荷载(等效体力部分)
1 Pxi tf x Li dA f x At 3 A
1 Pyi tf y Li dA f y At 3 A
PMSAP温度应力分析
• 等效荷载(等效面力部分)
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
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
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。 • 基准温度场在理论上是存在且唯一的
Lij Et 1 1 Pi Lij t ij (1 s )ds ( Ti T j ) 1 3 6 0
1
Lij Et 1 1 Pj Lij t ij (1 s )ds ( Ti T j ) 1 6 3 0
1
PMSAP温度应力分析步骤
1)用PMCAD或者STS-1建立结构模型。 2)进入PKPM的“PMSAP”主菜单,然后进入“补充建模”,点取“温 度 荷载”菜单,在此定义各个楼层的各节点的温度变化值。 3)执行“接PM生成PMSAP数据” 4)进入“参数补充及修改”菜单,点取“参数修改-〉总信息”,按照需 要修改“温度荷载参数”,包括砼构件效应折减系数,温度荷载组合系数, 弹性模量折减系数等。 5)执行“结构分析与配筋计算” 6)进入“分析结果的图形显示”察看计算结果,包括温度荷载产生的结构变形、 构件内力以及考虑了温度荷载组合的构件配筋结果。
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)
• 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:
温差场
• 顶层屋面梁、板温差
T
T外 T内 2
T0
温差场
• 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
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。
PMSAP温度应力分析
• 一维杆件的温度等效荷载 对一维杆件,首先定义它的局部坐标系, 局部系的x轴定义为杆轴,y轴和z轴定义为截面 的两个主惯性轴。瞬时温度场在局部系中的分 布函数可以一般地表达为:T=f(x,y,z)。一般而 言,自由杆件在T=f(x,y,z)的作用下将同时发生 伸缩和弯曲。在PMSAP中,我们考虑一种最常 用的温度分布:温度在同一截面上不变化,只 沿着杆轴线变化,也即T=g(x),这种温度分布将 使自由杆件只发生伸缩。
PMSAP温度应力分析
• 设温度沿杆轴线性变化:
T TI (1 ) TJ
• 等效荷载
N I N I1 N I 2
N J N J1 N J 2
xl
TI TJ EA 2 TI TJ EA 2
PMSAP温度应力分析
• 二维壳元的温度等效荷载 以三角形壳元为例进行说明。设三角 壳所在平面为xy面,法线为z轴,同杆件 一样,我们只考虑形如:T=f(x,y)的温度 场,这种温度场不使自由壳元发生弯曲, 只使之发生伸缩。设三角壳的温度分布为:
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 STk
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。
• 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
•
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。
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