温度对硅酸盐结构的影响：29Si核磁共振的结果
摘要
温度对三种硅酸盐结构的影响已经通过29Si核磁共振分光镜，以玻璃态样品的形式进行了研究，并且这些样品具有不同的玻璃化温度。
所研究的组成分别是(Na2O)34(SiO2)66,(CaO)10(Na2O)13(SiO2)75,以及
(CaO)25(MgO)25(SiO2)50。在前两种物质中。连接四个氧原子的四面体结构的SiO4的含量随着温度而发生显著变化，这种变化主要是由于反应
的不平衡所导致的，可以看出高温下反应的不平衡暗示着产生阴离子结构的可能性增大。在(Na2O)34(SiO2)66组分中，温度对于Q4含量的决定性，使我们能够估计这个反应中的Si的△H0为。尽管这个反应对每一种液体整个结构的热容所做的贡献很小，但是它可能对SiO2的热力学活度有重要影响，通过升高温度来加宽(CaO)25(MgO)25(SiO2)50的光谱峰，同样暗示着阴离子结构数可能会增加。尽管不知道具体哪一种结构对风宽的加大做了贡献。如果假设这些被观察的种类在玻璃态下不受温度变化的影响，处于液化温度下的熔融态样品的性质会在准确性上受到限制。
前言
不管是在实验中还是在大自然中，有关硅酸盐原子结构的信息在定位和预测这些复杂的原料的性质时变得越来越重要。绝大部分直接可用的信息来自对玻璃态物质的分光和衍射研究，这些玻璃态结构一般假设至少定性的认为与处于液体状态下的物质的性质相似。
有关熔融状态结构的文献很少能证实从玻璃态到液态的键型，配位键以及主要结构种类的构型没有发生任何变化。其中的研究主要用的是X射线散射的技术，红外线技术和Raman分光镜。这些具体的研究得出的结论是：在小范围结构变化中，许多硅酸盐液体定性上与他们相对应的玻璃态物质相似。然而一些研究已经发现了小的结构上的差异。例如SEIFERT etal曾经用Raman分光镜来比较玻璃态的Na2SiO5，并且基于在相对键的强度上提出了一个与100℃下的玻璃态相比更加接近于1100℃下的液体连有氧和没有连氧的分布。OKONO和MARUMG用X 射线散射技术来研究NaAlSiO8和CaAl2Si2O8液体和玻璃体，并且在玻璃体相学的分布函数上可以看到有少量的窄峰。这些阐述暗示着玻璃态结构中有着微量的小的热振动伴随着小的随机性。在这些例子中，然而由于分光镜技术本身的限制而不能准确的定位观察到有效果的积极的意义。
尽管这些光谱变化很小，玻璃化温度本身的存在表示着液体和玻璃态固体存在着本质的区别而这一点在从定性到定量上来解释液体状态行为的变化中必须予以考虑。一经加到玻璃化温度（Tg）第二热力学性质像可压缩性热膨胀性和热容会发生突然的和相对大的增加，硅酸盐的恒容热容是————的15倍。这就很大程度上证明了一个主要构型对热容的贡献原因可能是液体结构不会像玻璃态结构那样随着温度升高而重排。这些受温度影响的结构变化的本质作用在液体粘度的结构熵理论中很明显。这个理论已经成功地解释了有温度所引起的相应变化以及许多玻璃态结构液体的粘度问题，包括硅酸盐熔融物由温度引起的变化可能能够帮助解释许多硅酸盐液体的粘度和温度之间的复杂关系。基于相平衡对混
合物的焓熵进行考虑得出相同的结论：熔融态结构受温度的强烈影响。这种阐述已经被硅酸盐系统所采纳。在冷却此系统中，不能混合的液体会从均相熔融物中析出。
理论上你，热力学和相平衡因素的考虑表明硅酸盐液体结构必须随着温度发生改变。
当前的研究是从某种程度上尝试评估温度引起的硅酸盐熔融物的结构特征的变化并且来限制结构的变化对熔融物的热力学性质的影响正是为了实现这个目的，我们使用了一个能利向用液态玻璃态转变的热力学性质的方法。当一种液体冷却时，粘度会增加而且结构的重新达到平衡的速率会相应的减慢。对于一种玻璃态液体，再平衡速率最终在一个既定的冷却速率太慢以致于无法达到平衡，并且这种液体结构在此温度下“冻结”形成了玻璃体。这样的话，玻璃化温度就是冷却速率的一个函数：快速的冷却产生较高的玻璃化温度（Tg），慢的冷却导致低的玻璃化冷却温度（Tg）。通过在不同的速率下冷却同一种液体，很有可能获得一些晶体，它们能代表处于不同温度下的液体结构。这时候可以用分光镜来研究处于室温下的玻璃态物质。这种方法已经被证明在以前一些研究中是很有用的。温度引起的硼烷种类的变化已经被核磁共振所观察得到。玻璃态的SiO2键角分布的微型变化被Raman分光镜和X射线仪探测到，还有硅酸盐熔融物中铁的配合物的变化被Massbanor光谱线型所表明。
具体的当然硅酸盐的熔融物是复杂的，并且不同的性质可能展示着一些不同的玻璃化转变，因为不同方面的结构平衡性可能在不同温度下急速冷却这样这样热容——————Tg低。可能解释玻璃态玻璃态物质和晶体熵的差异，就这些复杂的物质而言，强调两点很重要：首先是量热学研究表明绝大多数玻璃态硅酸盐之间的熵变是由接近于0K以不同速率快速冷却的液体所产生的。并且这样的话确定能记录起初熔融物的构型差别；其次记录的结构是玻璃态也就是液体处于玻璃化温度（Tg），这对一些典型的无机物是低于液化温度300~600℃.这些结构模型的具体数据来源于它们的玻璃态光谱，可能与那些来自于延时学家有着极大兴趣的液体差别很大。
为了了解我们玻璃态样品的结构，我们已经用了核磁共振分光镜：是一种对单独核磁周围电子分布的微小变化都很敏感的技术29Si包含在内。许多研究已经表明，对于这个原子核，化学变化的核磁性与许多固态硅酸盐的结构参数相关联。这些包括了Si-O键角Si-O键长，以及每个SiO4四面体所连接的氧原子数。我们应该特别注意最后一个结构的变化，用Q n来表示一个SiO4四面体连接几个氧原子数。由于对结构环境的敏感性NMR被确认为研究玻璃态硅酸盐的强有力工具，更多的是，不像许多的技术，对NMR光谱的定量阐述是相对直接的。当峰是由于不同结构种类时很好被解决，因为在一个合适可行的实验中峰的相关区域和产生他们中的原子部分是一致的。
实验
三种玻璃态被选来进行研究：(Na2O)33(SiO2)67（NDS）(CaO)10(Na2O)13(SiO2)75(CNS )
(CaO)25(MgO)25(SiO2)50(Di)。样品用含有57%29Si同位素的SiO2，CaCO3，
Mg(NO3)2·6H2O和高纯度的Na2CO3。对每一种玻璃态物质而言，粉末状的试剂都完全的混合在一起；缓慢地除去CO2然后熔融和快速冷却；在一个玛瑙研钵研成细粉末，然后再熔融和快速冷却，产生的玻璃态物质被用来作为后面
描述的热处理的原材料。每一种组成的样品在核磁共振实验完成后都进行了分析。玻璃态Di 和CNS 的成是用微型电子探针分析的。玻璃态NDS 的固含量是通过焰测光法以一式三份的形式惊醒可分析。样品组成被列与表一中。实际分析出的组成已经应用到所有的计算中。
每一种液体以两种不同的方式冷却，一种慢的和一种快的，为了在每一种组成中获得两种不同的玻璃化温度不同的玻璃态物质。缓慢冷却的样品是这样制成的：把一种玻璃态物质放在一个坩埚中，加热到玻璃化温度以上足够长时间来确保液体的亚稳平衡，然后以给定的速率进行冷却。接近于玻璃化温度的冷却速率
如下：s Di CNS MDS /103,;10522℃和，
--??。快速冷却样品的预处理是：在密封的铂试管中，一高于玻璃化温度的温度对每一种液体进行加热，然后通过过快速把试管弄平放在两冷冻钼块之间来对整个试管进行冷却。
缓慢冷去玻璃态物质的玻璃化温度是基于一份有关冷却玻璃化价值的文献。对于每种快速冷却的玻璃体，玻璃化温度是通过MOYNIHAN etul 方法来估计。他们的方法是基于以下的预测：Tg 与冷却速率的自然对数成正比，与黏流液体的活化能成反比。NDS 粘性流体的活化能数据是RICHET 所提供的；至于CNS ，它的数据来于LAKATOS etul,Di 来自于KIRKPAIRICK 的数据。计算的玻璃化温度列于表2中。Tg 的不确定性主要是由于对冷却速率估计的不确定，不管是文献中所提及到的玻璃态物质还是我们自己的快速冷却样品。
所有的核磁共振光谱都是用一个经修改过的----分光镜，----是****。粉末样品用刚玉转子进行研磨，转动的和非转动的29分光谱由Doty 科学产生的MAS 探针来进行收集。从400到880的自由诱导衰减平均能产生一种静态光谱，在180到240之间能产生一种MAS 光谱。一个**对着在长度上增加了4MS ，使得产生一个30。的顶角MAS 光谱的旋转频率在6-4到6-6KHz 之间，并且旋转的频带只占所有光谱的3-4%。一个60秒的加长延缓已用于所有的实验中，并且更重要的是对于每一个实验我们已经证实这个延缓的时间足够长，以致能最小化。由于不完全的-----所造成的饱和状态影响。
电子漂移在线型中并未引入任何随着时间可以进行测量的一些变化。更多的是关注确保对含有同一组成的样品产生相同的基准线。这些具有的细节在解决小的线型的变化上有着特别的作用：重复的测量和许多参数数据的处理测试，使我们相信我们的观察不是数据收集和过程分析的产物。化学变化与外面的性能指标标准息息相关。
结果和光谱说明
NDS 玻璃态物质
图1和图2展示着玻璃态，NDS 的-------和静态光谱。快速和缓慢冷却样品的直接比较在每一个图中的第一部分。最高峰的光谱所占比例显示着快速与缓慢冷却之间小而意义重大的差异，不管是在------还是在静态光谱中。在静态光谱中，中间的峰很明显咋快速冷却的玻璃态物质中有着相对高的强度（大概为5%）。其他的话，两种光谱完全一致。在MAS 光谱中，快速冷却样品总体上有着稍微宽的线型。有玻璃态Na 2SiO 3以三种不同冷却速率所获得的新数据，证实了这些结论。
因为静态光谱比MAS 光谱宽许多，它们一般上很难获得，并且很少出版相关硅酸盐结果的刊物。正如最近其他刊物所讨论的那样，玻璃态组分的静态光谱
比如NDS实际上比MAS光谱包含更多的信息，并且可以解释如下（看STEBBINS 11987，198891）。
光谱是有两大主要成分构成；大的图1b中的曲线b所表示的宽的不对称的峰，并且----------。它与一些非硅酸盐的结晶固体的静态光谱非常相似，只是由于位置混乱的缘故有些线比较宽。这个峰是由于组分中的主要种类Q3，它有很大的化学变化取向性，主要是由于Si和所连接氧的键长和没有连接氧时的差异。静态光谱中第二个明显的部分是有一个相对窄的中间的峰集中在一100ppm（图1b的曲线a）。化学变化和线型是Q4种类的特征。因为这种类型有着相对高的空间对称性（所有的键都在Si和O原子之间），它的峰在静态光谱中有很窄并且它的含量被很清晰地显现出来。正如下面所讨论的，Q4的相对含量比快速冷却高25%左右。
相比而言，从各种种类中来明确单个成分对MAS光谱的贡献是很难分辨的（图二）并且没有一些关于线型和曲线方面的假设是无法予以确定的。然而，MAS结果与静态光谱是一致的；快速冷却的玻璃体光谱比缓慢冷却的要宽很多，并且在主峰两边的肩前面的容易分辨一些（图二）。肩的形状的变换可能是由于快速冷却的玻璃体中Q2Q4的含量很大的缘故，但是线宽的差异几乎可以确定部分原因是由于键角和键长的差异变化。
因为Q4峰在静态光谱中很好的分辨，估计Q4在快速和缓慢冷却中的差异很容易。在Q4峰以上的任何有关Q3样品的光滑曲线的内推都能被用作去除整个光谱中Q3样品的基准。所有合理的内推给出了相似的结果从缓慢向快速冷却玻璃态物质转变Q4含量相对增加20~30%。这种相对变化是这里最重要的发现，并且我们的结论对曲线拟合和模拟曲线的依赖性不是很大。
获得样品中的绝对含量或多或少要用到对整个光谱的模拟曲线。这个过程对静态光谱而言还是相对好确定的，因为相对与MAS数据，位置混乱所造成的不准确的结果对静态光谱的线性影响小。对于DNS玻璃体三个峰被使用，分别代表Q2，Q3，Q4样品。拟合是通过眼睛而不是小型区域的回归，目的是为了优化Q4峰邻近区域的拟合。这样就把光谱那些不适合拟合的地方放在低频繁的“尾巴外”，些地方没有准确的定义并且最容易受仪器的影响。对于Q3峰，这三组分中的————————张量相应地给出最好的匹配来适应样品峰的高低肩，并且一个混合的宽的？？？？？ssianlloron??函数被用来调整整个形状。这些参数对计算的光谱的影响大多数是独立的，尽管宽线的数量和611之间有一些相互的影响。Q4峰被认为在形状上···并且只有锋的位置，峰的宽度和相对高度发生调整。就整体而言，Q2样品还包含着一个额外的峰（图上曲线C），尽管在静态峰中无法完全分辨，并且对Q4含量的计算没有影响。组分形状和位置的选择与结晶的NaSiO3一致，并且它的位置改变是为了适应质量守恒和Q4由于Q3产生Q2和Q4的不平衡所引起的。所有的参数相对于快速和缓慢冷却样品是一致的，除了三个峰的相对位置以及Q4峰的宽度（后者在快速冷却玻璃体要稍微宽些）模拟曲线的结果在1b和1c中，计算的LSA参数和样品的含量在表3和4中。绝对含量精确到，但是Q4的含量比较好确定，因为同样的模拟曲线参数可以用于单一组分的所有光谱。这样的话，在对比两个光谱，由于不准确的参数所引起的系统误差就对消了。当峰高和峰宽变化时，Q4的绝对与前面含量差异也在两峰之间的变化不会超过除非光学设备出现故障，因此我们把以上方法作为计算Q4含量变化的误差。
CNS玻璃态物质
关于快速和缓慢冷却的CNS玻璃体的静态29Si核磁共振光谱见图3.光谱的总体形状与NDS是相似的，峰被分为Q3和Q4种类，所选的分类标准与前面讨论NDS光谱时一样。在CNS玻璃态物质中然而含量很小的Q2所产生的额差与Q4有得一比，因此在CNS光谱的Q3峰中，有30%Lorentzian的贡献被纳入其中其它的便于Gaussian扩大函数来来适配光谱的尾部。再看，准确的确认Q4在缓慢冷却和快速冷却玻璃态物质中的相对含量成为可能，因为在这个峰有很好的分辨率。关于CNS组成的数据清晰地展示差别在于是因为加热时间所引起的差异比那些具有同样加热时间的不同样品所引起的微小差异大得多。
（图3a,3b）
对快速和缓慢冷却玻璃态，CNS的静态光谱的比较（图3a）表明Q4的含量再次在快速冷却玻璃态中占有稍大的比例。为了测试观察到的趋势的可能性以及再现性，原始样品被切成两半。第一半被缓慢冷却，然后快速冷却，最后再缓慢冷却，剩下的一半仅进行快速冷却。在每一种缓慢冷却都非常相似后收集光谱，可以知道Q4含量越来越大是一个很真实的现象。缓慢和快速冷却玻璃态物质光谱的模拟曲线在图3c和3d中，同时计算的CSA参数和Qn种类的含量。在表3和表4中已经给定。就如玻璃态NDS中一样，一个稍微宽的Gaussian函数需要被用来适配快速冷却玻璃态物质中的峰。
在玻璃态的CNS的MAS光谱中（图4），单个Q n种类的贡献比起静态光谱更难分辨。然而就像在玻璃态NDS中一样，MAS数据与静态数据是一致的，快速冷却的玻璃态物质的光谱比缓慢冷却的稍微宽一些。并且在-1v sppm附近有一个大而且明显的肩峰，表示着快速冷却玻璃态物质中Q4的含量很大。
Di玻璃态物质
玻璃态Di的静态光谱见图5，与其它研究的玻璃态物质不同，唯一的特征是有一个宽的不对称的峰，尽管认为有一个Q4肩峰的存在，它对玻璃态的(CaO)0-4(SiO2)0-6的组成有着显著的影响。前面的核磁共振和X射线研究证明了玻璃态透辉石在中距离位置的极其混乱程度。作为结果，来自于各种Q n种类的光谱贡献是非常宽的，并且明显的峰已经不存在CMCMILLAN的Raman分光镜数据表明在此玻璃态组成中确实存在独特的Q n种类。
通过在——————机械旋转样品，并以去除那些由于与外界磁场相关的随机定位而产生的宽峰组分，包括由于化学变化取向所造成的宽峰。对CNS和NDS 样品而言，化学变化取向朝我们有利的方向进行；高倾向生成Q2和Q3导致许多这些宽峰的产生，留下的Q4峰从其他的光谱中脱颖而出。对于Di，然而所连接氧原子的低含量导致无法探测到微量的Q4，这样就没有了使用29Si核磁共振静态法来分辨Q4峰的优点。基于这些原因，MAS核磁共振能带来有关玻璃态Di 最有用的结构信息。
玻璃态Di的MAS光谱见图6.比较缓慢和快速冷却的MAS光谱（图6a）在高的玻璃化温度下有少量却重要的宽峰。为了检查结果的可逆性，初始样品分成了两部分。第一部分先快速冷却然后缓慢冷却的玻璃态物质光谱与其它相似。
曾经尝试用单个的Q2峰来对静态Di玻璃体光谱进行适配，各种参数是来源于晶体的透辉石；无法获得合理的适配曲线。如此强有力的表明了Q n种类的复杂，包括Q0,Q3,还有Q2.然而，由于通过模拟静态和MAS光谱而无法获得独特的结果，我们不可能从不同种类中来确认它们的贡献。
温度对液体结构的影响
在NDS中直接看到Q4峰的存在表明在熔融物中牵涉到一个Q3有关的不平衡的反应。我们认为主要反应是：相应的，假设Q0和Q1的含量可
以忽略不计。这种类型的反应经常被写成其它的形式，并且代表这硅酸盐阴离子“聚合物”离解的最简单方式。
高的玻璃化温度下有着大的Q4的含量表明随着温度的升高，反应平衡会向右边移动。我们的解释定性地来说，与SEIFERTETal的结果一致，他用的是Raman 分光镜来演技Na2Si2O5？？？NaAlO2玻璃体和液体。从100℃下的玻璃体到1100℃下的液体，他们观察到光谱带的强度是由于Q2种类的缘故，直接定量地比较他们的数据和我们的数据，哟疑问的是Rsman光谱无法确定非晶态物质。我们所观察到的Q4的绝对含量比MYSENetal所发布的少许多，他们是基于对Raman光谱的解释并且比预测的完全随机混合没有连接氧的含量也低许多。
另外一个受温度影响的便是高玻璃化温度下的Q4峰宽度，与前面有关的结果的讨论中一样，随着液体温度的增加，Si-O-Si平均键角或Si-O平均键长会有小的平均偏差（≈5%）的增加。然而宽的光型线和伴随着的低的分辨率，以及曲线拟合技术的低准确性，使得无法确定这样结构变化的宽度。
对于CNS而言，温度的影响定性上是非常相似的，玻璃化温度升高导致Q4到Q3的比例相应的增加Q4峰会有少许变宽，这些影响可以归功于在NDS中造成类似结果的因素。
对Di而言，结构变化导致随着玻璃化温度变化的光谱宽度不是很容易被辨认。也有可能是由于存在其它的不平衡反应（比如），可能是Si-O-Si
键角或Si-O键长，——————。变宽肯定是由于随着Tg的增加而使一些结构参数变得混乱。这个结果与在NDS和CNS中观察到的趋势类似，其中随着玻璃化温度的提高Q n种类也相应的增加。
我们的结果因此说明了温度会对我们研究的三种组成结构变化的发生有着决定性作用，虽然小却很重要，并且一种特定的结构变化（Q n种类）能够在NDS 和CNS玻璃态中很容易被分辨出来。
对焓熵的影响
我们可以用NDS中所测得的Q n种类的摩尔数来评估反应：的焓值。首先我们定义一个平衡常数:
(2)
其中an是Qn的活度，Xn是Qn相对于所有硅的摩尔数的摩尔分数，h与相等，并且K*=(3)
如果我们假设活度洗漱的比例在一个小的试验温度范围内大致不会受温度的影响，所以此时Q n种类的相对含量可以写为：(4) 用列表4中的Q n种类含量的数据，我们得到快速冷却缓慢冷却
因为我们假设处于玻璃化温度下的玻璃态物质在液态依具有Qn种类，我们于是可以有范德霍夫等式：
其中，快速冷却-Tg,缓慢冷却)，计算NDS液体中此种不平衡反应的标准焓的近似值。用作为Q4在不同玻璃态中差异的绝对误差，我们得到
估计出，因此得到
。
我们同样可以计算两种CNS中K*和的值很容易产生大的误差，因为少量的Q2浓度会使计算值对在组成分析和数据拟合的错误非常敏感，更多的是La 和Na对种类有一些不同的影响。然而K*数值对每一种组成而言都会产生相同的。
使用从NDS计算中获得的数据Q4产生的摩尔焓，并且忽略此刻混合物的焓可能产生的作用，对NDS玻璃态进行缓慢和快速冷却，我们观察到其间Q4的含量1.0%的增长导致焓增长了480240J/Mol。一个方程(5)更普遍的形式可以写成，依旧假设反应的焓与温度无关（单数去掉了活度系数常数）：
(6)
是混合物中不同Q n种类的焓。如果液体用常规方法处理，我们可以估算出混合参数(wi)的数值在105-106J/Mol(si) ，而且Q n种类的变化甚至只占其中焓变的一小部分。为了对比GNIORSO etal计算出混合参数在一个大范围的硅金属氧化物组成中只有103-104KJ/Mol。如此观察到种类反应对整个焓变只贡献了几百焦耳。
相比而言总焓在两种玻璃态物质中的差别很大。450时，该差异可能由量热法决定，有关系：
(7)
HFQ和HSC是快速冷却和缓慢冷却时所对应的焓，是液体的热容，减去
玻璃态物质的差。用的数值，玻璃态物质之间的焓的差别是5200J/Mol。因此，温度君顶的Q n种类所产生的焓变只占所有焓差的很小的一部分。如果哦我们进一步假设液体和玻璃态之间热容的差异与液体构型热容是相等的，很明显，Q n种类的变化只是占有很小的一部分构型热容。我们因此可以得出结论：随着温度的变化，只有构型会发生重大的变化而Q n的种类不会。
熵是Q n种类的一个特别的变化所产生的，必须是假设在对大的范围的结构的结果的说明。然而，我们至少能对Q n种类反应所产生的熵做一个估算，凭借的是一个Q n种类允许被随机混合的模型。因此，一个大致的熵的计算如下：
对DNS，这个计算才产生0.6J/Mol·K (。这些理想混Q n种类
所产生的熵变大得多，同样的结果对焓变的比较也是一样的。额外的由于混合大的聚合物单元所产生的熵变没有可能占差异的绝大部分。不仅仅是这些被定义的单元的含量比单个SiO4正面体的含量少许多，而且各种作者对这种理论争论不休，并且从分光镜技术那块得到结构单元变化的相关信息很受限。一个对Na2SiO3液体的样品计算，基于连有氧原子的随机分布，产生了一个额外的熵。此熵是由于混合多种硅结构单元所导致的，只占单独混合四面体的1/30,再者似乎由于温度的变化所产生总熵的增长中，Q n种类变化所产生的熵变只是其中很小的一部分。合理的构型熵模拟相对于相似的硅酸盐熔融物来说，应该从源头上就应占有多的贡献而不是简单的将Q n种类和以大群相关的四面体混合进来。
混凝土结构与砌体结构设计中册(第四版) 十一章思考题答案 现浇单向板肋梁楼盖中的主梁按连续梁进行内力分析的前提条件是什么？ 答：（ 1）次梁是板的支座，主梁是次梁的支座，柱或墙是主梁的支座。 （ 2）支座为铰支座--但应注意：支承在混凝土柱上的主梁，若梁柱线刚度比<3，将按框架梁计算。板、次梁均按铰接处理。由此引起的误差在计算荷载和内力时调整。 （ 3）不考虑薄膜效应对板内力的影响。 （ 4）在传力时，可分别忽略板、次梁的连续性，按简支构件计算反力。 （ 5）大于五跨的连续梁、板，当各跨荷载相同，且跨度相差大10%时，可按五跨的等跨连续梁、板计算。 计算板传给次梁的荷载时，可按次梁的负荷范围确定，隐含着什么假定？ 答： 为什么连续梁内力按弹性计算方法与按塑性计算方法时，梁计算跨度的取值是不同的？ 答：两者计算跨度的取值是不同的,以中间跨为例,按考虑塑性内力重分布计算连续梁内力时其计算跨度是取塑性铰截面之间的距离,即取净跨度;而按弹性理论方法计算连续梁内力时，则取支座中心线间的距离作为计算跨度，即取。 试比较钢筋混凝土塑性铰与结构力学中的理想铰和理想塑性铰的区别。 答：1）理想铰是不能承受弯矩，而塑性铰则能承受弯矩（基本为不变的弯矩）； 2）理想铰集中于一点，而塑性铰有一定长度； 3）理想铰在两个方向都能无限转动，而塑性铰只能在弯矩作用方向作一定限度的转动，是有限转动的单向铰。 按考虑塑性内力重分布设计连续梁是否在任何情况下总是比按弹性方法设计节省钢筋？ 答：不是的 试比较内力重分布和应力重分布 答：适筋梁的正截面应力状态经历了三个阶段： 弹性阶段--砼应力为弹性，钢筋应力为弹性； 带裂缝工作阶段--砼压应力为弹塑性，钢筋应力为弹性； 破坏阶段--砼压应力为弹塑性，钢筋应力为塑性。 上述钢筋砼由弹性应力转为弹塑性应力分布，称为应力重分布现象。由结构力学知，静定结构的内力仅由平衡条件得，故同截面本身刚度无关，故应力重分布不会引起内力重分布，而对超静定结构，则应力重分布现象可能会导： ①截面开裂使刚度发生变化，引起内力重分布； ②截面发生转动使结构计算简图发生变化，引起内力重分布。 下列各图形中，哪些属于单向板，哪些属于双向板？图中虚线为简支边，斜线为固定边，没有表示的为自由边。
超长建筑结构温度应力分析 夏云峰 (上海中交水运设计研究有限公司, 上海 200092) 摘要:以郑州第二长途电信枢纽工程为例,对超长建筑结构进行整体有限元建模。针对7种不同类型温度荷载的特点,利用有限元分析程序ANSYS计算。给出了结构整体变形特点、结构中各种构件(梁、楼板、柱子及剪力墙)的温度内力变化范围以及分布规律。通过比较得出超长建筑在各种温度作用下的最不利工况。可为超长建筑结构考虑温度作用进行设计和施工提供参考。 关键词:建筑 超长建筑物 温度荷载 温度应力 St udy on t he Te mperature Stress of Super-Lengt h Buil di ng X ia Yunfeng (Shanghai Zhongji a oW ater Transportation Design Institute Co.,L t d., Shanghai 200092) Abst ract:T aking the Second Long D istance Te leco mm unication H ub Pro ject of Zhengzhou for an exa m ple,t h is paperm akesm odels of so lid fi n ite e le m ent to super-length building.A ccord- i n g to characteristics o f te mperature l o ad of7different types and usi n g t h e ANSYS fi n ite e le- m ents ana l y sis progra m,it concl u des the characteristics of the integral structura l defor m ation, the scope and distribution o f ther m a l i n ner force o f different co mponents,such as bea m,floor slab,pillar and shear w a l.l A fter contrasti n g,it su m s up the w orse w orking cond ition for super -length bu il d i n g under d ifferent te m peratures,wh ich cou ld prov ide references to the design and constr uction o f super-length bu il d i n g by consi d ering te m perature acti o ns. K ey w ords:constructi o n super-leng t h buil d i n g te m perature load te m perature stress 建筑工程中,混凝土结构的裂缝较为普遍,类型也很多,按成因可归结为由外荷和变形引起的两大类裂缝。其中由混凝土收缩和温度变形引起的收缩裂缝和温度裂缝,以及由这两种变形共同引起的温度收缩裂缝,则是实际工程中最常见的裂缝。随着建筑向大型化和多功能发展,超长(即超过温度伸缩缝间距)高层或大柱网建筑不断出现。对超长结构的温度变形与温度应力,若在结构设计中处理不当,将使结构产生裂损,严重影响建筑结构的正常使用。我国的建筑结构设计规范中不考虑温度作用[1],只做构造处理。因此,温度应力是超长建筑结构设计中的重要研究课题之一。1 超长高层建筑结构温度问题有限元建模研究 结合工程实例,分析建筑结构各个阶段温度作用的特点,完善温度作用和温差取值的计算原则,并选出在工程设计中起控制作用的温差取值,方便设计采用。根据实际情况建立超长建筑结构的有限元分析模型,采用有限元分析程序ANSYS 有限元计算程序,进行结构整体分析。 郑州第二长途电信枢纽工程主体为超长高层建筑结构。主楼地下1层,地上主体19层。19层之上局部突起2层。柱网9.6 12m,主体结构东西长134m。由于功能要求建筑中间不设缝,南 10 港口科技 港口建设
第四节 温度应力计算 一、温度对结构的影响 1 温度影响 （1）年温差影响 指气温随季节发生周期性变化时对结构物所引起的作用。 假定温度沿结构截面高度方向以均值变化。则 12t t t -=? 12t t t -=?该温差对结构的影响表现为： 对无水平约束的结构，只引起结构纵向均匀伸缩； 对有水平约束的结构，不仅引起结构纵向均匀伸缩，还将引起结构内温度次内力； （2）局部温差影响 指日照温差或混凝土水化热等影响。 A ：混凝土水化热主要在施工过程中发生的。 混凝土水化热处理不好，易导致混凝土早期裂缝。 在大体积混凝土施工时，混凝土水化热的问题很突出，必须采取措施控制过高的温度。如埋入水管散热等。 B ：日照温差是在结构运营期间发生的。 日照温差是通过各种不同的传热方式在结构内部形成瞬时的温度场。 桥梁结构为空间结构，所以温度场是三维方向和时间的函数，即： ),,,(t z y x f T i = 该类三维温度场问题较为复杂。在桥梁分析计算中常采用简化近似方法解决。 假定桥梁沿长度方向的温度变化为一致，则简化为二维温度场，即： ),,(t z x f T i = 进一步假定截面沿横向或竖向的温度变化也为一致，则可简化为一维温度场。如只考虑竖向温度变化的一维温度场为： ),(t z f T i = 我国桥梁设计规范对结构沿梁高方向的温度场规定了有如下几种型式：
2 温度梯度f（z，t） （1）线性温度变化 梁截面变形服从平截面假定。 对静定结构，只引起结构变形，不产生温度次内力； 对超静定结构，不但引起结构变形，而且产生温度次内力； （2）非线性温度变化 梁在挠曲变形时，截面上的纵向纤维因温差的伸缩受到约束，从而产 。 生约束温度应力，称为温度自应力σ0 s 对静定结构，只产生截面的温度自应力； 对超静定结构，不但产生截面的温度自应力，而且产生温度次应力； 二、基本结构上温度自应力计算 1 计算简图 2 3 ε 和χ的计算 三、连续梁温度次内力及温度次应力计算 采用结构力学中的力法求解。
墙体破坏原因和特点： 抗弯、抗拉、抗剪强度不能满足时墙体出现裂缝 横墙水平裂缝——横墙平面外受弯，楼盖传力给横墙； 横墙斜裂缝、交叉裂缝——剪切，底层比上层严重； 纵墙水平裂缝——平面外受弯，横墙间距过大，楼盖刚度不足，中部较端部严重；纵墙斜裂缝、交叉裂缝——剪切，窗间墙、窗肚墙，两端较中部严重 山墙（横墙）水平裂缝——屋盖和墙体的拉结不可靠 山墙倒八字裂缝——不均匀沉降 墙角的破坏原因和特点： 建筑物四角及突出部分的阳角，纵横两个方向出现裂缝，形成V字形，甚至局部倒塌； 扭转效应造成、墙角空间刚度较大、使地震作用效应明显增大，应力复杂造成应力集中，而两个方向的约束较少使得抗震能力降低。 纵横墙连接处破坏原因和特点： 竖向裂缝、严重时纵墙外闪倒塌； 施工时不同时咬槎砌筑，留有马牙槎，缺乏拉结； 纵墙平面外刚度和横墙平面内刚度差别很大，振动不同步，产生较大拉力。 地基不均匀沉降。 楼盖与屋盖的破坏原因和特点： 楼盖是水平传力构件，要求有较好的刚度，一般现浇楼盖刚度大于预制楼盖；预制板缝偏小时，混凝土不易灌实，易于散开； 墙体错位，楼、屋盖预制板搭接长度不够，拉结措施不可靠，易造成楼屋盖的某一端坠落。 房屋附属物的破坏原因和特点： 女儿墙、出屋面烟囱、附墙烟囱、垃圾道、屋顶小间都是竖向悬臂构件，震时易于坠落造成人员伤亡； 雨蓬、挑檐、阳台等属于水平悬挑构件，震时也易于坠落造成人员伤亡； 局部突出的构件存在鞭梢效应，地震反应强烈，破坏率高，更要引起重视。 楼梯间的破坏原因和特点 楼梯间的墙体（尤其是横墙）易于开裂； 横墙间距较小，水平抗剪刚度较大，分担过多的地震剪力； 楼梯间没有形成楼板和墙体的相互支撑，空间刚度相对较小； 上层楼梯间破坏比下层重； 若楼梯间布置在端部或转角处更为严重； 楼梯间的外纵墙也是易于破坏的部位。
第一章总论 一、名词解释1.公路自然区划 2.路基临界高度√ 3.平均稠度 4.路拱 5.柔性路面√ 6.刚性路面√ 二、思考题 1.简述路面结构层的特点、作用及材料。√ 2.路基和路面在公路中各起什么作用？有哪些基本要求？ 3.判断土基干湿类型的分界稠度法和临界高度法各自的依据条件和资料有哪些？ 4.试述新建公路土基干湿类型的确定方法。 5.影响路基路面稳定性的因素有哪些？水对路基有哪些影响？ 6.路面横断面结构的组成？路拱横坡度的作用有哪些？如何选择路拱横坡度？ 7.为什么路面要划分结构层次，如何进行划分？√ 8.试述面层的作用及对其基本要求。 9.试述基层和垫层的作用及对各自的基本要求。 10.试从材料，物理力学特性，行车性能和设计控制指标各方面讲述柔性路面与刚性路面的区别。√ 11.我国现行路面是怎样分类与分级的？√ 三、思考题： 1 已知某市属于Ⅳ区，有一段粘土路基，路面底面高出地面0.3m，地下水位距地面0.8m，4请确定该路基的干湿类型和平均湿度。 第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质 一、名词解释 1.双圆荷载图式√ 2.劲度模量 3.累计当量轴次√ 4. 土基回弹模量 5.加州承载比CBR 6.疲劳破坏√ 7.地基反应模量 二、思考题 1.车辆的车轮对路面的作用有哪些？在沥青路面厚度设计计算中，主要考虑哪些力？为什么？ 2.结合第十四章与第十六章，在路面设计中，如何进行交通量轴载换算，依据是什么？√ 1 3.什么是标准轴载的当量轴次，它与哪些因素有关？√ 4.对应单圆和双圆图式，车轮的接触压力、接触面面积、直径应怎样计算?√ 5.说明轴载等效换算的意义；怎样计算设计年限内标准轴载的累计作用次数？√ 7.在重复荷载作用下，路基路面材料的变形有何规律性? 8.我国路面设计的标准轴载是什么？其参数有哪些？√ 9.简述单圆荷载图示、双圆荷载图式有什么区别？√
砌体结构常见问题分析与设计 新疆建筑标准设计办公室 多层砌体房屋建筑以剪切变形为主，纵横墙布置应基本均匀、对称以体现规则性原则；结构的基本周期一般在0.3S以内，结构的初裂水平侧移约为1/4000，大震时的破坏主要依靠抗震构造措施来抗御。 1 一般规定及结构布置 1.1一般规定 1.1.1 砌体结构的材料指烧结普通砖、多孔砖、蒸压类的实心砖、标准的混凝土小型砌块，其他如：非蒸压粉煤灰混凝土标砖、多孔砖、蒸压类的空心或多孔砖在地震区不能采用。 1.1.2 横墙很少指大于4.2m开间的房间占该层面积的80％以上者，如：全为教室的教学楼或食堂、俱乐部和会议楼等。 1.1.3 关于嵌固条件好的半地下室：指埋深较多或形成扩大半地下室底盘，对半地下室作为上部结构的嵌固端有利，抗震验算可不计作一层。 不论全地下室或半地下室，抗震强度验算时均应当作一层并应满足墙体承载要求。凡有质量就有地震作用，楼层集中了各层的主要质量，不论房屋高度如何变化，有多少楼盖也就有多少个计算质点，一个质点只考虑一个自由度，这是底部剪力法计算的基本前提。 1.1.4 坡屋面的最低处高度≤1.5m时，可与顶板合并成一层计算；当阁楼层面积≤1／2顶层楼面积、最低处高度≤1.8m时，阁楼层可不作一层计算，高度不计入总高度之内。将其作为局部突出构件（荷载并放大）进行抗震强度验算（抗规5. 2.4条），除轻钢、木屋盖外，放大
亦可将阁楼层当作普通楼层输入验算做比较（面积比≤0.714时PMCAD程序判定为屋顶间，自动放大地震作用）。 1.1.5 横墙错位：现浇楼盖≤500mm，预制板≤300mm以内可以认为是连续的横墙。 1.1.6 计算房屋宽度：单面悬挑走廊、局部突出楼梯间不计入。 1.1.7 转角窗：转角窗的设置使砌体墙的连续性和封闭性中断，地震作用不能传递；鉴于低层房屋其震害与平面规则性的差异不明显，8度区≤3层，6、7度区≤4层时，在采取加强措施后可设置转角窗。1.1.8 现浇板沿外墙（含内墙楼梯间）楼板支座宽度内设置2ф12的加强筋。 1.1.9 房屋错层：现浇楼板高度大于750mm预制楼板大于600时，宜设缝。复式结构房屋原则上应按楼板标高作为集中质点计算层数。1.1.10 局部地下室不宜采用，地基土质较好时（稍密砂砾地基土、中密砂土），若不便分开，两者基底差不宜过大且按1：2放坡。 1.2多层砌体 1.2.1 砌体结构房屋原则上不能设局部内框架（结构动力特性不同，不同材料的结构处于同一结构单元内的变形、刚度不一致，地震时易造成连接部位的破坏）。仅限于在门厅部位设置一、二层的梁柱结构，可不认为是“内框架”，但在构造上应予以重视，尽量不使其承载过大，加强门厅侧边墙体的布置及两者连接处的节点构造。 1.2.2 纵横墙在结构平面布置中不能分别对齐时应采取措施。 1.横墙不对齐：一般一个五开间的住宅结构单元内，有3～4道对
超长结构温度应力分析与控制措施 摘要：随着人们对建筑物使用功能的要求越来越高，一些公共建筑正逐渐向大 型化、舒适化发展，大量超长、超宽的大型公共建筑随之涌现。由于季节变化的 影响，超长结构的温度应力问题会导致混凝土楼板产生裂缝，严重影响建筑的使 用功能和结构安全，因此温度作用在设计中必须予以考虑。本文以某钢筋混凝土 框架-剪力墙结构为例，对超长结构的温度应力问题采用有限元分析程序MidasGen进行了计算分析并给出了控制措施。 关键词：超长结构；温度应力；后浇带；有限元分析 1、前言 超长结构，由于季节变化等因素的影响，会让超长结构的混凝土发生变形， 当混凝土的变形受到墙体等构件的约束，楼板内便会产生较大的温度应力，当温 度应力高出混凝土的抗拉强度时，就会导致混凝土楼板会产生裂缝，通常情况下，若在结构中采用低收缩混凝土材料、设置后浇带以及采用预应力钢筋等措施时， 温度应力及收缩应力对结构的影响一般可以忽略。但超长混凝土结构中，如若不 进行合理的温度效应控制，柱、墙等竖向构件将产生显著的温度内力，影响结构 的承载能力；楼板则很有可能开裂并形成有害的贯通裂缝，对建筑防水和结构的 耐久性很不利，影响建筑的正常使用，因此，如何降低温度应力的影响是超长结 构设计的关键问题。 2、工程概况 某五星级酒店主楼部分采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，楼盖采用现浇钢 筋混凝土梁板体系，底部裙楼为两层宴会大厅，并设有斜圆柱形主出入口。框架 柱截面尺寸600mmx600mm～900mmx1200mm，墙截面尺寸200～500mm。 现行GB50010－2010《混凝土结构设计规范》中对房屋建筑工程结构伸缩缝 的最大间距做如下规定：对于现浇式结构，普通砖混结构50m，框架结构55m， 剪力墙结构45m，框架-剪力墙结构根据框架和剪力墙的具体布置情况取45~55m 之间，通常可取50m。该酒店结构不设缝轴线尺寸为167.2m，超过了规范要求。 3、温度工况 (1)温度荷载。假设该建筑从当年7月开始地上部分施工，第1～3层施工分 别需要一个月，从4层开始每层半个月，至次年二月半完工。按照该假定施加的 温度荷载始终为降温作用，为最不利工况。 (2)有限元模型。针对温度应力建立四组模型(M0、M1、M2、M3)，均考虑施 工模拟和收缩徐变的作用；其中，部分模型考虑了地下室顶板的转动弹性嵌固， 弹簧刚度计算按照柱所连接的梁柱刚度进行计算，为近似值。模型的具体设计参 数见表1所示。 结构二层的后浇带设置如图1所示，其余各层M0、M1、M2后浇带设置均同；M3与 M2相比，仅在结构第二层增设后浇带c，其余部位后浇带设置均同M0～M2模型。温度有 限元模型为保证结构成立，将一跨内的所有次梁和板均设置为后浇带。 4、温度应力分析 本工程采用有限元分析程序MidasGen对本模型进行温度应力计算分析，分别探讨温度应力对框剪结构中的柱、剪力墙、梁板等主要构件的影响，并给出控制措施及建议。 (1)柱内力。通过对比框架柱主要集中区域的温度应力，其中：①主楼最外侧柱(区域1)；
温度作用与结构设计 一、前言 GB50009-2012把温度作用正式列入建筑结构荷载规范，但它未提及结构设计中如何加以考虑。 SATWE等程序虽包含温度效应计算内容，但对温度内力计算时必须先行解决的杆件截面内温度场问题，程序并没有涉及，而是由用户自行定义。 1、常见思路 确定合拢温度：若取年平均气温、武汉地区为16℃ 温度变化幅度：武汉地区、夏季37℃-16℃=21℃、冬季16℃-（-5℃）=21℃温度内力计算时结构计算简图与其它永久、可变荷载相同 2、问题 建筑物不同部位（地上与地下、室内与室外）的环境温度并不相同。因此，不能简单认为气候温度就是环境温度。 同样环境下，结构部位不同、保温隔热措施不同、构件的计算温度也不同。因此，不能简单把环境温度取作构件温度。 结构支座作为几何约束它的位移为零，作为温度约束它的位移并不为零。因此，只有把温度约束转换为几何约束，才能用对荷载作用的结构计算简图进行温度内力计算。 二、环境温度取值 1、环境温度组成 以太阳为热源，环境温度可由日照温度t s和空气温度t e组成。
日照温度ts是太阳辐射作用直接在物体表面产生的温度，它是一个非均匀温度场，可由下式计算： —太阳辐射吸收系数。可参照“民用建筑热工设计规范”GB50176、附录2.6 —水平或垂直面上的太阳辐射照度。可参照GB50176、附录三、附表3.3 —外表面换热系数。取19.0W/㎡?K 空气温度t e受太阳间接作用的影响，它是一个均匀的温度场。 环境温度（又称综合温度）t se=t s+t e 室内t s=0。因此，室内环境温度t se=t e 2、环境温度的取值 室外空气温度夏季50年一遇最高日平均温度。可参照GB50176附录三、附表3.2。 冬季50年一遇最低日平均温度。可参照GB50176附录三、附表3.1或“采暖通风与空气调节设计规范”GBJ19。 室内空气温度夏季空调设计温度 冬季采暖设计温度 计算日照温度时，建议太阳辐射照度计算值，取日照辐射时段内太阳辐射照度的平均值。太阳辐射照度可参照GB50176附录三，附表3.3。 三、结构的温度内力 1、导热微分方程的解 无内热源的导热微分方程
浅谈大气温度对沥青路面的影响 摘要：沥青路面的破坏是多种因素造成的，主要为大气温度和水的破坏。研究表明，用于铺筑沥青路面的沥青混合料是一种感温性材料，温度的变化会导致其性能有较大的差异。具体表现为：不同温度条件下路面会产生不同的损坏形式，如低温开裂、高温车辙、拥包等，其疲劳寿命也受温度影响。本文就此问题，浅谈一下大气温度对沥青路面的影响。 关键词：大气温度沥青路面温度场 气温是引起路面裂缝的一个重要原因。根据观测资料可知，由于路面对太阳辐射热的吸收作用，沥青路面的最高温度可比气温高出23℃，阳光、温度、空气等大气因素可以引起沥青路面的老化，使沥青丧失黏塑性。路面变得脆硬、干涩、暗淡而无光泽，抗磨性能降低，在行车荷载作用下相继出现松散、裂缝以至大片龟裂。日照愈强烈、气温愈高、空气愈是干燥和流通，则路面老化速度愈快。 气温昼夜温差大，会使路面长期经受反复的膨胀和收缩，使物质内部的组织结构发生变化。随着气温的降低，沥青的黏滞度增高，强度增大，变形能力降低，此时易出现脆性破坏。气温下降，特别是急骤降温时，沥青层受基层的约束而不能迅速收缩就会生产很大的温度应力，若累计温度应力超过沥青混合料的极限抗拉强度时路面便会开裂。在高温条件或荷载作用下，沥青路面会产生变形，其中不能恢复的部分形成车辙病害。如果得不到及时、恰当的维修，路面车辙病害将加剧路况的恶化，直接威胁行车安全，也会大大缩短沥青路面使用寿命。 如果路面的基层为半刚性基层，由于其自身刚度大，抗变形能力较差，在温度骤然下降时会产生收缩变形，而其下卧层（土基或底基层）与该层之间的摩阻作用抑制了其收缩，从而在该层内部产生拉应力，当此应力超过其抗拉强度时基层就会产生裂缝。半刚性基层开裂以后，在沥青面层与半刚性基层间的裂缝处会形成一个“薄弱点”，该点在荷载应力与温度应力的共同作用下会使沥青面层底面产生应力集中。如果沥青面层较薄，则会引起开裂，随之在行车和大气因素的反复作用下，裂缝逐渐向上扩展。直至沥青层表面。这种裂缝称为反射裂缝，它一般为横向裂缝。 年温差太大容易引起沥青路面裂缝。因冬季气温下降引起沥青路面或基层收缩而产生的裂缝，其路面裂缝的原理与上述相同，一般为与道路垂直的横缝。基层干缩或冻缩产生裂缝以横缝居多。另外，沥青混合料碾压温度太高或速度太快也会产生横向裂缝。 对于已出现的裂缝，应采取以下措施：对较小的纵缝和横缝，一般用灌注热
自然因素对路面的影响及其应对方法 摘要：本文主要从气温和湿度两个方面分析了自然环境对路面路基的影响及其原因，指出了自然环境的应对不当给路面所带来的各种危害。 关键词：公路路面工程自然环境气温湿度影响应对方法 1 概述 路基路面结构直接裸露在大气之中，除直接承受车轮荷载作用外，还直接受水、温度、空气、阳光等自然因素的影响。它们既有促进路面成型、稳定等有利的方面，也有促使路面软化、破坏和影响施工的不利方面。而且实践表明，很多路面受到的自然力的破坏比遭受所施加的车轮荷载的破坏力更为严重。 路基土和路面材料的刚度和强度随路面结构的温度和湿度的变化有时会有很大幅度的增减。而且它们的体积随路基路面结构内部温度和湿度的升降而引起膨胀和收缩。同时它们的几何性质和物理性质随温度与湿度产生的变化，将使路基路基路面结构设计复杂化。如果在设计和施工的时候把自然因素考虑在内，那么路基路面结构则在车轮荷载和自然因素共同作用下，将提前提前出现损坏，缩短路面的使用年限。本文则对此进行分析，探讨自然因素对路面路基的影响及其应对方法。 2 自然因素对路基路面的影响。 自然因素的影响主要表现在温度和湿度两个方面。路面结构的温度和湿度的变化随着周围自然因素的变化而变化。这些变化使路面材料的性质和状态发生相应的改变。 2.1 湿度对路面的影响 2.1.1湿度不断变化的主要因素 ⑴大气降水和蒸发降水浸湿透水的路面并下渗而润湿路基，或者沿路面的裂缝渗入路基。蒸发使水分从路基中逸出而促使路基趋于干燥。 ⑵地面水地势低洼及排水不良的时候，积滞在路面附近的地面水通过渗漏和毛细润湿作用进入路基。 ⑶地下水处于某一深度的地下水可以通过毛细润湿和渗透作用进入路基。 ⑷温度当路基内沿深度出现较大温度坡差时，土中水分温度差影响下以液态或气态由热处向冷处移动，并积聚在（或凝结）在此处。 2.1.2 湿度变化对路面的影响。 湿度状况的变化是影响路面结构强度、刚度和稳定性的重要因素之一。路面中的水的影响与道路所在地区的自然条件、季节、雨量、气温、蒸发条件及道路本身的排水能力等因素有关。
6.1混凝土施工裂缝控制6.1.1混凝土温度的计算 ①混凝土浇筑温度:T j =T c +(T q -T c )×(A 1 +A 2 +A 3 +……+A n ) 式中：T c —混凝土拌合温度（℃），按多次测量资料，在没有冷却措施的条件下，有日照时混凝土拌合温度比当时温度高5-7 ℃，无日照时混凝土拌 合温度比当时温度高2-3 ℃，我们按3 ℃计；、 T q —混凝土浇筑时的室外温度（考虑最夏季最不利情况以30 ℃计）； A 1、A 2 、A 3 ……A n —温度损失系数，A 1 —混凝土装、卸，每次A=0.032(装 车、出料二次)；A 2 —混凝土运输时，A=θt查文献[5]P 33表3-4得6 m3滚动式搅拌车运输θ=0.0042，运输时 间t约30分钟，A=0.0042×30=0.126；A 3 —浇捣过程中A=0.003t, 浇捣时间t约240min, A=0.003× 240=0.72； T j =33+(T q -T c )×(A 1 +A 2 +A 3 )=33+(30-33)×(0.032×2+0.126+0.72) =33+（-3）×0.91=30.27 ℃ ②混凝土的绝热温升：T(t)=W×Q×（1-e-mt）/（C×r） 式中：T(t)—在t龄期时混凝土的绝热温升（℃）； W—每m3混凝土的水泥用量（kg/m3），取350kg/m3； Q—每公斤水泥28天的累计水化热(KJ/kg), 采用425号矿渣水泥Q =335kJ/kg(文献[5] P 14 表2-1)； C—混凝土比热0.97 KJ/(kg·K) ； r—混凝土容重2400 kg/m3； e—常数，2.71828； m—与水泥品种、浇筑时温度有关，可查文献[5]P 35 表3-5； t—混凝土龄期（d）。 混凝土最高绝热温升T h =W×Q/（C×r）=350×335/(0.97×2400)=50.37（℃） ③混凝土内部中心温度：T max (t)=T j + T 1 (t) 式中：T max (t)—t龄期混凝土内部中心温度； T j —混凝土浇筑温度（℃）；
环境因素对沥青路面的影响概述 摘要：自然环境对公路的影响主要表现在温度和水的破坏两方面，同时大气中的空气、阳光对沥青路面也有重要影响。气温能引起路面各种裂缝；沥青路面的高温稳定性受温度的影响很大：随着温度的升高，沥青的黏滞度降低，沥青混合料的黏聚力也随之降低。并且由温度湿度的综合作用还会产生冻胀、翻浆等病害。可见，环境因素是影响沥青路面性能的重要因素。 关键字：环境因素；温度；湿度；水损坏，强度 0 前言 路面早期破损已成为沥青路面的主要危害之一，早期病害一旦出现，维修起来不但费时费力，而且影响公路的正常使用，所以对于高速公路路面的各种病害应以预防为主，为有效预防病害发生，必须深入研究各种病害的形成机理、预防措施和处治方法[1]。而路面结构完全处在自然环境中, 经受着持续变化的外界环境因素( 如外界气温、太阳辐射、地面反射等) 的影响,再加之行车荷载的反复作用, 经过一段时间的使用, 使用功能更是大大受损。特别是随着交通事业的迅速发展,交通的迅猛增长, 载重车辆比例增加,车辆超载现象日趋严重,致使路面产生早期破坏, 如网裂松散、上面层脱落、坑槽、沉陷。因此，我们应注重环境因素对路面结构的影响及破环，尽量从一开始就改善路面所属环境，从根源上为路面结构功能的实现构造良好前提。 自然环境对公路的影响主要表现在温度和水的破坏两方面。同时大气中的空气、阳光对沥青路面也有重要影响。 根据观测资料可知，由于路面对太阳辐射热的吸收作用，沥青路面的最高温度可比气温高出23℃，阳光、温度、空气等大气因素可以引起沥青路面的老化，使沥青丧失黏塑性。路面变得脆硬、干涩、暗淡而无光泽，抗磨性能降低，在行车荷载作用下相继出现松散、裂缝以至大片龟裂。日照愈强烈、气温愈高、空气愈是干燥和流通，则路面老化速度愈快。 1 气候与环境对道路工程作用的特殊性 首先，道路在在空间上呈带状延伸，是一个带状结构物，跨越不同的地质，
超长结构温度应力计算探讨 一、温度作用的特点： 温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用，具有以下特点：1）温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用，属于间接作用；2）温度作用随外界环境的变化而变化，有明显的时间性，属于可变作用；3）建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响，因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程；4）引起结构温度变化因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素（如火灾）等，诱因多样性使温度作用有别于其它（荷载）作用。 二、温度作用的规范规定： 2.1什么时候需要进行温度作用计算 根据温度作用的特点可知，结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。表1为常用材料线膨胀系数αT，可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。正因为如此，在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。材料确定的情况下，长度越长，温度作用越大。 在完全没有约束的情况下，总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃，梁长度将增加或减少20mm； 如果端部的变形完全受到约束，将在梁内部产生约2160KN（按强
度等级为C30计算）的轴向压力或拉力，该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。 T 实际结构不可能没有约束，总会在结构中产生温度应力，当结构长度较小时，可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。现行规范根据不同的结构形式给出该长度（温度区段长度）经验值，详见表2，当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。 表2: 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m) 建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。
浅谈温度对长度尺寸的影响 在人们的广泛社会活动中，每时每刻都在进行着大量的各种不同的测量，科学实验、工农业生产、商品流通、人民生活都离不开测量，而且在测量过程中都在追求测量的准确。今天，我们就来浅谈温度对长度尺寸测量的影响。 一、 影响温度误差的因素 在测量条件中，温度、湿度、震动、灰尘及腐蚀性气体等因素都可以直接或间接影响测量精确度。在这些因素中，温度的变化对测量精确度的影响尤为显著。由于不同物体的膨胀系数差异较大，因此计量时采用被测物体温度与计量标准仪器的温度等同的原则，各类计量专业在进行测量时，都应按照检定规程要求的温度条件进行工作，以确保检测数据的准确，目前我国规定计量室的标准温度为20℃。 通过查手册得知线膨胀系数α与温度变化及尺寸变化的关系有如下关系，可用式（1）表示： ()T L L ???=α （1） 式中：α—线膨胀系数；L ?—尺寸变化量；L —物体尺寸；T ?—温度变化量。 当一个工件由于其温度对20℃有偏差而产生的尺寸变化。可用式（2）表示： ()20-??=?t L L α （2） 式中：t 为物体温度。 当工件和量具的温度对标准温度均有偏差时，温度所引起的测量误差为二者尺寸变化之差，其计算公式可表示为式（3）： ()()[]20202211---=?t t L L αα （3） 式中：L ?—尺寸变化量；L —物体尺寸；1α2α—工件和量具材料的线膨胀系数；1t 2t —工件和量具的温度。 注：物体线膨胀系数定义：当温度变化1℃时，单位长度（1mm ）的尺寸变化大小，仅与物体材料有关。 例：假设用外径千分尺测量mm 100φ直径的铜轴，轴的温度为40℃，外径千分尺为15℃，铜轴和钢质外径千分尺的线膨胀系数各为6105.17-?和6105.11-?，
一、温差效应理论 1，局部温差不对整体结构产生影响，只考虑整体温差。 2，出现温差时梁板等水平构件变形受到竖向构件的约束而产生应力，同时竖向构件会受到相应的水平剪力。 3，使用阶段由于外围有幕墙，屋顶有保温，首层室外楼板也有覆土或其他面层，且室内有空调，常年的温度较为稳定，可不考虑使用阶段的温差效应，只考虑施工阶段的温差效应。 二、温差取值 对于温差T1-T2，即施工阶段基准温度T1-施工后保温围护前的最低或最高温度T2： 1，施工阶段最低或最高温度（T2）选取： A，对地下室构件，即使地下水位较高，回填土也会在地下室施工完成不久后封闭，温度变化对结构影响很小很缓慢，可考虑地 区季节性平均温度变化（地下结构一般从设置后浇带、尽早回 填等措施来降低温差的影响，一般不需要计算）。 B，对地上结构，可以认为完全暴露在室外。可能达到的最低和最高温度可取当地最近十年的历史最低、最高气温（一般参考荷 载规范里的基本气温数据，比如青岛地区为-9/33度）。 2，施工阶段基准温度（T1）选取： 结构在后浇带合拢前各部分面积较小，温度效应可以忽略不计。因此后浇带浇注时的温度作为温差效应里的基准温度T1。 当工程进展顺利，地上各层结构的合拢时间可以精确到季节甚
至月份时候，这里的基准温度可取当季或当月的近十年平均气温。当施工进度无法掌握时，基准温度可取近十年月平均气温值T1=（0.0+2.4+6.4+11.9+17.0+20.9+24.4+25.2+22.1+16.9+9.2+3.5）/12 =13.3。因此一般适当控制后浇带合拢温度时，基准温度T1可按15度进行计算：降温温差T1-T2=15-（-9）=24℃；当计算地上结构升温温差时，升温温差T1-T2=15-33=18℃。 只有当地上结构一层顶合拢日期距屋面合拢的日期超过一年时，最大负温差和最大正温差才会共存在一个工程中，因正温差主要产生压应力，所以温度效应仍是按最大负温差来控制。 探讨：对于有后浇带的工程，在满足至少两个月的条件下是否可将后浇带浇注时间限定在温度较低的月份，至少避开最高的月份夜间浇筑，这样计算最大负温差时的基准温度（T1）会降低，相应最大负温差也会减小。 三、混凝土长期收缩的影响 根据王梦铁的《工程结构裂缝控制》中相关计算公式和表格。 混凝土收缩是一个长期的过程，影响最终收缩量的因素有水泥成分、温度、骨料材质、级配、含泥量、水灰比、水泥浆量、养护时间、环境温度和气流场、构件的尺寸效应、混凝土振捣质量、配筋率、外加剂等。由于竖向构件的约束，水平构件的混凝土收缩会产生拉应变，这种应变可以和混凝土因温度变化产生的应变等效，可用产生等量应变的温度差（当量温差）计入混凝土收缩效应的影响。 参考王梦铁的《工程结构裂缝控制》中的相关计算方法，混凝土收缩应变的形式和发展与混凝土龄期密切相关，任意时间t（天数）时混凝土已完成的收缩
路面结构参数变化对路面结构的影响 李晓忠 (青海省公路建设管理局 西宁 810008) 摘 要 分析了沥青路面结构层模量和厚度的变化对沥青路面结构层应力、应变和弯沉分布规律的影响,为合理选择路面结构参数,作好路面结构组合设计工作奠定了基础。 关键词 道路工程 沥青路面 结构参数 模量 厚度 1 导言 我国当前的沥青路面结构设计方法是建立在弹性层状体系理论上的,依据车辆荷载反复作用而发生结构层材料疲劳破坏决定使用年限的耐久性设计方法,主要包括路面结构组合设计与路面结构层厚度计算,路面结构组合设计主要是选取结构层材料及所在层位的组合形式;路面结构层厚度计算是采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论。结构层模量和厚度是沥青路面结构设计中的重要参数,二者的变化对于沥青路面的使用性能有很大的影响,是造成沥青路面损坏的内在因素。因而要对路面结构厚度和模量变化时的结构内部力学响应变化趋势进行分析。 2 结构层模量对路面结构的影响 2.1 面层模量 根据近几年来许多研究者进行的大量计算成果,分析得出,随面层模量值的增加面层层底受到的压应力减小,逐渐向拉应力转化;当面层材料的面层模量值超过1600MPa(20 )时,对减轻路表车辙的作用并不明显,反而路面耐疲劳性能大大降低;基层层底拉应力随着面层模量值的提高而逐渐降低。最大剪应力峰值随着面层模量的增加而减少(最高减幅达36.0%),而最大弯沉值随着面层模量的增加而同样呈现减少趋势,路表弯沉逐渐降低,但降低的速率较为缓慢,总体上来说面层模量对路表弯沉的影响不是很大。温度升高,沥青混凝土的抗压回弹模量减小,分析显示,当面层模量减少时,所承受的最大剪应力峰值是增加的,这说明路面结构的抗剪能力在夏天最为不利。面层材料抗压回弹模量值在20 和15 时的模量差值愈大,面层层底拉应力愈大。15 时面层材料抗压回弹模量值值愈大,上层层底拉应力愈大。 因此,在满足承载能力要求的情况下,应尽量使面层模量降低,从而延缓裂缝发展;同时应降低面层、基层的温缩系数,以减小温缩应力。以往路面疲劳寿命设计只注重行车荷载对其寿命的影响而忽略温度疲劳作用是不符合实际的,这往往会导致路面计算疲劳寿命偏高,因此有必要运用断裂力学的有关理论对路面在温度和荷载共同作用的情况下疲劳寿命进行验算。2.2 基层模量 随着交通量的快速增长需要采用强度大、稳定性好的基层。采用半刚性基层可以有效减小沥青面层底面形成拉应力的可能性,并可以大大减小路基顶面压应力的大小,保护路基的稳定,但基层强度和模量的大大增加也带来了一些问题,通过对已建成通车的高速公路的调查发现,即使路面材料完全按照沥青路面设计规范的要求进行设计,仍然会出现一些早期破坏。 用弹性层状理论体系和有限元方法分析均可得出:基层模量的增大可以减小路表弯沉,从而降低路面的总厚度,不会产生结构性车辙。但随着模量的增加,弯沉减小的速度明显减小;基层模量的增大,可以有效减小面层底面的拉应力,沥青混凝土层底弯拉应变迅速下降,基顶压应变还会变小,面层和基层内的压应力增大,但变化幅值不是很大。 采用高模量的半刚性基层材料,可以获得较低的弯沉值,从而有利于顺利通过竣工验收。这可能是当前我国半刚性基层高级沥青路面竣工时验收合格,却仍然容易出现早期损坏的原因之一。在底基层模量较低的情况下,基层模量的增大会增加基层底面的拉应力,且纵向拉应力会比水平拉应力大。 然而过大的基层模量会导致面层内过大的压应力,会使沥青混凝土产生压密变形,会导致车辙,同时会使基层底面出现拉应力。并且,基层模量的增大,面层中的剪应力也会增大,使路面产生剪切破坏的概率增大。研究表明高模量半刚性基层引起的沥青表面层最大剪应力值明显高于规范所推荐模量值的半刚性基层引起的最大剪应力值。 基层模量在1000~3000MPa范围内,对路面弯沉、基层层底弯拉应力和底基层层底弯拉应力等三个考核指标的影响不大,因此在进行半刚性材料的组成设计中,应该重视半刚性材料的变形和稳定性方面的性能,不必以高模量来指导材料的组成设计,综合考虑基层的模量应该保持在一个适中的范围,以0.8~ 1.2GPa 为宜。 另外,有计算结果表明,增加基层刚度可减小路面车辙破坏,但可能加速裂缝的产生,增加基层厚度虽可 65 青海交通科技 20092
第四节 温度应力计算 一、温度对结构的影响 1 温度影响 （1）年温差影响 指气温随季节发生周期性变化时对结构物所引起的作用。 假定温度沿结构截面高度方向以均值变化。则 12t t t -=? 12t t t -=?该温差对结构的影响表现为： 对无水平约束的结构，只引起结构纵向均匀伸缩； 对有水平约束的结构，不仅引起结构纵向均匀伸缩，还将引起结构内温度次内力； （2）局部温差影响 指日照温差或混凝土水化热等影响。 A ：混凝土水化热主要在施工过程中发生的。 混凝土水化热处理不好，易导致混凝土早期裂缝。 在大体积混凝土施工时，混凝土水化热的问题很突出，必须采取措施控制过高的温度。如埋入水管散热等。 B ：日照温差是在结构运营期间发生的。 日照温差是通过各种不同的传热方式在结构内部形成瞬时的温度场。 桥梁结构为空间结构，所以温度场是三维方向和时间的函数，即： ),,,(t z y x f T i = 该类三维温度场问题较为复杂。在桥梁分析计算中常采用简化近似方法解决。 假定桥梁沿长度方向的温度变化为一致，则简化为二维温度场，即： ),,(t z x f T i = 进一步假定截面沿横向或竖向的温度变化也为一致，则可简化为一维温度场。如只考虑竖向温度变化的一维温度场为： ),(t z f T i =
我国桥梁设计规范对结构沿梁高方向的温度场规定了有如下几种型式： 2 温度梯度f（z，t） （1）线性温度变化 梁截面变形服从平截面假定。 对静定结构，只引起结构变形，不产生温度次内力； 对超静定结构，不但引起结构变形，而且产生温度次内力； （2）非线性温度变化 梁在挠曲变形时，截面上的纵向纤维因温差的伸缩受到约束，从而产 。 生约束温度应力，称为温度自应力σ0 s 对静定结构，只产生截面的温度自应力； 对超静定结构，不但产生截面的温度自应力，而且产生温度次应力； 二、基本结构上温度自应力计算 1 计算简图 2 3 ε 和χ的计算 三、连续梁温度次内力及温度次应力计算 采用结构力学中的力法求解。
砌体结构现浇混凝土楼板温度应力分布研究 张珂峰1 曹青来2 (1.南通市广播电视大学;2.南通市建筑质量检测中心,江苏 南通226001) 摘 要:砌体结构是目前我国住宅建筑的主要结构形式之一,现浇混凝土楼板温度裂缝问题是其常见而又亟待解决的问题.国内外专家、学者对砌体结构的温度裂缝问题进行了大量的科学研究,有不同观点,但基本上局限于砌体结构温度裂缝的定性分析,对温度应力的分布还缺乏深入的研究.文章对砌体结构温度场进行了仿真分析得出了温度应力分布规律.关键词:砌体结构;现浇楼板;裂缝;温度效应中图分类号:TU398 文献标识码:A 文章编号:1008-293X(2009)07-0065-05 0 引言 目前,砖(砌体)墙和现浇钢筋混凝土楼板相结合的混合结构在我国是比较常见的一种结构形式,尤其在多层住宅中更为普遍.但使用中也存在着一些问题.其中最普遍的问题是混合结构房屋易出现裂缝,这些裂缝产生的部位除了顶层墙体和屋面板之外,楼面板也经常出现裂缝,特别是板角45度斜裂缝出现概率极高.现在,住宅现浇楼板的裂缝是一种常见的建筑质量垢病,也是住户投诉较多的热点问题.虽然许多裂缝并不影响结构的承载力,但是它直接影响用户对住房的美观和使用功能的要求,更由于开裂造成渗漏、钢筋锈蚀,降低了建筑的使用寿命.因此,防治现浇楼板开裂己成为住宅建设中一个十分重要和迫切的问题. 但是目前砌体结构还主要集中在墙体和屋面板,对楼板虽有提及,却研究甚少.裂缝产生原因研究也主要集中在施工和混凝土收缩.国内对现浇楼板温度裂缝的研究还不多,处于探讨阶段.所以本文研究砌体结构现浇混凝土楼板的温度应力的分布,为现浇楼板温度的防治提供设计依据. 1 砌体结构现浇混凝土板裂缝实验调查 目前砌体结构混凝土裂缝主要有以下几种形式:1.1 结构现浇楼板45 角裂缝 角裂缝发现大多数发生在房屋二端山墙的转角处,房屋四角及内外墙交接角部,且大多数裂缝穿透楼板,裂缝形态一般呈中段宽,两端窄裂缝呈45 走向,裂缝宽度肉眼可以明显观察到(一般肉眼可见裂缝宽度约0.03~0 05mm),且上下贯通.发生原因分析:(1)收缩特性和温差双重作用所引起的;(2)板角负弯距筋配置不当.1.2 横向裂缝和纵向裂缝 横向裂缝是指平行于楼板的短边,垂直于楼板长边的裂缝.纵向裂缝是平行于长边,垂直于短边的裂缝.由于现在房屋大部分是双向板在我们调查过程中发现在楼板中部会出现及墙边会出现横向和竖向裂缝.在调查中发现横向裂缝和纵向裂缝发生贯穿裂缝较多.发生原因分析:(1)水泥随意添加,用量过大,水灰比控制失当.混凝土养护不当,失水过多.(2)室内外温差过大.1.3 放射型裂缝 放射型缝是指多条裂缝汇交于一点的情况.从工程资料可以发现这些裂缝通常出现在天花板上的吊灯周围,是由于吊灯的安装不当造成的.发生原因分析:(1)PVC 管设置不合理,穿管过密,使用过多;(2)楼板厚度为够,保护层不符合要求.1.4 其他裂缝 除了上述三种裂缝之外,现浇板裂缝还有其他形态的裂缝.这些裂缝可看作斜裂缝、横向裂缝和纵向 第29卷第7期2009年3月 绍 兴 文 理 学 院 学 报JOURNAL OF S HAOXING UNIVERSITY Vol.29No.7Mar.2009 收稿日期:2008-10-15 作者简介:张珂峰(1979-),男,江苏南通人,讲师,研究方向:建筑物资鉴定与加固.