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关于大面积超长混凝土结构的温度应力分析与设计

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关于大面积超长混凝土结构的温度应力分析与设计

[摘 要]伴随现代建筑业持续稳健的发展，工程建设复杂程度不断提高，大面积超长混凝土（砼）结构类工程项目逐渐增多，对结构的不设缝实际长度提出更高要求。结构越长，则降温所致收缩变形就会相对越大，因约束而产生更大拉应力，以至于结构裂缝实际宽度不断增加，那么，为更好地解决这一问题，本文结合具体的工程案例，探讨超长大面积砼结构温度应力的设计分析，仅供参考。

[关键词]混凝土（砼）；大面积；超长；结构；温度应力；设计；

前言：

伴随着现代建筑工程领域当中，大面积超长混凝土（砼）结构类型不断出现，为更好地把握其温度应力，积极落实相应的设计工作，对大面积超长混凝土（砼）结构温度应力的设计开展实例分析较为必要。

1、简述温度应力基本特点

砼浇筑完毕，往往会产生水泥水化的释放问题，以至于结构中心温度会比表面温度高。对此，大面积且超长砼结构中心部位会有热膨胀产生，且该热膨胀会多于表面部位所产生热膨胀。因存在着温差，以至于砼结构中心会有压应力产生，而表面位置会有拉应力产生。温度应力引发结构形变通常可予以修复，呈现反复性，区别于其余应力。

2、实例分析

2.1 工况

某地交通枢纽工程项目的总建筑面积约201262㎡，其所包含交通的综合体部分地上面积约70121㎡，建筑主楼框架为核心筒式结构，而综合体呈砼框架结构，包含22层地上和2层地下，总建筑高度约94.25m。其中，地上1层及地下1层均属于大面积的超长砼结构，其柱网尺寸是8.4m*8.4m，平面尺寸则是378.0m*214.2m*。此工程项目地上1层及地下1层当中结构板均呈较大面积，且要求不可设缝，为避免温度降低及砼收缩所致大面积砼开裂，通过加大配筋率、锚固构造、后浇带等合理设置各项措施，对温度应力、砼收缩应力起到一定抵抗作用。现结合此工程项目，对超长大面积砼结构温度应力开展分析设计相关研究。

2.2 在温度应力的计算分析层面

温度应力的计算分析，通常选取温度荷载，结合此交通枢纽工程项目当地气象统计相关资料记录显示，该地区最冷及最热月份分别在1月及7月，其月度平均气温分别是9℃~16℃、28℃~29℃，其月度平均温差达16℃。充分考虑到徐变应力相关因素，选定温度的折减系数0.3，所输入系统实际降温为4.8℃。为更为充分地开展超长大面积砼结构温度应力相关分析工作，选定整体模型当中简化模型。伸缩沟往往借助竖板塑性变形（即竖板顶部位置塑性铰形成），来将顶板部位温度变形释放出来。经分析可了解到，通过对伸缩沟的竖板厚度实施调整，能够将塑性铰实际发展程度反映出来[1]。选定5倍的弹性转角为其塑性铰，并调整好其竖板厚度h，对竖板厚度h为300mm、250mm、200mm、150mm、100mm、50mm、0mm等条件下，板的温度应力实施计算分析。那么，经分析后便可了解到，伴随竖板厚度持续增加，凹槽部位竖板B及B1、底板C呈较小的应力变化；而针对板A及A1，竖板若达到100mm厚度，则呈最小应力。而后，其应力呈增大趋势；板D及D1应力，则伴随着竖板实际厚度增大而呈减小趋势；板E及E1应力，其伴随着竖板实际厚度增大而呈增加趋势。竖板厚度为200mm情况下，顶板实际承受温度应力的最大值为2.5Mpa。砼抗拉强度的设计值（C35）若是1.57MPa，则该项目工程当中，加入聚丙烯的纤维后，砼抗拉强度提升1.0MPa。故竖板为200mm厚度条件下，顶板部位温度应力能够充分满足于实际的抗裂要求。充分考虑到温度应力针对于整体结构所产生影响，将整体的计算模型构建起来，以模型为基础，对设伸缩凹槽及不设该伸缩凹槽情况下，实施计算及对比分析，经对比分析后发现，计算模型当中不设伸缩凹槽条件下，顶板部位温度应力＞0.5MPa，竖板边呈最大应力，即完5.16Mpa。若设该伸缩凹槽，模型计算其应力的等值线最终结果，则显示设该伸缩凹槽之后，顶板部位温度应力逐渐下降到＜2.5MPa，但和侧墙相接位置凹槽端部呈最大的温度应力，其最大值为9.79Mpa。因侧墙呈较大的抗侧刚度，对于位移所产生约束作用较大，凹槽和侧墙连接位置温度应力难以得到释放，应力集中情况便会产生[2]。为确保侧墙对于温度应力所产生影响得以控制，凹槽墙需沿凹槽予以分缝。对侧墙沿着凹槽实施分缝后，凹槽部位温度应力则得以下降，存在着高差竖板部位的应力达1.43Mpa，则顶板部位应力呈均匀分布，达到1.78Mpa。对凹槽竖板厚度予以合理调整，实施板温度应力的计算分析可了解到，竖板厚度≤200mm情况下，顶板部位温度应力＜2.5MPa，可充分满足于抗裂要求。

2.3 在设计策略层面

一是，应注重结构对称均匀性的布置，防止构件相互间呈过大协调变形内力。结构总体抗侧力的刚度及其剪力墙数量应减小，防止剪力墙的侧移刚度相对较大构件设于结构端部，且需考虑到剪力墙设置各项限制因素，如建筑物平面、结构抗震、正常使用等层面对于结构变形所提出要求，尽可能地全面考虑这些限制因素，兼顾着各项要求，实现结构对称均匀性的布置；二是，合理确定好建筑结构整体实际承受温差作用，温度对于整体结构可能会造成各种影响需尽量减小；选定结构计算有效性系统程序或方法，如构建基础模型，选定有限元的计算程序，开展大面积超长砼结构温度应力各项分析及设计工作，实现建筑结构更为科学合理地设计，为结构整体提供安全可靠的基础保障；三是，为防止受温度收缩所影响，可通过后浇带合理设置、选定最适宜膨涨剂等各种措施，削减收缩对整体结构所产生影响。因设后浇带之后，后浇带的封堵时间对结构初始的温度起着决定作用，故需综合考虑到结构温度的升降情况，后浇带封堵时间应尽量选于最适宜温度的春秋季节。后浇带实际留置时间需尽量延长，避免砼残余收缩所致温度应力变化，而影响着整体结构稳定性；四是，注重与此工程项目当中各专业配合，积极落实建筑结构整体保温隔热相关设计措施，减小结构受外部气温变化及太阳辐射层面影响。如注重外墙的干挂石材及幕墙的合理布设，促使温度变化针对整体结构所产生影响得到削弱；此外，对建筑结构顶层边柱部位，可设滑动支座，促使温度应力得到充分释放，达到大面积超长砼结构良好的优化设计目的。

3、结语 综上所述，经此次对大面积超长混凝土（砼）结构温度应力的设计所开展实例分析可了解到，竖板为200mm厚度条件下，顶板部位温度应力能够充分满足于实际的抗裂要求。侧墙呈较大的抗侧刚度情况下，对于位移所产生约束作用较大，则凹槽和侧墙连接位置温度应力将很难得到充分地释放，以至于应力集中情况产生。若竖板厚度≤200mm，则顶板部位温度应力＜2.5MPa，可充分满足于抗裂要求。设计过程当中，应当结合前期对大面积超长砼结构所作出温度应力的分析结果，注重结构对称均匀性的布置，防止构件相互间呈过大协调变形内力。还需合理确定好建筑结构整体实际承受温差作用，确保温度应力对于整体结构可能会造成各种影响需尽量减小；注重结构计算有效性系统程序或方法的科学选用，便于更好地开展结构优化设计工作。为防止受温度收缩所影响，可通过后浇带合理设置、选定最适宜膨涨剂、保温隔热材料的合理选用、滑动支座合理设置等各种措施，为整体结构提供稳定性保障。

参考文献：

[1] 包碧玉. 超长混凝土结构考虑温度,收缩,徐变因素的应力分析及设计[J]. 结构工程师, 2021, 37(013):100-101.

[2] 王儒军. 超长混凝土结构在温度应力作用下的裂缝控制[J]. 河南建材,

2020,19(014):256-257.

[3] 郭天祥. 超长钢筋混凝土框架结构温度应力影响分析[J]. 福建建筑,

2020,44(011):529-530.

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超长结构的温度应力分析

超长结构的温度应力分析

超长结构的温度应力分析

摘要：超长结构是指长度超过100米的建筑物或工程结构，如桥梁、高层建筑、风电塔等。在超长结构的设计、施工和运营中，温度应力是必须考虑的重要因素，温度应力是由于结构受到温度变化而引起的内部应力，可能导致结构变形、开裂和破坏等问题。因此，超长结构的温度应力分析是建筑物和工程结构安全性能评估的重要内容之一，设计师需要综合考虑结构物的材料、设计、施工和维护等多个方面的因素，才能够得出合理可靠的结论。在超长结构的设计和施工过程中，需要重视温度应力的影响，以此来进一步提高工程质量和建筑安全性。

关键词：超长结构；温度应力；实例探究

引言：材料的热膨胀系数会随着温度的变化而改变，当材料受到温度变化时，热膨胀导致材料发生热应力，可能对材料和结构造成破坏。对于超长结构，如大型风力发电机转子、船舶主机轴等，受到温度变化的影响更明显，因为它们的长度更长，在温度变化时产生的热应力更大。温度应力分析能够帮助工程师确定超长结构的工作温度和材料的热膨胀系数，以便设计出更加可靠和安全的结构。另外，温度应力分析还可以帮助评估结构材料的寿命和可靠性，保证结构的安全和可持续使用。因此，对超长结构的温度应力分析具有重要的意义。

一、超长结构的温度应力分析方法

（一）理论分析法

理论分析法是一种常用的温度应力分析方法，它利用经典力学原理和材料力学理论来建立超长结构的温度应力解析模型，并通过数学方法对结构的应力分布进行求解。与其他方法相比，该方法具有计算速度快、精度较高等优点。但是，该方法对结构形状和材料参数等方面的要求较高。 在进行温度应力分析时，需要考虑结构的几何形状、材料参数、外界温度场以及结构内部的温度场等因素。其中，外界温度场是温度应力分析的关键因素之一。外界温度场的变化会直接影响结构的温度分布和应力分布，因此需要对其进行准确的测量和分析。 超长结构的温度应力分析通常通过等值应力图来展示结构的温度应力分布情况。等值应力图可以直观地反映结构的温度应力分布情况，为优化结构设计和加强结构的安全性提供了理论依据和指导。在实际应用中，可以根据等值应力图对结构进行结构优化和安全评估，从而保证结构的稳定性和安全性[1]。

超长地下室温度应力分析

超长地下室温度应力分析

超长地下室温度应力分析

摘要: 针对混凝土超大面积地下室顶板的温度应力进行了研究,考虑了混凝土弹性模量和收缩徐变随时间的变化以及结构的不同约束条件等因素,应用有限元法对温度应力、应变进行分析,讨论了混凝土不同龄期和约束作用对温度应力的影响程度,为超长地下室顶板温度应力、应变控制设计提供参考.

关键词: 土木建筑工程；混泥土；温度应力；分析

abstract: according to the concrete roof of large area

basement temperature stress was studied, considering the

changes of concrete elastic modulus and shrinkage xu biansui

time and the structure of the different constraint conditions

and other factors, analysis of temperature stress, strain and

application of finite element method, discussed the influence

of different age and confined concrete should be force on the

temperature, stress, strain and temperature control design

to provide the reference for the roof of super-long basement.

key words: civil engineering; concrete; temperature stress;

analysis

中图分类号：[tu761.6]文献标识码：a 文章编号：

超长混凝土结构温度场温度应力进展论文

超长混凝土结构温度场温度应力进展论文

超长混凝土结构温度场与温度应力研究进展探讨

摘要：由于混凝土结构的热传导性能差，其内外表面不断以辐射、对流和传导等方式与周围空气介质进行的热交换等作用，将使表面温度迅速上升（降低），但结构的内部温度仍处于原来状态，在混凝土结构中形成较大的温度梯度，混凝土结构的各部分处于不同温度状态。由此产生的温度变形，当被结构的内外约束阻碍时，会产生相当大的温差应力。

关键词：超长混凝土结构；温度应力；温度场；温差荷载；混凝土开裂；耐久性；配筋量

1引言

目前，在一般的超长建筑结构设计的过程中，往往忽略由太阳日辐射产生的温度荷载。这对于混凝土表层有贴面，并不直接暴露于太阳直射下的结构来说是可以接受的，但对于混凝土外没有保护贴面的，特别是些体积比较庞大的超长结构来说，是远远不够的。许多工程结构在施工与使用中发生严重的裂损现象表明，还存在引起结构物裂损的温差荷载。

2超长混凝土结构温度场研究进展

温度应力是超长框架结构设计需要考虑的重要因素，而建筑物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础，是决定温度应力结果合理与否的关键，因此在建筑材料导热的基础上对整个结构温度场的计算分析是必要的。

在大体积超长混凝土结构中，温度场的发展过程可以分为三个

阶段：①早期温度场，自浇筑混凝土开始，至水泥放热作用基本结束时止，一般约一个月左右。此阶段特点：因水泥水化热作用而放出大量水化热，引起温度场的急剧变化；②中期温度场，自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时止。这时的温度场是由于混凝土冷却及外界温度变化所引起的；③晚期温度场，混凝土完全冷却以后的运行期，温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起的，故又称为运行期温度场。

一般认为，结构在运行期间的温度荷载有以下3类：①季节温差指结构闭合阶段的施工期温度与使用阶段温度之差，也称结构中面温差，由极缓慢的气温变化所致；②骤降温差主要是强冷空气的侵袭作用和日落后夜间形成的内高外低温差；③日照温差指同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温差。

浅析超长混凝土结构温度应力计算及控制

浅析超长混凝土结构温度应力计算及控制

母口四口　建筑结构　

部热能、边界条件、初始条件计算弹性体内各点在各瞬时的温度，即温度场；　

２、由已知的温度场按照热弹性力学的理论，根据各物质的温度变化求解其温　

度应力。对于大部分工程，基本的构件主要有梁、柱、楼板、支撑、剪力墙，而　

梁、柱、支撑可以归纳为一维杆件，楼板及剪力墙可归纳为二维壳元。该工程　

计算时楼板采用ＰＭＳＡＰ程序，计算时采用二维壳元；梁柱分析采用ＳＡＴＷＥ程　序，计算时采用一维杆件单元模拟。计算时采用等效荷载的方法，即构件的温　

度变化对结构的变形、内力的影响等效为某种荷载的影响。　

１）一维杆件的温度作用计算原理【　：　对于一维杆件单元，令Ｔ＝ｇ（ｘ），即这种温度分步将使杆件只发生伸缩，而　

不发生弯曲。假定温度沿杆轴线变化：　

Ｔ＝Ｔ　（１－∈）＋．ｒＪ∈，　其中∈＝ｘ／ｌ；　

由等效荷载假定可以得到：　

Ⅳ，　觚　

：ＥＡ　，＿　

２）二维壳兀的温度作用计算腺理　：　对于二维壳元，令Ｔ＝ｆ（ｘ，ｙ），即这种温度分布将使自由壳元只发生伸缩，　

而不发生弯曲。设三角壳的温度分布为：　

Ｔ＝厶　＋三２　＋　

其中：，Ｊ尾面积坐标，Ｌｉ：（ａ　＋ｂｌｘ＋ｃｙ）／（２Ａ）　

故等效荷载（体力部分）可表示为：　

：ｆ￣ＬｉｄＡ＝　１，　Ａｆ　

ｊ　Ｊ　

Ｊ　专　Ａｔ　

等效荷载（面力部分）呵表示为：　

凼＝　（　

＝等（　

等效体力和等效面力之和即为三角壳的温度等效荷载。　

６计算结果分析　

如Ｅ所述，墙及楼板采用ＰＭＳＡＰ￣维壳元计算．梁柱采用ｓＡＴｗＥ一维杆　件单元计算。（局部梁）ＳＡＴＷＥ计算结果如图５、图６所示，ＰＭＳＡＰ计算结果如　

图７、图８所示，限于篇幅的原因，墙及柱的计算结果不在本文中列出。　

Ｌ＿ｒ　。０　Ｌ　

：　。　

ｈ　，ｕ　—　１　】　

：　女　——　ｄ　Ｅ圳　”　∞　

图５梁在升温荷载作用下弯矩图　图６粱在降温荷载作用下弯矩图　

图７板在升温荷载作用下应力图　图８板在降温荷栽作用下应力图　

‘９６。　根据计算结果及以上图形结果可以得出：