超长建筑结构温度应力分析

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。

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 ngX 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。

超长结构温度应⼒计算探讨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。

超长建筑结构温度应力分析摘要随着我国国民经济的持续发展，在国内已经出现越来越多的超长建筑物，但是受限于功能上的使用，大多规定排除温度伸缩缝或者只设置极少的温度伸缩缝。

由于超长建筑结构的温度影响进行不恰当的处理，结构将会产生比较大的损失，甚至可能会影响正常的使用。

我国混凝土的结构设计规范排除了温度的因素，只从构造进行了分析与处理。

所以，分析超长建筑结构的温度应力特点，显得尤为重要，不仅可以为工程设计提供依据，也可以为以后的实际工程设计提供参考价值。

如何更好的利用温度应力分析技术成了其中的重难点问题，本文详细的说明了温度应力对结构的影响和温度应力分析，希望可以抛砖引玉。

关键字超长；建筑结构；温度应力解决超长建筑结构的温度应力问题需要考虑多方面的因素，包括综合设计和施工方面的因素。

综合考虑建筑结构的各个时期温度作用的特性，完善温度作用，更加有利于提高设计的合理性与规范性。

对于超长建筑物的设计必须采用预防结构温度收缩变形的方法。

本文主要就是介绍超长建筑结构温度应力的特点，设计方面的可行性措施，希望借此对超长建筑结构的普及和推广贡献一点微不足道的力量。

1 温度应力对结构的影响1.1 温度应力首先，我们要对温度应力的概念有一定的了解，由于温度变化，结构或者构件产生伸长或缩短，在伸缩由于受到限制时，构件或者结构的内部就会产生应力，称为温度应力。

由于不同的超长建筑物有着不同的结构形式，同时不同时间段的温度作用会产生不同的温度荷载。

一般而言，由自然环境变化而产生的的温差荷载可分为3种形式:1）骤然下降导致的温度差；2）季节变化导致的温度差；3）白天照明强度的变化导致的温度差。

1.2 从设计角度提出的可行性方案从设计角度我们可以提出的可行性方案就是建立超长建筑结构温度问题有限元模型研究。

首先通过分析建筑结构各时期温度效应的特点，其次完善温度效应的影响和温差取值的计算准则，最终挑选出在工程设计中起到控制作用的温差取值，有利于设计时的采用。

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。

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。

超长结构温度应力计算模型超长结构温度应力计算模型是一种基于力学原理和热学原理的计算机模型，用于分析超长结构在温度变化过程中所产生的应力分布和变形情况。

本文将就此进行探讨。

超长结构是指具有较高的长度-宽度比的结构，如桥梁、高耸建筑物、铁路、隧道、管道等。

这些结构在运行过程中受到环境温度的影响，会产生温度变化，从而产生应力和变形。

为了确保结构的安全运行，需要进行温度应力计算，以分析结构的强度和稳定性。

超长结构温度应力计算模型主要包括以下几个方面：1. 温度分布模型：该模型用于分析结构在温度变化过程中受到的热载荷，确定结构的温度分布。

温度分布模型主要包括热传导模型、辐射传热模型和对流传热模型。

2. 结构应力模型：该模型用于分析结构在温度变化过程中受到的应力分布。

结构应力模型主要包括受力平衡方程、本构关系、应力求解方法等。

3. 结构变形模型：该模型用于分析结构在温度变化过程中产生的变形情况。

结构变形模型主要包括几何与约束方程、转移矩阵方法、位移求解方法等。

4. 仿真计算模型：该模型用于实现对超长结构温度应力的全过程数值模拟。

模拟计算模型主要包括网格划分、时间步长、求解算法等。

超长结构温度应力计算模型的研究对于结构的设计和安全运行都具有重要意义。

通过模型分析，可以确定结构在温度变化下的应力分布和变形情况，进而优化结构设计或调整结构参数，以提高结构的强度和稳定性。

除此之外，模型分析还可以为工程实际应用提供有效的指导，同时为结构的维护和检修提供参考和依据。

值得注意的是，超长结构温度应力计算模型的建立需要仔细规划和有效实施。

在模型建立过程中应充分考虑结构的实际情况和应用环境，同时注意数据质量和模型精度的保证。

另外，模型的使用过程中也需要严格控制误差，保证计算结果的可靠性和准确性。

总之，超长结构温度应力计算模型是一项基础性研究工作，对于结构的设计和实际应用都具有重要意义。

构建科学可靠的模型，需要加强理论研究，提高技术水平，同时加强工程实践，积累经验和数据，为未来的发展提供更加稳健的基础。