超长混凝土结构温度应力和收缩裂缝分析

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发布时间：2022-07-03

资料介绍

近年来长度超过百米的混凝土结构日益增多,许多建设
国内对超长结构的温度分布和温度应力的计算理论的
单位在设计之初就提出对于超长结构不设伸缩缝的要求,建
研究从五十年代开始,历史较早,但是发展缓慢,八、九十年
议采用其他的措施来解决超长结构的设计问题。如结构按
代温度理论逐步形成,很多学者作了深人的研究,开始应用
照国家规范的要求设置一道或多道伸缩缝,将影响到建筑整
稳态温度场、非稳态温度场理论建立一维或是二维导热模
体表达和所要求的立面效果,且还会给消防设备的布置、电
型,在边界温度已知情况下,通过求解导热微分方程得到温
气管线的铺设以及采暖通风设备的安装带来不便。同时,在
度分布情况，然后根据约束情况求解温度内力。并提出各种
某些结构的设计中,即使设置了伸缩缝,但因无法设置足够
实用的计算温度场、温度应力的方法。
多的伸縮縫,也导致伸縮缝间的混凝土结构仍然较长。
随着计算机技术的迅猛发展，有限元计算软件也得到了
1 超长结构温度场
很好发展,这为研究温度应力提供了较为准确而又实用的工
超长结构温度场研究经历了以年温度变化产生的均匀
具。国外已开发了多种通用有限元计算软件,如 ANSYS,
温度场分布为依据进行设计分析,到考虑混凝土结构的温度
ABAQUS,SAP等。应用这些软件可以对具有各种边界条件
梯度问题再到混凝土结构的不均匀温度分布的过程。
的复杂混凝土结构作有限元分析。由于对结构只作了比较
温度应力是超长结构设计需要考虑的重要因素,而建筑
少的简化,且整体建模可以考虑结构的空间效应,因此所得
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
结果可较接近于真实解。
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
3 超长结构裂缝控制研究
基础上对整个结构温度场的计算分析是必要的。
目前国内外有关规范对于超长建筑结构变形作用的处
在大体积超长混凝土结构中,温度场的发展过程可以分
理可概括为：
为三个阶段:0早期温度场,自浇筑混凝土开始,至水泥放热
第一类,主要有日本、英国、美国、法国等国家,一般不设
作用基本结束时止，一般约一个月左右。此阶段特点：因水
伸缩缝,而在计算中考虑温度应力。
泥水化热作用而放出大量水化热,引起温度场的急剧变化。
第二类,主要有我国前苏联、东欧一些国家,设计规范
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
对于伸缩缝的间距有明确的规定,采取留伸缩缝来解决温度
最终稳定温度时止。这时的温度场是由于混凝土冷却及外
作用的原则。
界温度变化所引起的。③晚期温度场,混凝土完全冷却以后
参考国内外近几年来一些有关温度作用的工程设计和
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
科研成果,可将广大科研、设计人员在设计实践中对于超长
的,故又称为运行期温度场。
结构温度作用的处理方法概括为“抗”、“放”、调"三种方式。
对于温度场计算的时间段，一般认为结构在运行期间的
“抗”是通过提高混凝土的强度、提高钢筋混凝土的配筋
温度荷载有以下3类：一类，季节温差指结构闭合阶段的施
率达到提高结构混凝土的极限抗压应变；采用补偿收
工期溫度与使用阶段温度之差,也称结构中面温差,由极缓
缩混凝土，以预压应力抵消结构混凝土工作时的受拉变形，
慢的气温变化所致。二类,骤降温差主要是强冷空气的侵袭
加强结构受温度作用影响较大的部位。
作用和日落后夜间形成的内高外低温差。三类,日照温差指
“放”是按规范的要求,通过设置永久性伸缩缝减小结构混
同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温差。
凝土温度应力的影响范围,使结构在较小的范围内任其变形。
2 超长结构温度应力
“调”是“抗”、“放”两种方法的综合应用。通过混凝土配
超长结构温度应力的早期研究,研究主要集中在对热传
合比设计、材料选用、外加剂掺人、合理留置施工缝、施工期
导方程的求解上,通过建立热传导方程,根据初始条件及边
间临时的温度缝(通常称为后浇带）施工工艺控制、合理养
界条件,对方程及定解条件的不同程度的简化,求得了具有
护从而达到减小失水干缩和降温冷缩变形；在温度应力较大
一定精度的温度场函数。随着有限元的迅速发展使得有限
部位合理配置预应力钢筋同时加强薄弱部位。此外还可以
单元法能在温度场求解中得到了应用。有限差分法(FDM)、
通过支撑及边界处理,减小结构构件的约束变形。
有限体积法(FVM)和有限单元法(FEM)在温度场的求解中
以上这三种方法多是在概念上控制超长结构的设计,但
得到了广泛的应用。
是具体到每个实际工程,结构布置的特点、施工时的情况和