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近年来,随着我国建筑业的飞速发展,出现了较多超长、超大的建筑物,这类建筑主要采用钢筋混凝土结构,按现行混凝土设计规范,这类建筑须设置一道或多道伸缩缝。但由于建筑在防水和构造等方面的要求,设缝势必会带来不便。通常超长结构就是长度超过规范伸缩缝间距的结构。钢筋混凝土超长结构大部分采用施加预应力、膨胀混凝土和设置膨胀加强带等措施,不设或者少设伸缩缝。温度应力是使混凝土超长结构开裂的主要原因之一,温度应力超过混凝土的极限拉应力,结构便会发生开裂,甚至影响到结构的正常使用,温度应力是这类超长结构需要考虑的重要因素。我国《混凝土结构设计规范》的内力计算中,一般不考虑温度对结构的效应,而只做构造处理。但设置伸缩缝又会带来很多问题。因此,探讨混凝土超长结构的温度应力变化分布规律,为结构设计中温度应力的分析提供合理的计算方法就显得非常重要。
本文首先总结了近年来国内外混凝土温度应力的研究现状,探讨了钢筋混凝土的温度特性,分析钢筋混凝土超长结构温度应力产生的各种原因。通过钢筋混凝土超长结构的线性分析及有限元理论分析,找出温度应力的计算方法,再应用于一个实际钢筋混凝土超长结构工程,采用ANSYS有限元分析软件对其进行有限元分析(Finite Element Analysis),得出结构的温度应力分布规律和变化规律。
本文研究课题总体上分为三个部分:一、通过对钢筋混凝土超长结构温度应力产生原因的分析,得出和升温荷载相对比,降温荷载使混凝土处于更加不利的状态,即降温情况下混凝土收缩产生附加拉应力,使结构薄弱部位产生而耐久性危害(如混凝土开裂、钢筋锈蚀、渗漏水、加速混凝土风化等)。然后结合长沙地区的实际情况,得出基于ANSYS结构分析的计算温差(降温差);二、采用线弹性理论对在降温荷载及恒活荷载工况下实际工程超长结构进行分析,探讨温度应力对结构设计的影响及作用规律,即超长结构在使用阶段承受骤变降温荷载下的温度作用的数值分析,得出在结构水平方向上,顶板拉应力较大的节点出现在梁和柱附近(框架节点处),同时结构每跨跨中的梁下部节点出现较大拉应力;三、结合这个实际的超长结构的工程实践,通过有限元计算分析以验证第二部分中的一些结论,并为实际设计和施工温度应力解决方面提出建议,同时找寻一些规律性的结论以为实际的工程设计提供参考。
本文以钢筋混凝土弹性理论为依据,经ANSYS结构分析,证明该方法可行,有工程参考价值。