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        混凝土收縮徐變對超長結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的影響分析

        2022-08-11 03:03:36黃長鑫
        工程建設(shè)與設(shè)計 2022年14期
        關(guān)鍵詞:徐變算例齡期

        黃長鑫

        (青島隆岳置業(yè)有限公司,山東 青島 266000)

        1 引言

        結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力分析問題較為復(fù)雜,當(dāng)前的設(shè)計規(guī)范中針對此問題給出的多為構(gòu)造措施,并不能很好地解決實際工程中大體量、超長結(jié)構(gòu)遇到的問題。根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1],當(dāng)發(fā)生可能危及結(jié)構(gòu)安全或正常使用的溫度作用效應(yīng)時,宜進(jìn)行間接作用分析,但規(guī)范對于具體如何分析未給出說明。

        為此,本文結(jié)合某工程算例,探究了混凝土收縮徐變對溫度應(yīng)力的影響并給出了合理建議,以期為實際工程中超長、大體量工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供借鑒。

        2 分析案例概況

        本文對某實際工程進(jìn)行了簡化處理,建立了一個主樓帶裙房的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)作為分析對象。其中,主樓15 層,裙房5 層,無地下室,有空調(diào)采暖,各層層高均為4 m。柱網(wǎng)尺寸8 m×8 m,主梁截面為400 mm×700 mm;柱截面為800 mm×800 mm、1 000 mm×1 000 mm、1 200 mm×1 200 mm、板厚200 mm,剪力墻厚度300 mm;梁、板、墻、柱混凝土強(qiáng)度均為C30。

        算例的整體模型如圖1 所示。計算軟件采用MIDAS GEN V800。

        圖1 計算模型簡圖

        3 混凝土的收縮

        根據(jù)目前研究的結(jié)果,混凝土的收縮應(yīng)變與以下影響因素有關(guān):混凝土齡期、混凝土強(qiáng)度等級、尺寸效應(yīng)、所處環(huán)境的相對濕度、所用水泥品質(zhì)、用量等[2]。由CEB-FIP MC90 提出的混凝土齡期t時刻的收縮應(yīng)變εcs(t)的計算公式,得到混凝土的收縮應(yīng)變齡期曲線,如圖2 所示。

        圖2 混凝土收縮應(yīng)變齡期曲線

        從圖2 曲線可知:(1)混凝土早期收縮應(yīng)變速率快,設(shè)置后澆帶十分重要;(2)收縮效應(yīng)不可忽視,應(yīng)盡量使混凝土低溫入模合攏、并保持溫度和適當(dāng)?shù)臐穸?,從而減小負(fù)溫差效應(yīng);(3)收縮效應(yīng)前期(0~3 a)增長快,3 年以后逐漸趨于穩(wěn)定,在結(jié)構(gòu)設(shè)計齡期內(nèi)持續(xù)變形。

        4 混凝土的徐變

        混凝土的徐變與應(yīng)力及時間相關(guān),其變形的與作用的應(yīng)力同向。根據(jù)CEB-FIP MC90 給出混凝土作用持續(xù)時間t時刻的徐變的計算公式,計算得到算例中混凝土構(gòu)件徐變系數(shù)的時間曲線,如圖3 所示。

        圖3 混凝土徐變系數(shù)時間曲線

        從圖3 曲線中可知:(1)徐變效應(yīng)前期(0~3 a)增長速率快;(2)徐變效應(yīng)3 年以后趨于穩(wěn)定,在結(jié)構(gòu)設(shè)計齡期內(nèi)持續(xù)變形;(3)設(shè)計模擬時,由于前期徐變速率快,施工階段模擬時時間步長選擇3~7 d 為宜;進(jìn)入使用階段后,徐變的變化速率降低,其迭代步長選擇30~90 d 為宜。

        5 計算分析結(jié)果

        為研究混凝土收縮徐變和施工過程模擬對結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的影響,本文利用MIDAS GEN V800 軟件對算例建立了兩個有限元分析模型。模型①不考慮混凝土收縮徐變,考慮施工過程逐層施加溫差,模型②考慮混凝土收縮徐變,考慮施工過程逐層施加溫差。各模型在溫度作用下的變形及內(nèi)力如圖4~圖6 所示,各模型主要計算結(jié)果見表1。

        表1 模型主要計算結(jié)果

        圖4 溫度作用下變形圖

        圖5 溫度作用下構(gòu)件彎矩圖

        圖6 溫度作用下邊框架柱彎矩圖(單位:kN·m)

        模型①、②結(jié)果對比可知:(1)考慮混凝土收縮徐變效應(yīng)后,結(jié)構(gòu)整體變形趨勢未發(fā)生較大變化,最大位移仍發(fā)生在裙房框架柱跨中,但結(jié)構(gòu)最大位移增大;(2)同時結(jié)構(gòu)柱底反力減小;從邊框架柱的彎矩圖可看出,考慮混凝土收縮徐變后,邊框架柱底彎矩減小,柱頂彎矩增大,彎矩值整體上有所降低。

        6 結(jié)語

        本文結(jié)合某工程算例,較為詳細(xì)地對影響結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的關(guān)鍵因素進(jìn)行了探討,得到以下結(jié)論:

        1)混凝土施工階段收縮應(yīng)變變化速率快,對于大體量及超長結(jié)構(gòu)來說,需采取設(shè)置溫度后澆帶,混凝土低溫入模,減小澆筑過程中混凝土溫度和濕度的變化等構(gòu)造措施來減小混凝土的收縮應(yīng)力。

        2)混凝土施工階段的徐變變化速率快,進(jìn)入使用階段后徐變變化趨于穩(wěn)定;設(shè)計模擬時,由于前期徐變速率快,施工階段模擬時時間步長選擇3~7 d 為宜,進(jìn)入使用階段后,徐變的變化速率降低,其迭代步長選擇30~90 d 為宜。

        3)混凝土的收縮和徐變效應(yīng)可以起到降低溫度應(yīng)力峰值的作用,使應(yīng)力分布更為均勻。因此,在溫度應(yīng)力的計算過程中,尤其對于大體積及超長混凝土結(jié)構(gòu)而言,考慮混凝土的收縮和徐變性能,對優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置、節(jié)約鋼筋含量起到一定作用。

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