超长预应力及普通钢筋混凝土结构温度收缩效应非线性分析

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近年来,随着超长预应力及普通钢筋混凝土结构的普遍使用,对于建筑结构的功能要求越来越高,新的结构形式层出不穷。随着科学技术与现代经济的发展,全球气候无时无刻不在发生变化,温度收缩效应对结构产生的不利影响越来越突出。因此,大家纷纷对不同结构中所产生的温度收缩效应进行详细研究,取得了一些优秀的成果。利用弹性分析方法研究超长预应力及普通钢筋混凝土框架结构的温度收缩效应时,由于分析方法的局限性,导致最终计算出的结构温度收缩效应与实际存在较大差异。随着有限元方法的提出,许多学者开始采用非线性分析方法对超长预应力及普通钢筋混凝土结构的温度收缩效应进行研究。在混凝土自身收缩徐变影响下,钢筋混凝土结构内部的受力钢筋对结构内部的收缩应力会产生影响,且随着构件配筋率的增大,影响作用随之增大。钢筋的加入可以有效改善混凝土构件的抗裂性,其在混凝土结构中能起到控制裂缝扩展,减小裂缝宽度的作用。在过去众多学者对于混凝土收缩徐变的研究中,均未精细考虑钢筋混凝土构件内部的钢筋对混凝土的约束作用,仅仅是进行粗略估算。目前,学者们对超长普通钢筋混凝土结构的温度收缩效应研究还在继续深入阶段,而对超长预应力钢筋混凝土结构的研究较少。鉴于以上研究不足,本文通过引入三维实体退化虚拟层合单元有限元分析程序,对某工程厂房的温度收缩效应进行分析,主要研究内容包括:(1)运用有限元分析程序,不考虑结构自重,只考虑混凝土收缩当量温差对结构混凝土的影响,不考虑混凝土收缩当量温差对钢筋的影响,充分考虑混凝土收缩徐变影响下的不同混凝土收缩当量温差、不同配筋率的梁构件、板构件、肋梁楼盖进行分析,探讨钢筋对混凝土构件收缩的影响。运用结构设计软件PKPM对某超长钢筋混凝土框架结构厂房的温度收缩效应进行弹性分析,对不考虑收缩率折减系数、批量考虑收缩率折减系数以及对不同配筋率构件分别考虑收缩率折减系数三种工况进行研究,利用折减系数对混凝土收缩当量温差进行折减,将折减后的温差与环境变化温度叠加后作用于结构,最终得到结构在三种温度工况下的温度收缩效应,通过对比三者的温度收缩效应,得出相应结论。(2)利用有限元程序对某超长钢筋混凝土框架结构厂房温度收缩效应进行非线性分析,从结构柱子的侧移、裂缝开展情况、关键部位钢筋应力及裂缝宽度等方面,得出相应结论。(3)研制了超长预应力钢筋混凝土结构的温度效应有限元分析程序,并籍此对不同预应力度的厂房进行温度收缩效应分析,从结构的裂缝开展情况、柱构件的纵横向侧移曲线、关键部位的钢筋应力曲线以及板内钢筋应力曲线等方面分析结构的变化。通过以上研究内容,本文主要得出以下结论:(1)提出与构件配筋率相关的折减系数——收缩率折减系数,并提出折减系数的取值办法。通过对比弹性分析下采用三种不同折减系数的超长钢筋混凝土框架结构厂房的温度收缩效应发现,在分别考虑不同配筋率构件的收缩率折减系数情况下,结构的温度收缩效应最接近非线性分析结果。从而得出,在利用弹性分析方法计算结构的温度收缩效应时,利用收缩率折减系数可以比较精确的计算结构的温度收缩效应,折减系数的取值办法在一定条件下是适用且准确的。(2)利用有限元分析程序对超长钢筋混凝土框架结构厂房进行温度收缩效应分析,相比于弹性分析所得的结果,非线性分析可以得到结构的裂缝分布情况、结构的变形情况、截面的钢筋应力等,利用截面的钢筋应力又可以更深入的利用规范公式求得构件各个部位的裂缝宽度。由此可见,有限元分析方法比弹性分析方法更精确、更精细,更贴合于实际情况。(3)利用新研制的有限元程序对不同预应力度的厂房进行温度收缩效应分析发现,预应力度的变化,主要会对结构的应力和变形等方面产生影响。在相同整体温差作用下,低预应力度的厂房抗裂性较差,结构变形大,高预应力度的厂房抗裂性较好,结构变形较小。
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