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隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)和公共建筑的規(guī)模越來越大。由于建筑功能、使用工藝和建筑外觀等方面的需求，建筑不設(shè)縫長度可能會超過規(guī)范中的限值，在這些超長結(jié)構(gòu)中，溫度效應(yīng)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響不容忽視。
本研究用通用有限元分析軟件ABAQUS，計算分析一典型超長混凝土框架結(jié)構(gòu)在最不利溫度作用下的溫度效應(yīng)，研究板中應(yīng)力和柱底彎矩的分布規(guī)律。對于超長混凝土結(jié)構(gòu)，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2010) (以下簡稱《規(guī)范》)建議“采用專門的預(yù)加應(yīng)力或增配構(gòu)造鋼筋的措施”，本研究通過參數(shù)分析，研究板中普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋對溫度效應(yīng)的控制作用。
框架結(jié)構(gòu)在溫度作用下，會產(chǎn)生水平側(cè)移，框架柱會對結(jié)構(gòu)的水平位移產(chǎn)生約束作用。框架柱的約束作用可以用側(cè)移剛度來表示。
分析可以得出，框架柱的約束作用隨高度增加衰減很快，而結(jié)構(gòu)在溫度作用下，約束越強，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力越大，故框架結(jié)構(gòu)在整體溫差作用下一層的溫度應(yīng)力最大，在以下分析中，計算模型的框架結(jié)構(gòu)層數(shù)選定為一層。
計算模型的平面布置如圖所示。結(jié)構(gòu)平面尺寸90 m x 30 m，單向超長。柱網(wǎng)尺寸6 m x6m，柱的截面尺寸為500 mm x 500 mm，梁截面尺寸300 mm x 500 mm，板厚150 mm，層高6 m。混凝土強度等級C40，鋼筋強度等級HRB400。
通過大型通用有限元軟件ABAQUS建立該結(jié)構(gòu)的模型，如圖所示。梁、柱采用梁單元B32，板采用殼單元S4R，以達(dá)到既提高計算效率，又保證計算精度的目的。梁和柱中的配筋等效為箱型型鋼，忽略了箍筋的影響。板中鋼筋根據(jù)板的配筋率，通過Rebar Layer定義鋼筋層。整個模型共劃分單元23127個，節(jié)點20878個。
混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系采用損傷塑性模型，鋼筋材料的本構(gòu)關(guān)系采用線性強化彈塑性模型，其計算公式參考《規(guī)范》中推薦的計算方法。
以蘇州為例，根據(jù)蘇州氣象站資料統(tǒng)計，蘇州最高月平均氣溫為30.3℃，極端高溫為39.2℃，最低月平均氣溫為0.3℃，極端最低氣溫為-9.8℃，多年的平均相對濕度為80%。考慮熱傳導(dǎo)作用，在大氣環(huán)境溫度的變化下，結(jié)構(gòu)表面溫度隨之變化，但結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部溫度傳導(dǎo)較慢，變化滯后于環(huán)境溫度的變化，故分析溫度效應(yīng)時，選擇月氣溫平均值來計算溫度荷載，即△T=0.3-30.3=-30℃。
根據(jù)得出的等效溫差，對結(jié)構(gòu)整體降溫45℃，得到結(jié)構(gòu)板上、下表面縱向的應(yīng)力分布，分別如圖所示。
分析板中應(yīng)力分布云圖可以得出以下規(guī)律：
1)由板中心到四周，板中應(yīng)力呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。結(jié)構(gòu)中心位置附近板中拉應(yīng)力最大，這主要是由于板中部受到的約束較大，從而會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。
2)梁柱節(jié)點處應(yīng)力較大，邊跨附近節(jié)點應(yīng)力達(dá)到極值。邊柱板底處拉應(yīng)力出現(xiàn)最大值，這是由于梁柱節(jié)點附近發(fā)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象。
3)板上、下表面應(yīng)力是由結(jié)構(gòu)中心向四周震蕩變化的。在梁柱節(jié)點處，上、下表面應(yīng)力接近相反。
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