PMSAP温度应力分析

1、结 构 温 度 效 应黄吉锋 编写中国建筑科学研究院软件所基准温度度场T0(x,y,z)基准温度度场的定定义：在不考虑虑任何荷荷载的情情况下，结构在在某温度度场T0(x,y,z)作用下处处于自平平衡状态态，如果果结构的的当前构构型与其其初始设设计构型型完全相相同(点点重合合)，则称T0(x,y,z)为该结构构的基准准温度场场。结构在基基准温度度场作用用下：1）相对于于初始构构型没有有任何变变形；2）所有构构件均不不产生内内力或应应力。基准温度度场在理理论上是是存在且且唯一的的基准温度度场T0(x,y,z)对于混凝凝土结构构，其基基准温度度场T0(x,y,z)可以近似取为混凝凝土的终凝温度度场。

2、对于钢结结构，如如果在建建造期间间不产生生装配应应力，或或者即便便有装配配应力但但在本次次分析中中不考虑虑，则结结构建造造期的温温度场即即可取为为基准温温度场。基准温度度场T0(x,y,z)如果钢结结构中存存在显著著的装配配误差、装配应应力，并并需要用用等效温温差场进进行模拟拟，则在在确定基基准温度度场时，应计入入装配误误差的影影响。比如一根根初始设设计长度度为L的钢杆件件，因为为制造误误差，实实际长度度为L+L，换算成成等效基基准温度度的增量量为：或者说，为考虑虑此装配配应力，基准温温度还应应叠加上上该温度度增量基准温度度场T0(x,y,z)对于钢-砼混合合结构，钢结构构部分和和混凝土土结构

3、部部分的基基准温度度场分别别按照钢钢结构和和混凝土土结构确确定。温差场外部外部外部内部内部温差场外围梁、柱、墙墙温差温差场顶层屋面面梁、板板温差温差场结构内部部构件温温差砼收缩的的当量温温差场砼在龄期期t的收缩应应变砼收缩的的当量温温差场 温度应力力调整及及组合因温度应应力分析析采用的的是瞬态态弹性方方法1）为考虑虑砼的徐徐变应力力松弛砼构件的的温度内内力可以以 乘以以折减系系数0.3钢构件不不折减温度应力力调整及及组合2）为考虑虑砼构件件裂缝引引起的刚刚度退化化砼构件的的刚度可可以乘以以折减系系数0.85钢构件不不折减温度应力力调整及及组合温度效应应的组合合贡献正常组合合的附加加项：温度梯度

4、度所谓温度度梯度，指的是是温度场场在构件件截面方方向的变变化率。它在数数值上等等于构件件内外（对柱）或者上上下（对对梁、板板）表面面的温差差与截面面高度（或厚度度）的比比值。温度梯度度产生局局部的附附加弯矩矩，结构构的顶层层及外周周构件往往往存在在明显的的温度梯梯度。温差对结结构的竖竖向错动动效应内外构件件的温差差不一致致，造成成结构的的竖向错错动变形形一般顶部部的若干干层连接接内筒与与边柱的的框架梁梁，会产产生较大大的错动动弯矩和和剪力底部若干干层竖向向构件（柱和墙墙）的轴轴力会出出现明显显的重分分配（有有的构件件轴压比比增大，有的构构件轴压压比减小小）温差对结结构的竖竖向错动动效应错动弯矩

5、矩明显轴力重分分配明显显温差对结结构的竖竖向错动动效应针对温差差引起的的竖向错错动效应应，在设计上上对于顶部部几个楼楼层的框框架梁，配筋应应该适当当加强；对底部几几个楼层层的柱和和墙，轴轴压比应应适当从从严控制制，以避避免温度度效应引引起的轴轴压比超超限。可以通过过对“外外表构件件”做好好“隔热热”措施施，以减减小结构构的外表表构件温温度与结结构内部部构件温温度的差差值。温差对结结构的水水平伸缩缩效应由于水平平构件（梁、板板）的伸伸缩受到到竖向构构件（柱柱或墙）的约束束，引发发结构的的水平伸伸缩效应应。哪里约束束强，哪哪里温度度应力大大，这是是特点，比如：结构下部部楼层的的梁、板板存在较较大的

6、轴轴拉或者者轴压力力，设计计时宜考考虑偏拉拉。距离较近近的两个个剪力墙墙筒体之之间的连连接构件件，温度度应力显显著。对均匀的的结构平平面，平平面中部部构件的的温度应应力显著著引发筒体体和框架架柱明显显的弯矩矩和剪力力温差对结结构的水水平伸缩缩效应强筒体之之间的水水平构件件，温度度应力显显著温差对结结构的水水平伸缩缩效应均匀结构构平面的的中部，温度应应力显著著温差对结结构的水水平伸缩缩效应减小水平平伸缩效效应的措措施1）砼低温温入模，低温养养护，尽尽量降低低砼的终终凝温度度2）设置后后浇带(40m左右)，避开砼砼收缩应应变的高高峰发展展期，从从而有效效释放大大部分的的收缩应应力（最最好60d后浇

7、筑后后浇带，不少于于30d）3）通过高高湿度养养护、减减小水灰灰比和水水泥用量量、改善善水泥和和砂石骨骨料的质质量、适适当提高高配筋率率，均可可减小砼砼的收缩缩应变4）改善使使用环境境PMSAP温度度应力分分析温度应力力分析是是PMSAP程序的一一个特色色PMSAP具有较为为完善的的温度应应力分析析功能，对多高高层建筑筑中的梁、柱、支撑、剪力墙墙和楼板板，均可计算算其温度度内力及及变形，并且可可以把温度内内力考虑虑到构件件配筋设设计中。PMSAP温度度应力分分析温度效应应对结构构的影响响在实际际工程中中经常会会遇到，可以按按照前面面讲过的的方法在在结构设设计中定定量考虑虑；但由于准准确确定定温

8、差场场的困难难性，以以及混凝凝土实际际存在的的收缩徐徐变、微微裂缝发发展等复复杂情况况，很多多时候通通过在构构造上采采取措施施，来避避免温度度应力的的不利影影响。但即便是是构造上上的定性性的考虑虑，也需需要设计计者对结结构在温温度作用用下产生生的变形形和内力力有一个个整体的的、趋势势上的把把握，以以明确结结构上温温度应力力集中的的部位，从而有有的放矢矢的采取取措施。PMSAP温度度应力分分析温度应力力的计算算一般包包括两个个方面：（1）按照热热传导理理论，根根据弹性性体的热热学性质质、内部部热源、边界条条件、初初始条件件，计算算弹性体体内各点点在各瞬瞬时的温温度，也也即：决定温度度场。在PMS

9、AP中，我们们不考虑虑这个问问题，温温度场需需要由用用户定义义。PMSAP温度度应力分分析（2）温度场场知道以以后，按按照热弹弹性力学学的理论论，根据据各物质质点的温温度变化化求解其其温度应应力，也也即：决定应力力场，这是PMSAP要着重解解决的问问题。PMSAP温度度应力分分析PMSAP采用有限限元法计计算温度度应力，构件的的温度变变化对结结构的变变形、内内力的影影响将等等效为某某种荷载载的影响响，或者者说，任任给一种种温度变变化，一一定存在在一种荷荷载，二二者对结结构的变变形、内内力的影影响完全全一样，这种荷荷载就称称为“等等效荷载载”。这样看来来，如果果能够将将各种构构件的温温度变化化的

10、等效效荷载计计算出来来，接下下来的分分析就与与通常的的分析完完全一样样了，所所以说温温度应力力的分析析，关键键是要把把各种构构件温度度变化的的等效荷荷载弄清清楚。PMSAP温度度应力分分析一维杆件件的温度度等效荷荷载对一维杆杆件，首首先定义义它的局局部坐标标系，局局部系的的x轴定义为为杆轴,y轴和z轴定义为为截面的的两个主主惯性轴轴。瞬时时温度场场在局部部系中的的分布函函数可以以一般地地表达为为：T=f(x,y,z)。一般而而言，自自由杆件件在T=f(x,y,z)的作用下下将同时时发生伸伸缩和弯弯曲。在PMSAP中，我们们考虑一一种最常常用的温温度分布布：温度度在同一一截面上上不变化化，只沿沿

11、着杆轴轴线变化化，也即即T=g(x),这种温度度分布将将使自由由杆件只只发生伸伸缩。PMSAP温度度应力分分析设温度沿沿杆轴线线性变化化：等效荷载载PMSAP温度度应力分分析二维壳元元的温度度等效荷荷载以三角形形壳元为为例进行行说明。设三角角壳所在在平面为为xy面，法线线为z轴，同杆杆件一样样，我们们只考虑虑形如：T=f(x,y)的温度场场，这种种温度场场不使自自由壳元元发生弯弯曲，只只使之发发生伸缩缩。设三三角壳的的温度分分布为：其中：是是面面积坐标标，PMSAP温度度应力分分析等效荷载载（等效效体力部部分）PMSAP温度度应力分分析等效荷载载（等效效面力部部分）PMSAP温度度应力分分析步

12、骤骤1）用PMCAD或者STS-1建立结构构模型。2）进入PKPM的“PMSAP”主菜单，然后进进入“补补充建模模”，点点取“温温度 荷载载”菜单单，在此此定义各各个楼层层的各节节点的温温度变化化值。3）执行“接PM生成PMSAP数据”4）进入“参数补补充及修修改”菜菜单，点点取“参参数修改改-总信息”，按照照需要修改“温度荷荷载参数数”，包包括砼构件效效应折减减系数，温度荷荷载组合合系数，弹性模模量折减减系数等。5）执行“结构分分析与配配筋计算算”6）进入“分析结结果的图图形显示示”察看看计算结结果，包包括温度度荷载产产生的结结构变形形、构件件内力以以及考虑虑了温度度荷载组组合的构构件配筋筋

13、结果。全楼定义义弹性膜膜指定节点点温差PMSAP温度度应力分分析注意意事项PMSAP温度应力力分析注注意事项项：1）所有楼楼板均应应定义成成弹性膜膜2）剪力墙墙应采用用细分模模型3）混凝土土构件的的温度效效应宜指指定折减减系数,一般取为为0.3如果用温温度模拟拟砼收缩缩，应作作为一个个独立工工况，且且相应温温度工况况的属性性应指定定为“砼砼收缩”5)如果用温温度模拟拟预应力力张拉，也应作作为一个个独立工工况，且且相应温温度工况况的属性性应指定定为“预预应力”PMSAP温度度应力分分析注意意事项6）软件会会自动增增加温度度工况的的组合。不考虑虑温度前前n种工况，考虑后后变为2n种。用户户可以调调节地震震、风与与温度组组合时的的组合系系数。7）温度对对“砼梁梁”产产生的轴轴向拉压压力，pmsap会自动按按照偏心心受拉或或偏心受受压进行行截面设设计。8）温度对对“砼板板”产产生的轴轴向拉力力，pmsap会自动按按照偏心心受拉进进行截面面设计，但