关于超长混凝土板内无粘结预应力温度配筋的

关于超长砼板内无粘结预应力温度配筋的分析摘要本文利用SuperSAP软件，以一个实际工程为例，对混凝土超长板温度应力的分布做了详细的计算，对温度变化引起的内应力的分布规律进行了简要分析；然后又对无粘结预应力抵抗收缩及温度应力的作用效果进行了详细的计算分析，对以往同类工程的设计经验进行了印证。文中的分析和计算结果对今后超长板无粘结预应力温度配筋有一定的参考和借鉴作用。关键词收缩和温度应力无粘结预应力有限元TheAnalysisofUnbondPrestressingTendensonShrinkageandTempratureStressofExtralongConcreteSlabAbstractThetemperaturestressdistributionsofextralongconcreteslabinaprojectareanalysesdindetailusingtheSuperSAPsoftware.Inadditiontheinnerdistributionofstressinslab,causedbythechangeoftemperature,aresimplyanalyzed.Andthen,theeffectofunbondprestressingtendenstoresistshrinkageandtemperaturestressofconcreteareanalyzedindetail.Thedesignexperiencesatthebeforetimeofsimilarstructureareproved.Theresultofanalysisandcalculationinthisarticlecouldbeareferenceforlaterdesignsofextralongconcreteslab.KeywordsShrinkageandTemperatureStressUnbondPrestressingTendensLimitedElement混凝土收缩及温度应力通常所说的混凝土收缩，是指混凝土在不受力的情况下，因混凝土内部干燥失水和炭化作用而导致体积发生变化，从而产生的变形。与收缩有关的影响因素很多，其中有所用水泥的品种及用量，混凝土骨料的物理性质和最大粒径，水灰比，养护条件，以及混凝土体积与表面积之比等等。混凝土的收缩是一种随时间而增长的变形，结硬初期发展较快，二周可完成全部收缩的1/4，一个月约可完成1/2，三个月完成60-80%，以后增长缓慢，一般两年后趋于稳定，最终收缩应变εsh约为(2-5)×10-4。同大多数材料一样，温度的变化也会导致混凝土产生变形。当温度提高时，混凝土体积发生膨胀，反之则发生收缩。混凝土的线膨胀系数可采用αc=1×10-5。当混凝土梁板处于自由或近似自由的状态下时，混凝土的收缩及温度变形可以自由释放，因此不会在其内部产生应力或产生的应力很小，可以忽略。普通梁板柱或板柱结构中，为减少收缩及温度应力的不利作用，通常采用设置变形缝的方法，变形缝的位置及最大间距根据建筑功能及结构布置的变化而不同。当混凝土梁板的自由变形受到较大约束时，比如两端受到剪力墙或筒体的约束，或超长结构中间不设变形缝，从而导致混凝土的变形得不到释放，混凝土的收缩和温度应力就不能被忽略了。混凝土的收缩变形只能产生混凝土的拉应力。与收缩应力不同，温度应力是随温度的变化循环往复的，既有拉应力，也有压应力。由于对于混凝土这种材料来说，其抗压强度大大超过其抗拉强度，因此在工程中我们通常只考虑当温度下降时引起的混凝土的拉应力。超长结构混凝土温度应力的计算与分析如上所说，由于混凝土的抗压强度远大于其抗拉强度，我们只关心混凝土的收缩及温度降低时引起的拉应力。由于二者的作用类似，在这里，我们只讨论温度应力的计算。当其它条件一定（如混凝土的品种和结构的形式），在弹性状态下温度应力的大小与混凝土的温度变化成正比，要找到混凝土的温度变化ΔT，首先需要确定两个温度：初始温度(T0)和最低温度(Tmin)。所谓最低温度(Tmin)理论上是指所计算楼板所能达到的最低温度，这与建筑物所在地的气候，所计算楼板在整栋建筑中所在的层以及与楼板有关的使用功能等因素有关；所谓初始温度(T0)，就是混凝土的温度应力为零时的温度，当板混凝土在短时间内一次浇筑完成时，初始温度可取混凝土凝结硬化时的温度(T1)；当结构分段不同时间浇筑时，初始温度应综合考虑各段混凝土凝结硬化时的温度(Ti)，尤其是后浇带混凝土凝结硬化时的温度(Th)。假设某工程某层板施工时，分为n段浇筑，每两段间用后浇带隔开，则温度变化计算方法如下：ΔT=T0-Tmin古T皮0及=箱α啦1目T冠1把+拜…糠α木i遗T障i桃+亏…造+售α石n盒T绑n端+缘α松h爆T堡h独佛其中突吧α雕1诵没+虑…丸+将α威n杠询+声α朝h留=1巴α期i蒜症的取值目前只坐能依靠经验确党定。洞混凝土收缩或钓温度下降引起洁的拉应力使每警段板向着自己稻的重心处收缩房，若不考虑竖闭向构件（筒、散墙、柱等）的泳刚度，这种变接形将是自由的骨（不产生内力沈），所有变形略集中在板边缘吗或后浇带处；称若考虑竖向构鸟件的刚度，则贴竖向构件的约连束作用将使板尝内残余部分次谜应力（拉应力耗），这种情况织下，后浇带设赏置的越多，在露后浇带浇筑前吴各板段内残存街的次应力越少恐（这样在计算劫初始温度时，薄后浇带凝结硬幕化时的温度病T及h丧所起的作用就舌越大，即系数势α持h咱就越大）；若应竖向构件的刚堆度为为无穷大否，则板内的温夕度变形几乎完虹全得不到释放狡，故在板内产纱生的拉应力最捆大（大小约为钞α屿c卸Δ浴TE俭c落）。因此，在忌温差一定的条葵件下，温度应壳力藏(塘σ链t丸)角的大小取决于竞竖向构件的刚流度（或更明确访的说是竖向构针件对板的约束颗程度）。表达颤式如下：摘σ姐t炼=裳βα袜c揭Δ愁TE尊c争其中馋β采是与竖向构件最对所计算部位括的混凝土板约趋束程度有关的私系数慕，且亭0捆≤β里≤若１。叛超长结构温度匀应力的有限元按分析温对于一个实际受结构来说，一易般平面均比较室复杂，各部位吃板块的受约束如情况均不相同亭，因此各部位递的温度应力也算不相同，即使想同一块板上，苹由于各个部位众的混凝土变形慕相互制约，温反度应力也不相质同。对于超长丽结构，温度应污力在板平面内捎的分布就更加班复杂了，要详捡细计算某个部常位的温度应力睡，是一项非常廊复杂的工作，溪利用手工计算限几乎是不可能竖。计算机在结听构计算中的广蒙泛应用，尤其件是有限元计算爪理论的发展，尽使这项工作的甚完成成为可能醋。雾下面，我们利未用有限元计算肢软产件齐Super代SAP半9颤3削，以北大医院寄二部病房楼工贪程为例，对温茎度应力在结构是平面内的分布梨进行了计算分呆析。工程概况：稀北大医院二部风病房楼工程建嫁筑面积罚约赌6100励0乎平米，框架结楚构，地上六层柳，地下两层，毛柱网齿7.2m窃×毁7.2m拆。其中四层到欠六层为两个小码塔楼，地下部狡分及首层，二式层，设备层和茄三层东西向幼长椅16秤0小多米，南北向节长漏6离0等多米，属超长严结构。排计算模型的建肉立旦：牛由于我们的目圾的是分析超长鞠板的温度应力螺，为简化起见且，模型分五层检，分别对应本僚工程的地下一莫层底版，首层涉、二层、设备颜层和三层，竖匙向结构也有五喂层，分别对应踪地下二层，地伙下一层、首层故、二层、设备慌层。层高分别哲为匠4巾.钻2转米尊，座4约.棒2撒米亚，盯4近.三0旺米豪，皱3就.奉6诞米粱和析2薪.烧0格米举。跨水平结构只考匹虑了楼板，按穴实际板厚输入落，没有考虑梁里（即模型地上恒部分按板柱结励构输入）。局粒部楼板错层、馒板厚变化及板装上开洞也没有坏考虑。龄竖向结构考虑帆了柱子和地下摩室外剪力墙（未工程地下两层维周圈为剪力墙溉），由于实际剖结构中部电梯磨间剪力墙较柔农，所以没有考填虑结构中部的哀剪力墙。层单元划分：水松平板单元：每夜个柱网格分占为棋4×夺4敞个单元，即每怨个水平板单元抗尺寸为量1.碑8终米青×接1.软8服米严，厚度同相应湖位置板厚。浮竖向剪力墙单束元：每个柱距连分为四段，即轰每段长度膀1.填8遥米虏，每层沿竖向雀平均分攀为雨4微段，每段为伏1.0愿5把米县，即每个竖向火剪力墙单元尺蕉寸为股1.蛛8巷米善×煮1.0摄5贫米扶。办竖向柱单元：寸按层划分。敢边界条件：底塔层柱单元下节孟点按固支考虑挠；底层剪力墙泰单元的下部节阵点均按固支考户虑。习施加荷载与计堪算：仅根据实际工程货温度变化情况确，在上述模型最的首层至四层福板单元上一次具施加了张-20起℃射温度荷载，将往结构自重荷载制设君为屋0漏，且无其它荷闹载，然后进行予计算分析。按计算结果及分挪析：手程序计算结果辛及分析如下：名首层长向（东洋西向）温度应秤力：姨由于首层板受或地下剪力墙的怕约束较大，因局此温度应力较瘦其它层大，尤拘其是沿剪力墙巩中部附近，板炊沿剪力墙方向先的变形几乎完蜓全得不到释放赔，因此应力最看大。另外剪力寄墙内拐角处，苹由于应力集中粘的原因，应力拼也很大。烟板的东端和西虏端剪力墙附近袖，由于受东西倾向剪力墙的约懂束最小，因此绞应力也最小。注首层短向（南住北向）温度应伟力：脱从整体上看，映应力的分布规坦律与长向相同膨,废只是换了方向宇。揪南北向（短向惩）温度应力，愈较东西向（长透向）小，这是潜由于结构平面稍南北向短，竖秒向构件对板的芽南北向变形约送束较小的缘故油。飘二～三层温度吸应力：榨相对于首层板府，二层、设备膀层、三层的应游力从下向上依脾次减少，且应法力分布逐渐趋改于均匀，这首码先是由于首层甘板主要受剪力株墙的约束，随践着层数的递增禽，剪力墙的约鉴束逐渐减小，蹲而代之以刚度古相对小且均匀偶的柱子的约束廉，其次是相邻必层间的温度收脏缩变形逐渐一灭致，相互间通摇过柱子传递的削约束作用逐渐棋减小。雹从计算结果来堤看，三层板东皮西向的温度应姻力很小，但计辉算结果和实际佩情况可能有一爽些差异，因为纤计算模型没有数考虑上部三层遗塔楼对下部结旦构（尤其是对鞋三层板）的影索响，三层板实剃际温度应力可蜻能比按此模型平计算的结果偏油大。悟无粘结预应力敢温度配筋效果陕的有限元分析鸟为防止超长板倒因收缩和温度镜应力开裂，目异前最有常用的骤方法是采用无搜粘结预应力技努术，但预应力恭技术作为控制蛇混凝土板收缩三和温度应力开挥裂的一种手段娇，其效果究竟肤如何，这也是天很有必要进行玩研究的课题。增为此，本人对怜上面的模型利速用有限元计算免软源件芽Super检SAP沫9浪3性进行了分析。裂预应力荷载的状确定和施加方进法：让预应力荷载的辰确定：假设采骤用难186腾0聪级贫φ适j1绢5基钢绞线，预应阿力损失考花虑恳30寄%盾。预应力筋板盖中直线布置，旨则预应力对板泻的作用可以等暴效为一对大小病相等，方向相汤反的力。税假设首层（板侮厚丛150mm倒）预应力筋间饭距咱350mm苦，张拉应力梳取凤0.75fp益t骗k福，在结构两端警对应预应力筋葬张拉端处的节闸点上施加水平咬荷载，则每个臭节点处施加的刃力的大小柴为厨703域kN抓。板端平均压课应霞力刑2.6完Mp办a皮；铃二层板厚白120mm那，预应力筋间扑距弟400mm脑，张拉应愁力丙0.7fpt汪k丙，每个节点处兴施加快力诸574.2耻kN布，板端平均压掉应长力扮2.66屈Mp象a太；奸三层招120mm喘厚板，预应力框筋间距喂600mm危，张拉应孔力海0.7fpt河k兆，每个节点处触施加鬼力己382.8耽kN棉，板端平均压泼应汗力奇1.77蛮Mp螺a瞎；霸三层快180mm肠厚板，预应力携筋间距歇400mm监，张拉应兽力右0.7fpt红k泪，每个节点处滔施加孩力臂574.2肆kN拼，板端平均压舰应越力逝1.77窄Mp透a苦。峡预应力的施加柱方法：按上述然假设计算所得诞的力，在结构罩两端对应预应誉力筋张拉端和诊锚固端处的节裂点上施加水平烦荷载。搭预应力荷载的饲两种施加方案罚：槽第一种：直接五在模型东西两脱端施加水平对构称预应力荷载确，用以模拟整询层板混凝土（插包括后浇带）向浇筑完毕，然使后一次性张拉般全部板内预应注力筋的情况。量第二种：分两剖次加载。第一盆次加载模拟整正层板混凝土浇叙筑完毕，第二饱条后浇带混凝臭土浇筑完毕且约强度达到张拉催要求，但尚未弱浇筑第一和第贩三条后浇带，装这时张拉第一排和第三条后浇如带间的预应力水筋；第二次加洁载模拟第一和象第三条后浇带魄混凝土强度达换到张拉要求后拣，张拉通过第荷一和第三条后欢浇带至结构东绵西边缘的预应蹦力筋。头第一种方案施终加预应力荷载秆分析计算结果某：喂计算结果表明误，预应力在首骡层东西向的施运加效果在楼层猎的各个部位很楼不相同，在距蛋离东西向剪力柔墙中部较近的稠部位，以及剪盆力墙内拐角附寒近，预应力作绢用几乎可以忽此略不计，预应妖力只是在楼层割中部及东西向躬端部板内产生角了压应力，其震中，端部的压咳应贯力最大。扶结果表明，由洪于从首层至三队层板受地下剪穗力墙的作用由孔大逐步减小，鼻竖向结构约束央逐步变为由刚分度在平面内相良对均匀布置的腔柱子起主导作劣用，预应力在蕉楼层内的作用压效果（压应力沿）逐渐均匀起寺来，且预应力贱的施加效果逐愁渐明显，到三亲层几乎是预应林力全部施加在第板中，由竖向档结构引起的预洗应力损失几乎外为零。校计算结果还表摔明，东西向施畜加的预应力作纳用在板内南北聪方向产生了拉狭应力。这和强发度理论是吻合钓的。小第二种方案施逢加预应力荷载腊分析计算结果剑：抵第一次加载只匪是对第一条和兽第三条后浇带骄中间的板内施愁加了预应力，闲两侧板由于设瓶置后浇带的原牌因预应力效果面为零。板的内庸力分布规律与断第一种施加预垒应力作用的方略法结果相似，含只是作用效果丰比第一种方法循更明显，这是踢由于后浇带的闪存在将每侧剪演力墙分为三段两，从而削弱了滚剪力墙的刚度粱。裕第二次加载时逝由于三条后浇捆带均已浇筑完然毕，因此对整哨层楼板都产生赤了作用。来分析结果数据比表明，在楼层蝴东西两个端部糠，第二次加载缎所产生的效果团同第一种加载狗方案的效果（集各部位应力）狱几乎相同。但共在楼层中间部爹分，第二次加腔载产生的是拉进应力。教两次加载的结莲果相叠加，就项是预应力的最腾终的施加效果位。结果表明，臭尽管第二种施忌加方案中的第谷二次加载在结阔构平面中间部粥位产生了拉应批力，但两次加喜载后中间部位勇的最终压应力悦还是比第一种翠施加方案的压狮应力大。结论策为减小钢筋混辨凝土板的收缩舍及温度应力，烂合理