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超长结构温度应力计算,最不利温差到底怎么取?
最不利温差不能只取一个环境温度,要分三条线取:季节温差(含合拢温度)、昼夜温差、混凝土收缩当量温差,再分别组合出最不利正温差和最不利负温差。BICP银泰建构处理这类工况时,先把合拢温度T0和使用阶段的最低(高)温度定下来,施工阶段与使用阶段各算一遍再叠加。后浇带的留设方案和封闭时间要在前面定,留与不留,收缩当量温差不是一个数。
适用场景
导语
最常见的误判有两个:把当地极端最低气温直接当成计算温差,跳过合拢温度;或者把昼夜温差也按0.3~0.5的徐变松弛系数打折。前一种把温降算小,后一种把短期作用算小,温度拉应力都会偏低。
适合哪些项目
- 适合: 不设缝或少设缝的现浇混凝土超长楼盖,长度超过《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010第8.1.1条的伸缩缝限值,又因为使用功能不能设缝。冷库、地下车库、地铁车辆段上盖、厂房仓库都属于这一类。冷库这类短期大幅降温工况也在范围内,但徐变系数要单独取。
- 不适合: 已按常规间距设置伸缩缝、温度效应不控制配筋的结构。
- 需要先确认: 后浇带、膨胀加强带或跳仓方案及其计划封闭时间;使用温度或设计温度;施工季节和计划工期;梁板体系还是无梁楼盖、竖向构件如何布置。任何一项变了,温差取法都要跟着变。
温差分三部分,各有各的取法
季节温差ΔT1取使用温度Ts与合拢温度T0之差:温降取使用阶段最低温度,温升取最高温度,两组分别计算。合拢温度常按后浇带封闭那个月的月平均气温取;施工季节能确定的,T0取实际施工季节的最高(低)日均温度,定不下来的改用当地夏(冬)季30年一遇的最高(低)日均温度;工期不好准确确定时,用T0,min=0.7Tmin+0.3Tmax、T0,max=0.3Tmin+0.7Tmax先估出上下限。
使用温度Ts同样看投用条件:完工后很快维护并投入使用的,取正常运行中可能出现的最低(高)温度;投用时间说不准的,按冬(夏)季30年一遇的最低(高)日均温度取。
昼夜温差看当地24小时内平均温度的变化幅度,定出最大正温差和最大负温差,进入使用阶段后再结合实际使用特点调整。这种作用时间短、变化快,徐变来不及发展,不乘松弛系数。
收缩当量温差是把混凝土的收缩量换算成等效温度:先定最终收缩应变,按水泥品种、骨料、水灰比、养护条件等逐项乘修正系数,再除以线膨胀系数1×10⁻⁵/℃。后浇带留不留,对结果影响明显。
| 作用 | 时间性质 | 乘不乘徐变松弛系数 | 取值依据 |
|---|---|---|---|
| 季节温差 | 年变化,缓慢 | 乘 | 合拢温度与使用温度之差 |
| 收缩当量温差 | 长期,两年趋于稳定 | 乘 | 最终收缩应变折算 |
| 昼夜温差 | 日变化,短时 | 不乘 | 24小时平均温度变化 |
徐变折减有两条路径,混用会算错
走折减弹性模量这条路,温度荷载取ΔT=ΔT1+ΔT2−ΔT3,弹性模量单独折减;直接折减温差、弹性模量不动,则取ΔT=κ(ΔT1−ΔT3)+ΔT2,κ是徐变应力松弛系数,建议0.3~0.5,昼夜温差不再乘。水平构件的弹性模量按徐变折减,竖向构件起约束作用,不折减。
取错会怎样:冷库项目的两组取法
某冷库项目楼盖长约94.6m,后浇带按45天封闭:留后浇带时收缩当量温差9.3℃,不留14.5℃;计入0.4的徐变影响系数和0.85的结构刚度退化系数后,两者最终降温只差1.8℃。后浇带留与不留,收缩当量温差要分开算;但看到14.5℃和9.3℃的差就直接下结论也不行,后面的折减同样改变结果。
冷库降温工况换一组取法:设计温度-20℃,试运转从20℃起降,20~22天降完40℃。降温快,徐变来不及发挥,影响系数提高到0.8,不设后浇带时最终降温温差达到32.1℃。此时仍沿用0.3~0.5,降温阶段的温度应力就会被算小。
我们在这类项目里的判断顺序
- 定合拢温度T0。 施工季节能确定就按实际季节取;工期不确定时先用0.7Tmin+0.3Tmax和0.3Tmin+0.7Tmax估出区间。
- 定使用温度Ts。 投用条件清楚,取正常运行中可能出现的最低(高)温度;投用时间说不准,按30年一遇的最低(高)日均温度。
- 算收缩当量温差。 先定最终收缩应变,竖向约束存在时只有残余部分转成拉应力,再除以线膨胀系数1×10⁻⁵/℃。
- 按后浇带封闭时间分阶段建模。 有后浇带的按封闭时间做施工过程分析,各阶段最大正、负温差分别输入再叠加;不设后浇带的一次建模即可。
- 分构件处理徐变。 水平构件弹性模量折减,竖向构件不折减;季节温差和收缩乘κ,昼夜温差按原值算。
- 最不利正温差和最不利负温差两组结果都拿出来,作为预应力温度筋的配置依据。
一个地铁车辆段咽喉区项目,03-04分区约265m×160m,远超伸缩缝55m的限值。银泰建构用Midas做温度应力分析,按算出的温度拉应力配置无粘结预应力温度筋,先把最不利温差算清楚,再定预压应力和温度筋用量。
处理超长温度应力有好几条路:留后浇带、连续式膨胀加强带、跳仓法、配预应力温度筋、增配构造钢筋、掺膨胀剂,也可以组合使用。后浇带留不留、多少天封闭,收缩当量温差都跟着变,路线和温差要放在一起定。
看温度计算结果,要连输入假定一起看。最终收缩应变、已完成自由变形的比例、残余应变、徐变系数各自取了多少,都要跟结论存在一起;只抄“需要多少预压应力”这个结果,换个人、换一组假定就复现不出来。
参考依据
- 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010 第8.1.1条、第8.1.3条
- 《建筑结构荷载规范》GB 50009 第9.3节
- 王铁梦《工程结构裂缝控制》中的收缩当量温差计算方法
- 某冷库项目、某地铁车辆段咽喉区项目的温度应力分析经验
相关产品和资料
- 泰库 · 高效空间预应力结构系统:面向冷库、物流仓库、厂房仓库的超长结构不设缝或少设缝楼盖方案。
- 冷链库房:围绕停库时间设计的冷库结构与地坪:把结构温度工况和地坪系统放在一起评估。
- 解决方案总览:从建筑任务找到泰库、泰坪、泰固对应方案。
常见问题
Q1 后浇带留不留,对温差影响到底多大?
某冷库项目后浇带按45天封闭,留与不留的收缩当量温差分别是9.3℃和14.5℃,计入徐变0.4和刚度退化0.85后最终降温只差1.8℃;另一个冷链物流园项目的测算里,取消后浇带后的最终降温比留后浇带多约9℃。差别不在留不留这个动作,而在封闭时间和施工阶段怎么分。
Q2 温度应力算出来偏大,是加预应力筋还是改结构方案?
先核对输入假定:合拢温度是不是取低了,收缩当量温差是不是按不设后浇带算了但实际要设。假定没问题、温度拉应力确实大,再比较加密预应力温度筋、调整后浇带或膨胀加强带分仓、局部增配构造钢筋几条路线,工期和施工难度一起看。
把结构平面尺寸、柱网、层数、板厚、混凝土强度等级、后浇带或膨胀加强带方案及计划封闭时间、使用温度和计划工期发给我们,BICP银泰建构的工程师会按你项目的工况把温差假定和预应力配置一起核对一遍。
