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冷链库房 · 技术文章

超长结构设了后浇带,温度应力能一次建模算完吗?

不能一次算完。结构留了后浇带,温度应力要跟着施工顺序走:把每条后浇带按它实际封闭的时间切成阶段,各阶段输入该阶段的最大正、负温差,再把结果归到同一个控制截面上,楼盖和竖向构件的最终温度应力才算得出来。BICP银泰建构做预应力超长结构时就是按合龙顺序排工况的,前提是各条后浇带的封闭时间、合龙温度和流水段能对上。结构没有后浇带,一次建模、直接输入最大正负温差就可以。

作者:BICP银泰建构
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适用场景

冷链库房技术文章超长结构、后浇带、温度应力、合龙温度、施工过程分析、预应力温度筋、冷库楼盖
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导语

最常出错的地方,是把留了后浇带的结构当成一次浇筑成型来算。合龙之前,结构分成几块各收缩、各降温;合龙之后才连成整体共同受力。一次整体建模把这段过程压平了:合龙前各块自己完成的收缩,被算成整体约束下的应力;几块本来不同的起算温度,被抹成一个数。数看着完整,受力过程对不上。

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适合哪些项目

  • 适合:留一条或多条后浇带、分几次合龙的超长混凝土楼盖,例如平面尺寸远超设缝长度又不允许设缝的冷库、物流仓库、地下车库、车辆段上盖。
  • 一次建模就够:后浇带只承担收缩功能、一次浇筑到位的结构;纯沉降后浇带按它实际封闭的时点另排阶段。
  • 阶段节点换成张拉批次:取消后浇带、靠预应力分阶段张拉控早期裂缝的项目,算法仍是分阶段,节点不再是合龙时间。
  • 需要先确认:后浇带是沉降型还是收缩型、计划哪天封、封那个月的平均气温、流水段怎么划、预应力分几批张拉、设计给的裂缝控制等级。冷库还要看使用阶段的设计温度,降温工况取多大由它定。
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一次整体建模和分阶段叠加,差在哪

比较项 一次整体建模 按后浇带封闭时间分阶段叠加
适用前提 未设后浇带、一次成型;设缝结构按缝分段建模 留了一条或多条后浇带,分期合龙
起算温度 全结构取同一个初始温度 每条后浇带按封闭时段的月平均气温分别起算
收缩计入 收缩当量温差整体算一次 按龄期和阶段分别计,合龙前的收缩已在各块内释放
约束与边界 一次成模,整体约束 随合龙顺序切换连接关系,各阶段边界不同
主要风险 合龙前后应力混算,可能高估也可能漏算 阶段划分不当,或各段结果简单相加,会失真

输入也不一样。温度荷载由季节温差、昼夜温差、收缩当量温差三块组成,记作 ΔT1、ΔT2、ΔT3。用折减混凝土弹性模量的办法考虑徐变时,取 ΔT=ΔT1+ΔT2-ΔT3;纯框架计算模型如果弹性模量不折减、改为直接折减温差,则取 ΔT=κ(ΔT1-ΔT3)+ΔT2,其中徐变应力松弛系数 κ 一般取 0.3~0.5。计算书里要写明走的是哪条,否则同一栋楼两个人算出来的应力没有可比性。

合龙温度最容易拍脑袋。我们的取法是后浇带封闭那个月的月平均气温;工期定不下来时按区间包:T0,min=0.7Tmin+0.3Tmax,T0,max=0.3Tmin+0.7Tmax,每一段用自己对应的合龙温度起算。

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我们在项目里怎么排阶段

  1. 把后浇带列成表:位置、间距、沉降型还是收缩型、计划封闭时间,和流水段一一对上。沉降后浇带等两侧主体封顶、沉降稳定再封;收缩后浇带按设计定的时间封,我们做过的车辆段项目要求两侧混凝土龄期到 45d。
  2. 定每段起算温度:取该条后浇带封闭时段的月平均气温,工期不确定的按上面的区间公式取包络。
  3. 切工况:浇筑到首次合龙前、每一次合龙、合龙后的降温与升温,每段只保留当时已连成整体的部分,输入该段最大正负温差。
  4. 分区设边界:底板与顶板、外墙分开给温差工况和边界条件,各区的环境温度和柱墙约束不同,一个整体工况盖不住。
  5. 叠加并分状态验算:各段结果归到同一控制截面。正常使用极限状态让间接作用参与裂缝控制验算,承载能力极限状态不组合间接作用;温度作用的组合值、频遇值、准永久值系数分别取 0.6、0.5、0.4。

叠加不等于把各段数字相加。先把工况按裂缝成因和施工阶段拆开,看清哪一段释放了哪一部分应力,再归到同一控制截面,才不会重复计入或者漏算。

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两个项目上的做法

苏州天辰冷链2期单体 51.7m×65.6m,超长不设缝。我们用 Midas 按 1~28 天逐龄期输入混凝土材料特性和收缩当量温度,算得楼板最大拉应力从第 1 天的 0.45MPa 涨到第 22 天的 3.50MPa。早龄期收缩本身就是随龄期变化的过程,压成一个数,最不利的那一天就被抹掉了。

北京地铁7号线焦化厂车辆段咽喉区,03-04 分区东西约 265m、南北约 160m,远超设缝长度。顶板和外墙整体建模,按 5℃ 合龙温度、升温 15℃、降温 15℃ 施加温度作用,结果用来配无粘结预应力温度筋;同一个车辆段的停车列检库、联合检修库底板另按升温 5℃、降温 5℃ 算。底板和顶板外墙分开取温差,因为两者所处的环境与约束本来就不一样。

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后浇带留不留,都要回到分阶段

分阶段不是留了后浇带才要做的动作。长度 95m 的冷库项目我们测算过:设一道后浇带、45 天封闭,只把温度荷载减掉约 2℃,占最终降温温差的 6%。另一个冷库项目按有限元算,取消后浇带后楼板温度收缩应力增加约 0.2~0.4MPa,冻库活载大、非预应力筋配得密,这部分增量普通钢筋能担。留与不留是方案比选的结果,一开始并不预设。

取消后浇带或者改成膨胀加强带,阶段划分也跟着变:原来对应后浇带封闭的那个时点,换成预应力分阶段张拉。我们的做法是浇筑后 7~10 天先做一次部分张拉,混凝土强度到 75% 时张拉 50% 的预应力筋,达到设计强度后再张拉剩下 50%,用张拉批次把合龙前没能释放的那部分早期收缩补回来一部分。一个因工期不设后浇带的冷链项目,我们就是用分段张拉控早期裂缝的。

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参考依据

  • 《混凝土结构设计规范》第 8.1.3 条:采取专门的预加应力措施或增配构造钢筋的措施,伸缩缝间距可适当增大
  • 银泰建构已完成的超长结构项目:苏州天辰冷链2期(单体 51.7m×65.6m 超长不设缝,按龄期计算收缩应力)、北京地铁7号线焦化厂车辆段咽喉区(底板与顶板外墙分区设定温差工况)
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常见问题

Q1 只留一条后浇带,也要分阶段算吗?

要。一条缝就把结构分成合龙前、合龙后两段,两块的起算温度和约束条件不同,仍然分两段建模再叠加,只是工作量比多条小。

Q2 后浇带改成膨胀加强带,建模怎么处理?

加强带在混凝土终凝前就浇上,合龙时间明显提前,阶段划分跟着变,起算温度按实际浇筑时段取。算法仍是分阶段,回不到一次整体建模。

把后浇带布置图、各条的计划封闭时间、流水段划分,还有合龙时段的当地气温发过来,工程师帮你判断这份工程要拆几段、每段取什么温差、预应力和普通钢筋配到什么程度。

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