PMSAP溫度應力分析

1、結 構 溫 度 效 應黃吉鋒 編寫中國建筑科學研究院軟件所基準溫度場T0(x,y,z) 基準溫度場的定義： 在不考慮任何荷載的情況下，結構在某溫度場T0(x,y,z)作用下處于自平衡狀態(tài)，如果結構的當前構型與其初始設計構型完全相同(點點重合)，則稱T0(x,y,z)為該結構的基準溫度場。 結構在基準溫度場作用下：1）相對于初始構型沒有任何變形；2）所有構件均不產(chǎn)生內(nèi)力或應力。 基準溫度場在理論上是存在且唯一的基準溫度場T0(x,y,z) 對于混凝土結構，其基準溫度場T0(x,y,z)可以近似取為混凝土的終凝溫度場。 對于鋼結構，如果在建造期間不產(chǎn)生裝配應力，或者即便有裝配應力但在本次分析中不考

2、慮，則結構建造期的溫度場即可取為基準溫度場?；鶞蕼囟葓鯰0(x,y,z) 如果鋼結構中存在顯著的裝配誤差、裝配應力，并需要用等效溫差場進行模擬，則在確定基準溫度場時，應計入裝配誤差的影響。 比如一根初始設計長度為L的鋼桿件，因為制造誤差，實際長度為L+L，換算成等效基準溫度的增量為： 或者說，為考慮此裝配應力，基準溫度還應疊加上該溫度增量)(LLLTT基準溫度場T0(x,y,z) 對于鋼-砼混合結構，鋼結構部分和混凝土結構部分的基準溫度場分別按照鋼結構和混凝土結構確定。溫差場外部外部外部內(nèi)部內(nèi)部溫差場 外圍梁、柱、墻溫差02TTTT內(nèi)外溫差場 頂層屋面梁、板溫差02TTTT內(nèi)外溫差場 結構內(nèi)部

3、構件溫差0TTT內(nèi)砼收縮的當量溫差場 砼在齡期 t 的收縮應變 砼收縮的當量溫差場 0)01. 0exp(1 sstssT溫度應力調(diào)整及組合 因溫度應力分析采用的是瞬態(tài)彈性方法 1）為考慮砼的徐變應力松弛 砼構件的溫度內(nèi)力可以 乘以折減系數(shù)0.3 鋼構件不折減溫度應力調(diào)整及組合 2）為考慮砼構件裂縫引起的剛度退化 砼構件的剛度可以乘以折減系數(shù)0.85 鋼構件不折減 溫度應力調(diào)整及組合 溫度效應的組合貢獻 正常組合的附加項：2 . 18 . 0TTTTTkS可以取分項系數(shù)可以取組合值系數(shù)溫度梯度 所謂溫度梯度，指的是溫度場在構件截面方向的變化率。它在數(shù)值上等于構件內(nèi)外（對柱）或者上下（對梁、板）

4、表面的溫差與截面高度（或厚度）的比值。 溫度梯度產(chǎn)生局部的附加彎矩，結構的頂層及外周構件往往存在明顯的溫度梯度。溫差對結構的豎向錯動效應 內(nèi)外構件的溫差不一致，造成結構的豎向錯動變形 一般頂部的若干層連接內(nèi)筒與邊柱的框架梁，會產(chǎn)生較大的錯動彎矩和剪力 底部若干層豎向構件（柱和墻）的軸力會出現(xiàn)明顯的重分配（有的構件軸壓比增大，有的構件軸壓比減?。夭顚Y構的豎向錯動效應錯動彎矩明顯軸力重分配明顯溫差對結構的豎向錯動效應 針對溫差引起的豎向錯動效應，在設計上 對于頂部幾個樓層的框架梁，配筋應該適當加強； 對底部幾個樓層的柱和墻，軸壓比應適當從嚴控制，以避免溫度效應引起的軸壓比超限。 可以通過對“外

5、表構件”做好“隔熱”措施，以減小結構的外表構件溫度與結構內(nèi)部構件溫度的差值。溫差對結構的水平伸縮效應 由于水平構件（梁、板）的伸縮受到豎向構件（柱或墻）的約束，引發(fā)結構的水平伸縮效應。 哪里約束強，哪里溫度應力大，這是特點，比如： 結構下部樓層的梁、板存在較大的軸拉或者軸壓力，設計時宜考慮偏拉。 距離較近的兩個剪力墻筒體之間的連接構件，溫度應力顯著。 對均勻的結構平面，平面中部構件的溫度應力顯著 引發(fā)筒體和框架柱明顯的彎矩和剪力溫差對結構的水平伸縮效應強筒體之間的水平構件，溫度應力顯著溫差對結構的水平伸縮效應均勻結構平面的中部，溫度應力顯著溫差對結構的水平伸縮效應 減小水平伸縮效應的措施 1）

6、砼低溫入模，低溫養(yǎng)護，盡量降低砼的終凝溫度 2）設置后澆帶(40m左右)，避開砼收縮應變的高峰發(fā)展期，從而有效釋放大部分的收縮應力（最好60d后澆筑后澆帶，不少于30d） 3）通過高濕度養(yǎng)護、減小水灰比和水泥用量、改善水泥和砂石骨料的質(zhì)量、適當提高配筋率，均可減小砼的收縮應變 4）改善使用環(huán)境 PMSAP溫度應力分析 溫度應力分析是PMSAP程序的一個特色 PMSAP具有較為完善的溫度應力分析功能，對多高層建筑中的梁、柱、支撐、剪力墻和樓板，均可計算其溫度內(nèi)力及變形，并且可以把溫度內(nèi)力考慮到構件配筋設計中。PMSAP溫度應力分析 溫度效應對結構的影響在實際工程中經(jīng)常會遇到，可以按照前面講過的方

7、法在結構設計中定量考慮； 但由于準確確定溫差場的困難性，以及混凝土實際存在的收縮徐變、微裂縫發(fā)展等復雜情況，很多時候通過在構造上采取措施，來避免溫度應力的不利影響。 但即便是構造上的定性的考慮，也需要設計者對結構在溫度作用下產(chǎn)生的變形和內(nèi)力有一個整體的、趨勢上的把握，以明確結構上溫度應力集中的部位，從而有的放矢的采取措施。PMSAP溫度應力分析 溫度應力的計算一般包括兩個方面： （1）按照熱傳導理論，根據(jù)彈性體的熱學性質(zhì)、內(nèi)部熱源、邊界條件、初始條件，計算彈性體內(nèi)各點在各瞬時的溫度，也即：決定溫度場。在PMSAP中，我們不考慮這個問題，溫度場需要由用戶定義。 PMSAP溫度應力分析 （2）溫度

8、場知道以后，按照熱彈性力學的理論，根據(jù)各物質(zhì)點的溫度變化求解其溫度應力，也即：決定應力場，這是PMSAP要著重解決的問題。 PMSAP溫度應力分析 PMSAP采用有限元法計算溫度應力，構件的溫度變化對結構的變形、內(nèi)力的影響將等效為某種荷載的影響，或者說，任給一種溫度變化，一定存在一種荷載，二者對結構的變形、內(nèi)力的影響完全一樣，這種荷載就稱為“等效荷載”。 這樣看來，如果能夠將各種構件的溫度變化的等效荷載計算出來，接下來的分析就與通常的分析完全一樣了，所以說溫度應力的分析，關鍵是要把各種構件溫度變化的等效荷載弄清楚。 PMSAP溫度應力分析 一維桿件的溫度等效荷載 對一維桿件，首先定義它的局部坐

9、標系，局部系的x軸定義為桿軸,y軸和z軸定義為截面的兩個主慣性軸。瞬時溫度場在局部系中的分布函數(shù)可以一般地表達為：T=f(x,y,z)。一般而言，自由桿件在T=f(x,y,z)的作用下將同時發(fā)生伸縮和彎曲。在PMSAP中，我們考慮一種最常用的溫度分布：溫度在同一截面上不變化，只沿著桿軸線變化，也即T=g(x),這種溫度分布將使自由桿件只發(fā)生伸縮。PMSAP溫度應力分析 設溫度沿桿軸線性變化： 等效荷載lxTTTJI)1 (221JIIIITTEANNN221JIJJJTTEANNNPMSAP溫度應力分析 二維殼元的溫度等效荷載 以三角形殼元為例進行說明。設三角殼所在平面為xy面，法線為z軸，同

10、桿件一樣，我們只考慮形如：T=f(x,y)的溫度場，這種溫度場不使自由殼元發(fā)生彎曲，只使之發(fā)生伸縮。設三角殼的溫度分布為： 其中： 是面積坐標，332211TLTLTLTiLPMSAP溫度應力分析 等效荷載（等效體力部分）AxixxiAtfdALtfP31AyiyyiAtfdALtfP31PMSAP溫度應力分析 等效荷載（等效面力部分）)6131(1)1 (10jiijijijiTTtELdsstLP)3161(1)1 (10jiijijijjTTtELdsstLPPMSAP溫度應力分析步驟1）用PMCAD或者STS-1建立結構模型。2）進入PKPM的“PMSAP”主菜單，然后進入“補充建?！?/p>

11、，點取“溫 度 荷載”菜單，在此定義各個樓層的各節(jié)點的溫度變化值。3）執(zhí)行“接PM生成PMSAP數(shù)據(jù)”4）進入“參數(shù)補充及修改”菜單，點取“參數(shù)修改-總信息”，按照需 要修改“溫度荷載參數(shù)”，包括砼構件效應折減系數(shù)，溫度荷載組合系數(shù)，彈性模量折減系數(shù)等。5）執(zhí)行“結構分析與配筋計算”6）進入“分析結果的圖形顯示”察看計算結果，包括溫度荷載產(chǎn)生的結構變形、構件內(nèi)力以及考慮了溫度荷載組合的構件配筋結果。全樓定義彈性膜指定節(jié)點溫差PMSAP溫度應力分析注意事項PMSAP溫度應力分析注意事項：1）所有樓板均應定義成彈性膜2）剪力墻應采用細分模型3）混凝土構件的溫度效應宜指定折減系數(shù),一般取為0.3如果用溫度模擬砼收縮，應作為一個獨立工況，且相應溫度工況的屬性應指定為“砼收縮”5) 如果用溫度模擬預應力張拉，也應作為一個獨立工況，且相應溫度工況的屬性應指定為“預應力”PMSAP溫度應力分析注意事項6）軟件會自動增加溫度工況的組合。不考慮溫度前n種工況，考慮后變?yōu)?n種。用戶可以調(diào)節(jié)地震、風與溫度組合時的組合系數(shù)。7）溫度對“砼梁” 產(chǎn)生的軸向拉壓力，pmsap會自動按照偏心受拉或偏心受壓進行截面設計。8）溫度對“砼板” 產(chǎn)生的軸向拉力，pmsap會自動按照偏