PMSAP溫度應(yīng)力分析

1、結(jié) 構(gòu) 溫 度 效 應(yīng)黃吉鋒 編寫中國建筑科學(xué)研究院軟件所基準溫度度場T0(x,y,z)基準溫度度場的定定義：在不考慮慮任何荷荷載的情情況下，結(jié)構(gòu)在在某溫度度場T0(x,y,z)作用下處處于自平平衡狀態(tài)態(tài)，如果果結(jié)構(gòu)的的當前構(gòu)構(gòu)型與其其初始設(shè)設(shè)計構(gòu)型型完全相相同(點點重合合)，則稱T0(x,y,z)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)的基準準溫度場場。結(jié)構(gòu)在基基準溫度度場作用用下：1）相對于于初始構(gòu)構(gòu)型沒有有任何變變形；2）所有構(gòu)構(gòu)件均不不產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)力或應(yīng)應(yīng)力?；鶞蕼囟榷葓鲈诶砝碚撋鲜鞘谴嬖谇仪椅ㄒ坏牡幕鶞蕼囟榷葓鯰0(x,y,z)對于混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)，其基基準溫度度場T0(x,y,z)可以近似取為混凝凝土的終凝溫度度場。

2、對于鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，如如果在建建造期間間不產(chǎn)生生裝配應(yīng)應(yīng)力，或或者即便便有裝配配應(yīng)力但但在本次次分析中中不考慮慮，則結(jié)結(jié)構(gòu)建造造期的溫溫度場即即可取為為基準溫溫度場?；鶞蕼囟榷葓鯰0(x,y,z)如果鋼結(jié)結(jié)構(gòu)中存存在顯著著的裝配配誤差、裝配應(yīng)應(yīng)力，并并需要用用等效溫溫差場進進行模擬擬，則在在確定基基準溫度度場時，應(yīng)計入入裝配誤誤差的影影響。比如一根根初始設(shè)設(shè)計長度度為L的鋼桿件件，因為為制造誤誤差，實實際長度度為L+L，換算成成等效基基準溫度度的增量量為：或者說，為考慮慮此裝配配應(yīng)力，基準溫溫度還應(yīng)應(yīng)疊加上上該溫度度增量基準溫度度場T0(x,y,z)對于鋼-砼混合合結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)部分和和混凝土土結(jié)構(gòu)

3、部部分的基基準溫度度場分別別按照鋼鋼結(jié)構(gòu)和和混凝土土結(jié)構(gòu)確確定。溫差場外部外部外部內(nèi)部內(nèi)部溫差場外圍梁、柱、墻墻溫差溫差場頂層屋面面梁、板板溫差溫差場結(jié)構(gòu)內(nèi)部部構(gòu)件溫溫差砼收縮的的當量溫溫差場砼在齡期期t的收縮應(yīng)應(yīng)變砼收縮的的當量溫溫差場 溫度應(yīng)力力調(diào)整及及組合因溫度應(yīng)應(yīng)力分析析采用的的是瞬態(tài)態(tài)彈性方方法1）為考慮慮砼的徐徐變應(yīng)力力松弛砼構(gòu)件的的溫度內(nèi)內(nèi)力可以以 乘以以折減系系數(shù)0.3鋼構(gòu)件不不折減溫度應(yīng)力力調(diào)整及及組合2）為考慮慮砼構(gòu)件件裂縫引引起的剛剛度退化化砼構(gòu)件的的剛度可可以乘以以折減系系數(shù)0.85鋼構(gòu)件不不折減溫度應(yīng)力力調(diào)整及及組合溫度效應(yīng)應(yīng)的組合合貢獻正常組合合的附加加項：溫度梯度

4、度所謂溫度度梯度，指的是是溫度場場在構(gòu)件件截面方方向的變變化率。它在數(shù)數(shù)值上等等于構(gòu)件件內(nèi)外（對柱）或者上上下（對對梁、板板）表面面的溫差差與截面面高度（或厚度度）的比比值。溫度梯度度產(chǎn)生局局部的附附加彎矩矩，結(jié)構(gòu)構(gòu)的頂層層及外周周構(gòu)件往往往存在在明顯的的溫度梯梯度。溫差對結(jié)結(jié)構(gòu)的豎豎向錯動動效應(yīng)內(nèi)外構(gòu)件件的溫差差不一致致，造成成結(jié)構(gòu)的的豎向錯錯動變形形一般頂部部的若干干層連接接內(nèi)筒與與邊柱的的框架梁梁，會產(chǎn)產(chǎn)生較大大的錯動動彎矩和和剪力底部若干干層豎向向構(gòu)件（柱和墻墻）的軸軸力會出出現(xiàn)明顯顯的重分分配（有有的構(gòu)件件軸壓比比增大，有的構(gòu)構(gòu)件軸壓壓比減小?。夭顚Y(jié)結(jié)構(gòu)的豎豎向錯動動效應(yīng)錯動彎矩

5、矩明顯軸力重分分配明顯顯溫差對結(jié)結(jié)構(gòu)的豎豎向錯動動效應(yīng)針對溫差差引起的的豎向錯錯動效應(yīng)應(yīng)，在設(shè)計上上對于頂部部幾個樓樓層的框框架梁，配筋應(yīng)應(yīng)該適當當加強；對底部幾幾個樓層層的柱和和墻，軸軸壓比應(yīng)應(yīng)適當從從嚴控制制，以避避免溫度度效應(yīng)引引起的軸軸壓比超超限。可以通過過對“外外表構(gòu)件件”做好好“隔熱熱”措施施，以減減小結(jié)構(gòu)構(gòu)的外表表構(gòu)件溫溫度與結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)部部構(gòu)件溫溫度的差差值。溫差對結(jié)結(jié)構(gòu)的水水平伸縮縮效應(yīng)由于水平平構(gòu)件（梁、板板）的伸伸縮受到到豎向構(gòu)構(gòu)件（柱柱或墻）的約束束，引發(fā)發(fā)結(jié)構(gòu)的的水平伸伸縮效應(yīng)應(yīng)。哪里約束束強，哪哪里溫度度應(yīng)力大大，這是是特點，比如：結(jié)構(gòu)下部部樓層的的梁、板板存在較較大的

6、軸軸拉或者者軸壓力力，設(shè)計計時宜考考慮偏拉拉。距離較近近的兩個個剪力墻墻筒體之之間的連連接構(gòu)件件，溫度度應(yīng)力顯顯著。對均勻的的結(jié)構(gòu)平平面，平平面中部部構(gòu)件的的溫度應(yīng)應(yīng)力顯著著引發(fā)筒體體和框架架柱明顯顯的彎矩矩和剪力力溫差對結(jié)結(jié)構(gòu)的水水平伸縮縮效應(yīng)強筒體之之間的水水平構(gòu)件件，溫度度應(yīng)力顯顯著溫差對結(jié)結(jié)構(gòu)的水水平伸縮縮效應(yīng)均勻結(jié)構(gòu)構(gòu)平面的的中部，溫度應(yīng)應(yīng)力顯著著溫差對結(jié)結(jié)構(gòu)的水水平伸縮縮效應(yīng)減小水平平伸縮效效應(yīng)的措措施1）砼低溫溫入模，低溫養(yǎng)養(yǎng)護，盡盡量降低低砼的終終凝溫度度2）設(shè)置后后澆帶(40m左右)，避開砼砼收縮應(yīng)應(yīng)變的高高峰發(fā)展展期，從從而有效效釋放大大部分的的收縮應(yīng)應(yīng)力（最最好60d后澆

7、筑后后澆帶，不少于于30d）3）通過高高濕度養(yǎng)養(yǎng)護、減減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質(zhì)質(zhì)量、適適當提高高配筋率率，均可可減小砼砼的收縮縮應(yīng)變4）改善使使用環(huán)境境PMSAP溫度度應(yīng)力分分析溫度應(yīng)力力分析是是PMSAP程序的一一個特色色PMSAP具有較為為完善的的溫度應(yīng)應(yīng)力分析析功能，對多高高層建筑筑中的梁、柱、支撐、剪力墻墻和樓板板，均可計算算其溫度度內(nèi)力及及變形，并且可可以把溫度內(nèi)內(nèi)力考慮慮到構(gòu)件件配筋設(shè)設(shè)計中。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析溫度效應(yīng)應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)的影響響在實際際工程中中經(jīng)常會會遇到，可以按按照前面面講過的的方法在在結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計中定定量考慮慮；但由于準準確確定定溫

8、差場場的困難難性，以以及混凝凝土實際際存在的的收縮徐徐變、微微裂縫發(fā)發(fā)展等復(fù)復(fù)雜情況況，很多多時候通通過在構(gòu)構(gòu)造上采采取措施施，來避避免溫度度應(yīng)力的的不利影影響。但即便是是構(gòu)造上上的定性性的考慮慮，也需需要設(shè)計計者對結(jié)結(jié)構(gòu)在溫溫度作用用下產(chǎn)生生的變形形和內(nèi)力力有一個個整體的的、趨勢勢上的把把握，以以明確結(jié)結(jié)構(gòu)上溫溫度應(yīng)力力集中的的部位，從而有有的放矢矢的采取取措施。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析溫度應(yīng)力力的計算算一般包包括兩個個方面：（1）按照熱熱傳導(dǎo)理理論，根根據(jù)彈性性體的熱熱學(xué)性質(zhì)質(zhì)、內(nèi)部部熱源、邊界條條件、初初始條件件，計算算彈性體體內(nèi)各點點在各瞬瞬時的溫溫度，也也即：決定溫度度場。在PMS

9、AP中，我們們不考慮慮這個問問題，溫溫度場需需要由用用戶定義義。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析（2）溫度場場知道以以后，按按照熱彈彈性力學(xué)學(xué)的理論論，根據(jù)據(jù)各物質(zhì)質(zhì)點的溫溫度變化化求解其其溫度應(yīng)應(yīng)力，也也即：決定應(yīng)力力場，這是PMSAP要著重解解決的問問題。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析PMSAP采用有限限元法計計算溫度度應(yīng)力，構(gòu)件的的溫度變變化對結(jié)結(jié)構(gòu)的變變形、內(nèi)內(nèi)力的影影響將等等效為某某種荷載載的影響響，或者者說，任任給一種種溫度變變化，一一定存在在一種荷荷載，二二者對結(jié)結(jié)構(gòu)的變變形、內(nèi)內(nèi)力的影影響完全全一樣，這種荷荷載就稱稱為“等等效荷載載”。這樣看來來，如果果能夠?qū)⒏鞣N構(gòu)構(gòu)件的溫溫度變化化的

10、等效效荷載計計算出來來，接下下來的分分析就與與通常的的分析完完全一樣樣了，所所以說溫溫度應(yīng)力力的分析析，關(guān)鍵鍵是要把把各種構(gòu)構(gòu)件溫度度變化的的等效荷荷載弄清清楚。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析一維桿件件的溫度度等效荷荷載對一維桿桿件，首首先定義義它的局局部坐標標系，局局部系的的x軸定義為為桿軸,y軸和z軸定義為為截面的的兩個主主慣性軸軸。瞬時時溫度場場在局部部系中的的分布函函數(shù)可以以一般地地表達為為：T=f(x,y,z)。一般而而言，自自由桿件件在T=f(x,y,z)的作用下下將同時時發(fā)生伸伸縮和彎彎曲。在PMSAP中，我們們考慮一一種最常常用的溫溫度分布布：溫度度在同一一截面上上不變化化，只沿沿

11、著桿軸軸線變化化，也即即T=g(x),這種溫度度分布將將使自由由桿件只只發(fā)生伸伸縮。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析設(shè)溫度沿沿桿軸線線性變化化：等效荷載載PMSAP溫度度應(yīng)力分分析二維殼元元的溫度度等效荷荷載以三角形形殼元為為例進行行說明。設(shè)三角角殼所在在平面為為xy面，法線線為z軸，同桿桿件一樣樣，我們們只考慮慮形如：T=f(x,y)的溫度場場，這種種溫度場場不使自自由殼元元發(fā)生彎彎曲，只只使之發(fā)發(fā)生伸縮縮。設(shè)三三角殼的的溫度分分布為：其中：是是面面積坐標標，PMSAP溫度度應(yīng)力分分析等效荷載載（等效效體力部部分）PMSAP溫度度應(yīng)力分分析等效荷載載（等效效面力部部分）PMSAP溫度度應(yīng)力分分析步

12、驟驟1）用PMCAD或者STS-1建立結(jié)構(gòu)構(gòu)模型。2）進入PKPM的“PMSAP”主菜單，然后進進入“補補充建模?！?，點點取“溫溫度 荷載載”菜單單，在此此定義各各個樓層層的各節(jié)節(jié)點的溫溫度變化化值。3）執(zhí)行“接PM生成PMSAP數(shù)據(jù)”4）進入“參數(shù)補補充及修修改”菜菜單，點點取“參參數(shù)修改改-總信息”，按照照需要修改“溫度荷荷載參數(shù)數(shù)”，包包括砼構(gòu)件效效應(yīng)折減減系數(shù)，溫度荷荷載組合合系數(shù)，彈性模模量折減減系數(shù)等。5）執(zhí)行“結(jié)構(gòu)分分析與配配筋計算算”6）進入“分析結(jié)結(jié)果的圖圖形顯示示”察看看計算結(jié)結(jié)果，包包括溫度度荷載產(chǎn)產(chǎn)生的結(jié)結(jié)構(gòu)變形形、構(gòu)件件內(nèi)力以以及考慮慮了溫度度荷載組組合的構(gòu)構(gòu)件配筋筋

13、結(jié)果。全樓定義義彈性膜膜指定節(jié)點點溫差PMSAP溫度度應(yīng)力分分析注意意事項PMSAP溫度應(yīng)力力分析注注意事項項：1）所有樓樓板均應(yīng)應(yīng)定義成成彈性膜膜2）剪力墻墻應(yīng)采用用細分模模型3）混凝土土構(gòu)件的的溫度效效應(yīng)宜指指定折減減系數(shù),一般取為為0.3如果用溫溫度模擬擬砼收縮縮，應(yīng)作作為一個個獨立工工況，且且相應(yīng)溫溫度工況況的屬性性應(yīng)指定定為“砼砼收縮”5)如果用溫溫度模擬擬預(yù)應(yīng)力力張拉，也應(yīng)作作為一個個獨立工工況，且且相應(yīng)溫溫度工況況的屬性性應(yīng)指定定為“預(yù)預(yù)應(yīng)力”PMSAP溫度度應(yīng)力分分析注意意事項6）軟件會會自動增增加溫度度工況的的組合。不考慮慮溫度前前n種工況，考慮后后變?yōu)?n種。用戶戶可以調(diào)調(diào)節(jié)地震震、風與與溫度組組合時的的組合系系數(shù)。7）溫度對對“砼梁梁”產(chǎn)產(chǎn)生的軸軸向拉壓壓力，pmsap會自動按按照偏心心受拉或或偏心受受壓進行行截面設(shè)設(shè)計。8）溫度對對“砼板板”產(chǎn)產(chǎn)生的軸軸向拉力力，pmsap會自動按按照偏心心受拉進進行截面面設(shè)計，但