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初应变对现浇混凝土屋面板内力的影响.pdf
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1、第 3 7卷 第 2期 2 0 1 0年 2月 建筑技术开发 Bui l d i n g Te c h ni q u e De v e l o p me n t Vo 1 3 7,No 2 F e b 2 Ol O 初应 变对现 浇混凝 土屋 面板 内力的影响 王懿丁圣果 ( 贵 州 大学土木 建筑工程 学 院, 贵 阳5 5 0 0 0 3 ) 摘 要 针对混凝土屋面板因特殊 的生成环境及使用 环境而产生显 著初变形 的特征 , 采 用 A N S Y S有限元分析 软件, 分析混凝土屋面板初应变产 生的内力特性及开裂机 理 , 并 在总结归纳典 型分析结 果的基础上结合 工程应用 提出建议
2、 。希望所做的工作对这类构件的设计及施工提供有价值参考 。 关键词 屋 面板 ; 初应变 ; 开裂 中图分类号 T U 3 1 2 1 文献标 志码 A 【 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 0 ) 0 2 - 0 0 0 6 - 0 5 I NFLUENCE oF I NI TI AL S TRAI N oN CoNCRETE RooF- PLATE A b s t r a c t K e y w o r d s W a n g Yi Di ng S h e n g g u o As t h e p a r t i c u l a r wo r k e nv i r o
3、 n me n t a n d f o r ma t i o n e n v i r o nme n t o f t he c o n c r e t e r o o f - p l a t e, t he n o t i c e a bl e i n i t i a l s t r a i n t a k e p l a c e By t h e f i ni t e e l e me n t a na l y s i s s o f t wa r e ANSYS , i n t e r na l f o r c e a n d c r a c k me c ha n i s m o f t
4、 h e c o nc r e t e r o o f - pl a t e b a s e d o n t he i n i t i a l s t r a i n a r e a n a l y s e d S um u p t h e a c h i e v e d t y p i c a l r e s ul t s a n d i n t e r g r a t e wi t h t he e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n,T he f i n i s h e d wo r k a r e e x p e c t e d t o
5、p r o v i d e a v a l u a bl e r e f e r e n c e f o r t h e d e s i g n i ng a n d c o n s t r u c t i on o f t h e c o n c r e t e r o o f p l a t e r o o f - pl a t e; i n i t i a l s t r a i n; c r a c k 1 背景 现 浇混凝土屋 面板 开裂是建 筑工程 中较难 克服的质量 通病 。引起屋面板 内应力 超限 的因素包括 直接作用 与间接 作 用, 前者 主要指板 面竖 向荷 载集度 ,
6、其作 用效应无 论在理 论或设计实践中人们 已有 了较详实的认识 ; 间接作用主要 由 于屋面板的约束 变形 , 包括 板的轴 向伸缩 及 弯 曲变形 。引起屋 面板约束初应变的因素十分复杂 , 主要影响 因 素可归纳如下 : 1 ) 变温 : 屋面板处 于较特 殊的工 作环境 , 外缘处 于露天 环境 , 内缘处 于室 内环境 , 因昼夜温差及季节温差作用 , 屋面 板工作环境存在较大的内外缘温差 t 和轴线变温 t 。 。A t 最 高 可达 3 0 5 0 C, 此外 , 因建筑所处地理环境不同 , 屋面板长 期工作环境尚存 在明显差 异 , 如西部 高海拔地 区冬季 干燥 , 冻雨 ,
7、 季节温 差大 , 这 与沿 海地 区湿热 天候 形成 较 大差 异。 基金项 目: 国家自然科学基 金资助项 目( 项 目编号 : 5 0 8 6 8 0 0 2 ) 收稿 日期: 2 0 0 91 1一l 5 作者简介 : 王懿( 1 9 8 6 ) , 男 , 贵州遵义人 , 本科 毕业于 四川大 学建 筑与环境学院, 现为贵州大学 土木建筑学院结构工程硕士 研究生 。 研究方 向: 建筑结构上部体系弹塑性分析 。 6 变 温 作 用 包 括 板 中 面 平 均 变 温 作 用 包 括 板 中 面 平 均 变 温 t 。 和内外缘温差 , 若 混凝土线 性膨胀 系数为 , 当板上缘 变
8、温 t o C, 板下缘变温 f 时: 轴线平均变温 t o: , 内外缘 温差 A t =l t 。 一 t J , 从而引起轴线正应变 : O tt 。 。截面转角 d 一t a n d O= d ( t 2一 t ) d s h , 引起轴线弯 曲应变 , c o =d O d s = d ( 一 ) 出 h d s : ( 图 1 ) 。 d O | d f l 出 f 、 、d 口 1 轴线 a t o 凼 、 | | t 2 t 、 d s a t , d s 图 1 曲率计算模型 第 3 7卷 王 懿, 等 : 初应 变对现浇混凝 土屋 面板 内力的影响 第 2期 2 ) 施工条
9、件差 异。因施工中对下缘 养护不便 , 混凝 土的 固结环境在内外缘存在显著差异 , 内外缘 的混凝土收缩量不 一 致导致初曲率 K ; 3 ) 材料物理差异。混凝 土配合 比、 水灰 比、 骨料 强度 、 粒 度 、 添加剂均是引起混凝土板正应变的显著因素 ; 对材料物理性质及施工条件 引起 的轴 向变形 , 一般需 由实验确定 , 文献 1 在进行大量调查统计 及实验 的基础 上 , 提 出估计 的计算公式 : 0 lM l M 2 M 其中 8 =3 2 41 0一, 为标 准 状 态 下 单 位 长度 的极 限收 缩 量 。 M。 一|】l f 。 。 为对 s 。 的修正 系数 ,
10、分别 考虑 了水泥 品种 、 骨 料 、 水灰 比、 配筋率 、 施工操作 方法 、 初 期养护 时间与加荷 龄 期等 因素对标准状态极 限收缩应变 的影响。 4 ) 边界约束强度差 异。建筑结 构设计 中板与 梁肋均采 用上缘平或下缘平 , 因此引起 板 内外缘 约束 条件不 同, 一般 内缘约束强于外缘 约束 ; 当建 筑形式不 同时 , 屋面 板的边界 约束强度存在一定差异 。 以上初步分析表明 , 影 响屋 面板约束 变形 的因素虽然多 而复杂 , 但其作用效应均可归结为在板 内引起约束初应 变一 正应 变 。 及 弯曲变形 。 。为了掌握初应变 对板 内组合 内 力影响程度 , 采用
11、 A N S Y S软件对 3 O余组不 同初应变模 型进 行了较深入定量分析 ; 在归纳、 总结典 型计算 结果的基础上 , 初步揭示初应变引起 的板效应特征 , 并结 合工程应用提 出建 议 。希望所做的工作对屋 面板裂缝控制 的设计 、 施工发挥有 价值 的参考作用。 根据我们前期 的工作总结 , 数值分析 中考虑以下主要分 析计算原则是必要 的。 1 ) 结构体 系应按多 构件协 同工作 原理建模 。这 是 由于 板的约束变形受 与之相连 的其它 构件影 响, 根据 计算经 验 , 梁 、 板 、 柱均采用实体单元建模 , 计算选用了 S O L I D 6 5单元进 行整体建模 ,
12、这要 比采用杆 一 板 一壳多单元组合建 模更能反 映 实 际工 况 。 2 ) 初应变不仅考 虑平均轴线应变 , 且须引入初弯 曲应 变 。 3 ) 材料物理模型非线性 , 混凝土采用多线性等 向强化模 型 M I S 0模拟 , 一 关 系如图 3 , 钢筋采 用双线 性等 向强化 模 型 B S O模 拟 。 4 ) 考虑开裂引起应力 重分布影响 。 图 2 有限元模型 2 0 0 1 7 5 1 5 0 1 2 5 l 0 0 75 50 25 O 图 3 混凝土本构关系 5 ) 考虑 竖 向荷 载与 约束 变 形共 同引 起板 的 组合 效 应 特征 J 。 2计算模 型 按上述计算
13、原则 , 运用 A N S Y S 有 限元 软件所建 模型 中, 最能直接反映 初应变 影响 的模 型如 图 2 。混 凝土强 度等级 C 3 0 , 抗拉强度设计值 1 4 3 X 1 0 P a , 二级 钢筋。模型 的几何 参量为 : 层高 4 m, 跨度为 5 m 6 m, 板厚 2 0 0 m m, 双向布筋 , 配筋率 0 3 ; 梁截面取 3 0 0 mm 6 0 0 mm, 配筋率 为 0 6 ; 柱截面为 5 0 0 m m5 0 0 mm, 配 筋率为 1 6 。网格尺 寸为 0 2 1 1 1 , 共分为 3 8 2 2个结 点 , 2 0 3 6个 单元 。力 收 敛
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- 关 键 词:
- 应变 混凝土 屋面板 内力 影响
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