黃長鑫

（青島隆岳置業(yè)有限公司，山東 青島 266000）

1 引言

結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力分析問題較為復(fù)雜，當(dāng)前的設(shè)計規(guī)范中針對此問題給出的多為構(gòu)造措施，并不能很好地解決實際工程中大體量、超長結(jié)構(gòu)遇到的問題。根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]，當(dāng)發(fā)生可能危及結(jié)構(gòu)安全或正常使用的溫度作用效應(yīng)時，宜進行間接作用分析，但規(guī)范對于具體如何分析未給出說明。

為此，本文結(jié)合某工程算例，探究了混凝土收縮徐變對溫度應(yīng)力的影響并給出了合理建議，以期為實際工程中超長、大體量工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供借鑒。

2 分析案例概況

本文對某實際工程進行了簡化處理，建立了一個主樓帶裙房的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)作為分析對象。其中，主樓15 層，裙房5 層，無地下室，有空調(diào)采暖，各層層高均為4 m。柱網(wǎng)尺寸8 m×8 m，主梁截面為400 mm×700 mm；柱截面為800 mm×800 mm、1 000 mm×1 000 mm、1 200 mm×1 200 mm、板厚200 mm，剪力墻厚度300 mm；梁、板、墻、柱混凝土強度均為C30。

算例的整體模型如圖1 所示。計算軟件采用MIDAS GEN V800。

圖1 計算模型簡圖

3 混凝土的收縮

根據(jù)目前研究的結(jié)果，混凝土的收縮應(yīng)變與以下影響因素有關(guān)：混凝土齡期、混凝土強度等級、尺寸效應(yīng)、所處環(huán)境的相對濕度、所用水泥品質(zhì)、用量等[2]。由CEB-FIP MC90 提出的混凝土齡期t時刻的收縮應(yīng)變εcs（t）的計算公式，得到混凝土的收縮應(yīng)變齡期曲線，如圖2 所示。

圖2 混凝土收縮應(yīng)變齡期曲線

從圖2 曲線可知：（1）混凝土早期收縮應(yīng)變速率快，設(shè)置后澆帶十分重要；（2）收縮效應(yīng)不可忽視，應(yīng)盡量使混凝土低溫入模合攏、并保持溫度和適當(dāng)?shù)臐穸龋瑥亩鴾p小負溫差效應(yīng)；（3）收縮效應(yīng)前期（0～3 a）增長快，3 年以后逐漸趨于穩(wěn)定，在結(jié)構(gòu)設(shè)計齡期內(nèi)持續(xù)變形。

4 混凝土的徐變

混凝土的徐變與應(yīng)力及時間相關(guān)，其變形的與作用的應(yīng)力同向。根據(jù)CEB-FIP MC90 給出混凝土作用持續(xù)時間t時刻的徐變的計算公式，計算得到算例中混凝土構(gòu)件徐變系數(shù)的時間曲線，如圖3 所示。

圖3 混凝土徐變系數(shù)時間曲線

從圖3 曲線中可知：（1）徐變效應(yīng)前期（0～3 a）增長速率快；（2）徐變效應(yīng)3 年以后趨于穩(wěn)定，在結(jié)構(gòu)設(shè)計齡期內(nèi)持續(xù)變形；（3）設(shè)計模擬時，由于前期徐變速率快，施工階段模擬時時間步長選擇3～7 d 為宜；進入使用階段后，徐變的變化速率降低，其迭代步長選擇30～90 d 為宜。

5 計算分析結(jié)果

為研究混凝土收縮徐變和施工過程模擬對結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的影響，本文利用MIDAS GEN V800 軟件對算例建立了兩個有限元分析模型。模型①不考慮混凝土收縮徐變，考慮施工過程逐層施加溫差，模型②考慮混凝土收縮徐變，考慮施工過程逐層施加溫差。各模型在溫度作用下的變形及內(nèi)力如圖4～圖6 所示，各模型主要計算結(jié)果見表1。

表1 模型主要計算結(jié)果

圖4 溫度作用下變形圖

圖5 溫度作用下構(gòu)件彎矩圖

圖6 溫度作用下邊框架柱彎矩圖（單位：kN·m）

模型①、②結(jié)果對比可知：（1）考慮混凝土收縮徐變效應(yīng)后，結(jié)構(gòu)整體變形趨勢未發(fā)生較大變化，最大位移仍發(fā)生在裙房框架柱跨中，但結(jié)構(gòu)最大位移增大；（2）同時結(jié)構(gòu)柱底反力減??；從邊框架柱的彎矩圖可看出，考慮混凝土收縮徐變后，邊框架柱底彎矩減小，柱頂彎矩增大，彎矩值整體上有所降低。

6 結(jié)語

本文結(jié)合某工程算例，較為詳細地對影響結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的關(guān)鍵因素進行了探討，得到以下結(jié)論：

1）混凝土施工階段收縮應(yīng)變變化速率快，對于大體量及超長結(jié)構(gòu)來說，需采取設(shè)置溫度后澆帶，混凝土低溫入模，減小澆筑過程中混凝土溫度和濕度的變化等構(gòu)造措施來減小混凝土的收縮應(yīng)力。

2）混凝土施工階段的徐變變化速率快，進入使用階段后徐變變化趨于穩(wěn)定；設(shè)計模擬時，由于前期徐變速率快，施工階段模擬時時間步長選擇3～7 d 為宜，進入使用階段后，徐變的變化速率降低，其迭代步長選擇30～90 d 為宜。

3）混凝土的收縮和徐變效應(yīng)可以起到降低溫度應(yīng)力峰值的作用，使應(yīng)力分布更為均勻。因此，在溫度應(yīng)力的計算過程中，尤其對于大體積及超長混凝土結(jié)構(gòu)而言，考慮混凝土的收縮和徐變性能，對優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置、節(jié)約鋼筋含量起到一定作用。