温度改变对超长混凝土构件的影响

中国分类号：TU375文献标识码：A 文章编号：

摘要：混凝土超长框架结构的性能经常会受到温度应力的破坏。温度应力可以分为平均温度应力和弯曲温度应力，文章分析了两种温度应力的不同之处，并提出了相应的解决方法，希望有助于超长混凝土构件温度应力的防治。

关键词:框架;超长;温度应力;混凝土

Abstract: ultra-long concrete frame structure of the performance is often will be affected by the destruction of the temperature stress. Temperature stress can be divided into the average temperature stress and bending temperature stress, the paper analyzes the two kinds of temperature stress differences, and puts forward corresponding solutions, hope to overlong concrete component the prevention and control of the temperature stress.

Keywords: framework; Long; Temperature stress; concrete

超长混凝土构件施工时经常采取设缝工艺，由于设缝后结构的整体性会受到影响，进而影响到建筑的通风、排水、保温等功能，因此，建筑界已经兴起了不设缝的思想。通常情况下，混凝土构件越长，温度引起的变形越大，约束内力也越大，最后容易引起构件产生裂缝，从而对建筑的使用功能造成破坏，因此，采取有效措施防治超长混凝土构件因温度引起的裂缝是非常有必要的。

温度对超长混凝土构件的作用比较复杂，计算温度应力时，不能简单地将构件分解成楼板、次梁、框架进行计算，因为支承形式、楼面结构、刚度、材料特性对温度应力的影响关系复杂。目前常用的结构设计软件都不具备计算分析温度应力的功能，实际工作中，要想准确计算温度应力，难度比较大，因此，工程建设时，温度应力的确定是一个难题。目前，只能根据工程施工经验，按照现行规范标准定性地留设温度缝的最大间距，准确性不高。但是，随着建筑施工工艺要求的不断提高，这种方法的局限性越来越明显，难以满足建筑功能的要求。因此，施工时，工程技术人员务必深入计算分析温度应力的分布特点。

1.温度应力的种类及影响因素

温度应力可以分为平均温度应力和弯曲温度应力。平均温度应力的成因如下：楼盖的温度上升或者下降后，会发生热胀冷缩，引起楼盖伸长或缩短，这时与楼盖整浇在一起的柱子却没有发生相应的热胀冷缩，因此必然对楼盖的伸缩造成约束，产生剪力，这种柱剪力会引起板中产生轴向作用力。需要注意的是平均温度应力分布较为平均，当楼板受到强烈拉伸作用时，容易形成贯穿裂缝。柱子的抗侧刚度是影响平均温度应力的最重要因素，混凝土构件不长时，柱子的抗侧刚度不会很大，这时柱子的剪力也不会很大，因此平均温度应力也不会很高。混凝土构件的平面刚度中心位置可以视为温度变形不动点，平均温度应力的最大值出现在此处。混凝土具有优秀的抗压性能、较差的抗拉性能，温度升高时楼盖的平均压应力对构件影响不大，但是温度降低时，拉应力可能引起较为严重的后果，必须采取有效措施予以解决。

弯曲温度应力的成因如下：首先是混凝土楼板产生收缩，引起柱剪力，进而产生柱弯矩，梁和柱是刚性连接的，因此柱弯矩可以传递到梁上，引起梁弯矩，而此时竖向载荷也会对梁施加弯矩，两者很有可能叠加，使得弯曲应力增加，因此裂缝会变得更宽，超过了相关规范规定的许可值。温度升高或者下降时引起的弯曲温度应力都应该纳入考查范围，尤其要重视温度升高产生的应力，其作用方向与竖向载荷作用引起的应力一致，对梁柱端部的影响更大。框架结构中间楼层产生的弯曲温度应力比较小，但是温度对暴露在大气中的顶层楼盖影响很大，而对下层楼盖的影响小很多，使两层楼盖热胀冷缩程度不一致，使得结构承受过大的拉应力，严重时混凝土可能发生开裂。

2.温度应力的计算

2.1温度应力取值方法

温度变化时，混凝土构件因为变形而受到约束形成的应力就是温度应力。杆系构件中温度应力计算方法如下：

σT=Ec・α・ΔT

式中各符号含义如下：

σT-温度应力；Ec-混凝土弹性模量；

α-热膨胀系数，通常情况下取值为10-15×10-5/℃;

T-温差，是骤降温差、季节温差、日照温差的共同值；

2.2温差的确定

内外温差、季节温差、日照温差取值方法分别如下：

⑴聚降温差ΔTX

日照降温温差或寒流降温温差都可以引起骤降温差，骤降温差在混凝土构件表面的计算方法如下：

ΔTX=ΔT0e-ax

上式中：ΔT0为构件表面的内外温差值；

a-温度分布曲线指数；x-计算点距构件外表面的距离，单位为m；

⑵季节温差ΔTy

季节温差对混凝土构件的影响以构件平均温度为计算依据，指的是施工期间混凝土浇筑时的温度与构件使用时温度的差值。

ΔTy=Tmax（或Tmin）-T0

上式中：Tmax或Tmin为工程所在地区月平均气温的最高值或最低值；

T0-混凝土构件浇筑时的温度；

⑶日照温差ΔTτ

日照温差会随着工程所在地区的位置、建筑物表面的粗糙程度和颜色、建筑物外墙材料特性的不同而发生变化，指的是构件表面受到太阳正晒时温度峰值之差，可以根据相关地区的气象资料予以确定。

3.如何确定温度荷载组合

当前正在使用的混凝土结构设计规范和荷载规范都没有明确规定温度应力和其他荷载的组合方法。进行结构设计计算时，温度应力的组合系数可以取现行荷载规范中活荷载组合系数值即0.7-0.9。考虑到环境因素、季节变化的影响，温度应力效应的各项系数可按如下方法取值：

⑴对荷载效应进行准永久组合及频遇组合时，准永久系数取值为0；对荷载效应进行基本组合时，其分项系数取值为1.2。

⑵在荷载基本组合及荷载准永久组合或频遇组合时的组合系数均取为0.7。

⑶对荷载效应进行标准组合时，取值为0.7；如果工程有特殊要求，最大值可取0.9。

4.温度应力的解决方法

可以通过设置预应力钢筋的方法解决平均温度应力，混凝土板收缩后，会产生拉应力，而预应力钢筋产生的预压应力可以抵销一部分拉应力，从而避免裂缝宽度增加。但是此种方法防治弯曲温度应力的效果却十分有限；此外，施加预应力后，负温差产生的侧向变形会与柱子承受外荷载之前产生的侧向变形叠加，这会导致局部拉应力的增加，可见，解决弯曲温度应力，不宜采用“抗”的方法，而应该采用“放”的方法，也就是尽量减小框架柱的抗侧刚度，从而降低柱侧移引起的梁柱弯矩及相应的应力。

本文提出了一种将滑动橡胶支座设置在混凝土框架结构顶层柱顶的方法，此法能够抵消楼盖受到框架柱的约束，从而使得楼盖侧向不必再承受侧向相对变形最大的柱子的约束，这样柱子、楼盖的弯曲温度应力就降低了很多。

在顶层柱顶设置滑动支座时，为了使结构的整体性不受到破坏，必须使一部分柱与楼盖进行刚性连接，这部分柱子会承受地震时产生的全部水平剪力，从而保证顶层楼盖在水平扰动下还能够复位。由于框架结构在承受地震作用时，柱剪力往往下大上小，为了不减弱结构的抗震性能，温度变形的释放点宜选择在边柱位置。此外，将滑动橡胶支座设置在顶层边柱处的另一个原因是此处的弯曲温度应力释放效率是最高的，因为这个位置的应力通常是其他部位的2倍以上，而且边柱的约束释放后，平均温度应力也会明显降低。

5.结论

工程技术人员应该充分了解超长混凝土构件温度应力产生的特征，这样才能做到有的放矢。具体如下：构件温度的升高和降低都会引起局部应力；局部拉应力对混凝土裂缝的影响不大，而平均拉应力的危害很大；楼盖中间位置局部应力最大，一般会高出平均应力很多，很容易产生裂缝，应该予以高度重视。

【参考文献】

吴京 超长混凝土框架结构中温度应力的研究 工业建筑 2006

刘爽 李丙忠 温度应力对钢筋混凝土结构影响的探讨 民营科技 2009

潘进红 超长混凝土框架结构释放温度应力研究与实践郑州工学院学报 2008