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(guó)建筑科學(xué)研究院軟件所基準(zhǔn)溫度度場(chǎng)T0(x,y,z)基準(zhǔn)溫度度場(chǎng)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(chǎng)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(dāng)前構(gòu)構(gòu)型與其其初始設(shè)設(shè)計(jì)構(gòu)型型完全相相同(點(diǎn)點(diǎn)重合合)，則稱T0(x,y,z)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)的基準(zhǔn)準(zhǔn)溫度場(chǎng)場(chǎng)。結(jié)構(gòu)在基基準(zhǔn)溫度度場(chǎng)作用用下：1）相對(duì)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?zhǔn)溫度度場(chǎng)在理理論上是是存在且且唯一的的基準(zhǔn)溫度度場(chǎng)T0(x,y,z)對(duì)于混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)，其基基準(zhǔn)溫度度場(chǎng)T0(x,y,z)可以近似取為混凝凝土的終凝溫度度場(chǎng)。

2、對(duì)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(chǎng)即即可取為為基準(zhǔn)溫溫度場(chǎng)?；鶞?zhǔn)溫度度場(chǎng)T0(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(chǎng)進(jìn)進(jìn)行模擬擬，則在在確定基基準(zhǔn)溫度度場(chǎng)時(shí)，應(yīng)計(jì)入入裝配誤誤差的影影響。比如一根根初始設(shè)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度度為L(zhǎng)的鋼桿件件，因?yàn)闉橹圃煺`誤差，實(shí)實(shí)際長(zhǎng)度度為L(zhǎng)+L，換算成成等效基基準(zhǔn)溫度度的增量量為：或者說，為考慮慮此裝配配應(yīng)力，基準(zhǔn)溫溫度還應(yīng)應(yīng)疊加上上該溫度度增量基準(zhǔn)溫度度場(chǎng)T0(x,y,z)對(duì)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(zhǔn)溫度度場(chǎng)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(chǎng)外部外部外部?jī)?nèi)部?jī)?nèi)部溫差場(chǎng)外圍梁、柱、墻墻溫差溫差場(chǎng)頂層屋面面梁、板板溫差溫差場(chǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部部構(gòu)件溫溫差砼收縮的的當(dāng)量溫溫差場(chǎng)砼在齡期期t的收縮應(yīng)應(yīng)變砼收縮的的當(dāng)量溫溫差場(chǎng) 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(xiàn)正常組合合的附加加項(xiàng)：溫度梯度

4、度所謂溫度度梯度，指的是是溫度場(chǎng)場(chǎng)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(duì)柱）或者上上下（對(duì)對(duì)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(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)的豎豎向錯(cuò)動(dòng)動(dòng)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(cuò)錯(cuò)動(dòng)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(huì)產(chǎn)產(chǎn)生較大大的錯(cuò)動(dòng)動(dòng)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(huì)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?duì)結(jié)結(jié)構(gòu)的豎豎向錯(cuò)動(dòng)動(dòng)效應(yīng)錯(cuò)動(dòng)彎矩

5、矩明顯軸力重分分配明顯顯溫差對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)的豎豎向錯(cuò)動(dòng)動(dòng)效應(yīng)針對(duì)溫差差引起的的豎向錯(cuò)錯(cuò)動(dòng)效應(yīng)應(yīng)，在設(shè)計(jì)上上對(duì)于頂部部幾個(gè)樓樓層的框框架梁，配筋應(yīng)應(yīng)該適當(dāng)當(dāng)加強(qiáng)；對(duì)底部幾幾個(gè)樓層層的柱和和墻，軸軸壓比應(yīng)應(yīng)適當(dāng)從從嚴(yán)控制制，以避避免溫度度效應(yīng)引引起的軸軸壓比超超限?？梢酝ㄟ^過對(duì)“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(duì)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(qiáng)，哪哪里溫度度應(yīng)力大大，這是是特點(diǎn)，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(jì)計(jì)時(shí)宜考考慮偏拉拉。距離較近近的兩個(gè)個(gè)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(duì)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(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)的水水平伸縮縮效應(yīng)強(qiáng)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(duì)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(duì)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(hù)，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(hù)、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(dāng)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(gè)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(duì)多高高層建筑筑中的梁、柱、支撐、剪力墻墻和樓板板，均可計(jì)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(jì)中。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析溫度效應(yīng)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)的影響響在實(shí)際際工程中中經(jīng)常會(huì)會(huì)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(jì)中定定量考慮慮；但由于準(zhǔn)準(zhǔn)確確定定溫

8、差場(chǎng)場(chǎng)的困難難性，以以及混凝凝土實(shí)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(shí)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(jì)計(jì)者對(duì)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(gè)個(gè)整體的的、趨勢(shì)勢(shì)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(jì)算算一般包包括兩個(gè)個(gè)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(jì)算算彈性體體內(nèi)各點(diǎn)點(diǎn)在各瞬瞬時(shí)的溫溫度，也也即：決定溫度度場(chǎng)。在PMS

9、AP中，我們們不考慮慮這個(gè)問問題，溫溫度場(chǎng)需需要由用用戶定義義。PMSAP溫度度應(yīng)力分分析（2）溫度場(chǎng)場(chǎng)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(diǎn)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(chǎng)，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(jì)計(jì)算溫度度應(yīng)力，構(gòu)件的的溫度變變化對(duì)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(duì)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(jì)計(jì)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(duì)一維桿桿件，首首先定義義它的局局部坐標(biāo)標(biāo)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(gè)主主慣性軸軸。瞬時(shí)時(shí)溫度場(chǎng)場(chǎng)在局部部系中的的分布函函數(shù)可以以一般地地表達(dá)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(shí)時(shí)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(jìn)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(chǎng)場(chǎng)，這種種溫度場(chǎng)場(chǎng)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(biāo)標(biāo)，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(jìn)入PKPM的“PMSAP”主菜單，然后進(jìn)進(jìn)入“補(bǔ)補(bǔ)充建模?！保c(diǎn)點(diǎn)取“溫溫度 荷載載”菜單單，在此此定義各各個(gè)樓層層的各節(jié)節(jié)點(diǎn)的溫溫度變化化值。3）執(zhí)行“接PM生成PMSAP數(shù)據(jù)”4）進(jìn)入“參數(shù)補(bǔ)補(bǔ)充及修修改”菜菜單，點(diǎn)點(diǎn)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(jì)算算”6）進(jìn)入“分析結(jié)結(jié)果的圖圖形顯示示”察看看計(jì)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(diǎn)點(diǎn)溫差PMSAP溫度度應(yīng)力分分析注意意事項(xiàng)PMSAP溫度應(yīng)力力分析注注意事項(xiàng)項(xiàng)：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(xì)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(gè)個(gè)獨(dú)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(gè)個(gè)獨(dú)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(xiàng)6）軟件會(huì)會(huì)自動(dòng)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(fēng)與與溫度組組合時(shí)的的組合系系數(shù)。7）溫度對(duì)對(duì)“砼梁梁”產(chǎn)產(chǎn)生的軸軸向拉壓壓力，pmsap會(huì)自動(dòng)按按照偏心心受拉或或偏心受受壓進(jìn)行行截面設(shè)設(shè)計(jì)。8）溫度對(duì)對(duì)“砼板板”產(chǎn)產(chǎn)生的軸軸向拉力力，pmsap會(huì)自動(dòng)按按照偏心心受拉進(jìn)進(jìn)行截面面設(shè)計(jì)，但