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超长混凝土框架结构的温度应力问题一直是研究的热点。在过去由于计算工具的限制,对温度应力问题大都采用简化计算方法或弹性有限元法进行计算。这样虽然能够得到温度应力的大致分布,但与实际情况相差较大。温度应力受到混凝土开裂、基础变形、收缩徐变以及温度场变化的影响,是一个复杂的非线性问题,而高温度应力导致的温度裂缝将会影响结构的正常使用和耐久性,因此开展对超长框架温度应力及温度裂缝的非线性分析具有较重要的意义。本文利用大型通用有限元软件ABAQUS,采用相应混凝土的本构模型,对框架结构在各种因素影响下的温度应力和温度裂缝进行了详细的分析,主要工作体现在以下几方面:
1.采用混凝土弥散裂缝模型对一超长框架结构进行了考虑混凝土开裂的温度应力分析,同时对框架结构温度效应进行了参数分析。计算了重力作用、基础变形对温度应力的影响。结果表明混凝土的开裂会使得温度内力大幅降低,而温度位移则有较小的上升。温度内力随框架跨长、跨数以及梁、柱截面的增长会产生不同的变化。竖向荷载会增大温度内力,而基础变形却使得温度内力减小。
2.利用ABAQUS用户子程序对超长框架结构进行了考虑收缩徐变的温度应力计算。结果表明,徐变的影响会使得框架边柱的温度弯矩和不动点处的温度轴力有大幅下降,其余部位则变化不大。而当同时考虑收缩徐变时,总的温度内力比仅考虑徐变的要大,但仅有小幅上升。
3.根据热传导原理对超长框架结果在72小时内的温度场进行了计算,并选取最不利温度场进行相应的温度应力计算,以考虑温度的非线性分布对温度应力的影响。结果表明温度的非线性分布会使得框架板的温度应力水平大幅上升,并引起更多裂缝,而温度内力也有一定的增大。
4.对扩展有限元基本原理进行了介绍,并利用扩展有限元法对一钢筋混凝土受弯梁的裂缝扩展进行了模拟,通过与实验值进行对比,发现扩展有限元能够较好的模拟混凝土裂缝的扩展。同时对框架结构的温度裂缝进行参数分析,结果表明框架梁、柱截面的变化对温度裂缝宽度影响较大,而框架跨数和跨长温度裂缝裂缝宽度影响则相对较小。