超长结构温度作用响应分析及无缝设计研究

论文摘要

随着城市建设的蓬勃发展,各种大型建筑频频出现。建筑结构不但在高度上超高,同时在水平方向上也超长。建筑对不设缝结构的单体长度要求越来越高,随之工程师们就提出了超长结构的无缝设计。如今超长结构的无缝设计在现代建筑中得到的迅猛的发展,并取得了较好的经济效益和社会效益,如满足建筑物的使用功能、立面造型、及象征意义要求；克服了因设置变形缝可能带来的耐久性、耐火性、水密性和维修性等问题；方便了设备管线的布设；更有利于结构抗震；避免变形缝之间的结构单元因刚心与质心不重合而引起严重的扭转破坏效应；等等。超长结构的无缝设计带来了很多好处。但是,超长结构由于温差变化引起的温度应力往往是裂缝形成的主要原因,因此,超长结构的温度效应分析是不可避免的。当今,对超长结构的温度作用的研究并不是很多,基本上建立在经验基础上。本文参考一些文献资料,首先通过一定的温度荷载计算方法(线性分布法)计算出结构的可能温度工况；然后结合郑州新火车站的工程结构背景,利用其ANSYS有限元模型,不考虑结构自重和外荷载的作用,仅仅考虑温度作用,材料只考虑弹性变形,调用程序中线性静力结构分析模块计算结构在不同温度工况下的温度效应,分析其主要受力构件(梁、板、柱)的变形和内力(或应力),从而确定最不利工况及结构薄弱部位；最后论述超长结构无缝设计的技术措施,并针对本工程提出一些加强局部结构的建议,并建立一定的理论依据,为其他工程实践提供参考。通过温度效应的分析,得出如下结论：(1)结构在相同约束条件下,同一构件温度变化大,变形和内力大；同一构件温度变化小,变形和内力小；结构构件的变形随着结构高度的增加逐渐变大,结构构件的内力随着结构高度的增加逐渐变小。(2)结构主要承力构件(梁、板、柱)内力最大部位发生在站台层,结构主要承力构件(梁、板、柱)内力最小部位发生在屋面层；(3)通过各种工况的比较,得出工况4为最不利工况。考虑到混凝土收缩对结构的不利影响,应尽量延长站台层后浇带的留置时间,并尽量将后浇带的合拢封堵时间安排在温度较低的春秋两个季节。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 超长结构概述
• 1.1.1 超长结构的定义
• 1.1.2 超长结构定义的不完善性
• 1.2. 广义超长结构
• 1.2.1 广义超长结构的提出
• 1.2.2 广义超长结构定义
• 1.3 超长结构温度作用简述
• 1.4 工程背景
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 温度应力基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 温度应力的产生机理
• 2.3 温度应力与变形的关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 超长结构温度作用分析与取值
• 3.1 不同时段温度作用对结构的影响
• 3.1.1 建筑物主体结构处于混凝土连续浇捣施工阶段
• 3.1.2 建筑物处于装修期
• 3.1.3 建筑物正常投入使用后阶段
• 3.2 温度作用分类
• 3.3 温度分布的影响因素
• 3.3.1 外界条件方面
• 3.3.2 内部条件方面
• 3.4 温度荷载的计算方法
• 3.4.1 Fourier一维热传导法
• 3.4.2 等效稳态传热理论方法
• 3.4.3 指数曲线法
• 3.4.4 线性分布法
• 3.5 温度工况设计
• 3.5.1 温度荷载（温差）的确定
• 3.5.2 温度工况的确定
• 3.6 本章小结
• 第4章 超长结构温度效应分析与讨论
• 4.1 超长结构在温度作用下的有限元计算方法
• 4.1.1 有限元计算的基本理论
• 4.1.2 有限元计算模型的建立
• 4.2 工程结构说明
• 4.3 结构温度效应分析
• 4.3.1 工况1
• 4.3.2 工况2
• 4.3.3 工况3和工况4
• 4.4 本章小结
• 第5章 超长结构无缝设计研究
• 5.1 超长结构无缝设计理念的提出
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 超长结构无缝设计的目的和意义
• 5.2 超长结构无缝设计的技术措施
• 5.2.1 设计措施
• 5.2.2 施工措施
• 5.3 针对本工程无缝设计的一些建议措施
• 5.3.1 设置施工后浇带
• 5.3.2 采用预应力梁
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间公开发表的论文