地下室墙板环境温度应力理论及有限元分析研究

论文摘要

目前,全国各地涌现出了许许多多高层建筑物,建筑物受一年四季温度作用,温度裂缝十分常见。工程中重要工作就是对建筑物的保温和控温作用。由于地下室结构不同于大体积混凝土结构,也不完全等同于工业与民用建筑的杆件系统,是介于二者之间的超静定结构,由于地下室结构其约束性大,并且地下建筑有防水要求,一旦墙板开裂造成渗漏其危害性很大。本文以沈阳市气候特点为研究背景,通过理论分析研究了地下室外墙和底板在外界环境温度作用下的结构效应。以环境温度应力分析作为理论基础,运用三维有限元模型线弹性分析方法,建立地下室结构模型,墙板与土壤采用弹性约束。本文研究的地下室墙板是在混凝土强度已经达到100%,弹性模量等热力学参数不随时间的变化而变化,即不考虑混凝土早期温度应力而是研究后期温度应力(本文称环境温度应力)。并认为地下室墙板达到成熟。此时混凝土表面受环境温度的日变化和年变化的影响比较大。找到各种因素对混凝土温度应力的影响程度,总结分析地下室环境温度应力形成的现状和大小,系统研究相应的控制对策,以期待成功过控制地下室温度应力的产生对结构造成的不利影响,推动我国地下室工程质量问题的治理和建设水平的提高。本文重点研究的是在进行地下室外界环境温度作用分析时,需要考虑外界环境温度的变化,确定出所研究墙板的最不利温度条件,并通过以往王铁梦总结的经验公式和有限元线弹性分析计算了在最不利温度作用下的墙板的结构效应,得出了墙板内的温度应力分布规律。通过分析季节温差(王铁梦法温度应力计算公式)和气温骤降产生室内外温差(有限元分析方法),总结出温度应力在长墙上的分布情况以及随墙长的变化规律。通过改变构件各截面尺寸和影响参数,分析在环境温度作用下对墙板温度应力的影响。并一一列举了在不同的墙体长度、不同的底板厚度、不同的墙体厚度、不同的墙体高度、不同的混凝土强度和不同的室内外温差等因素对墙板温度应力的影响,并探讨了温度应力在墙板中的产生范围和分布规律,以及覆土对地下室外墙的弹性约束和控温作用。最后,从设计、材料、施工等方面剖析,并结合工程实例温度裂缝的的产生原因和解决办法和解决措施,为以后长期的工程工作找到新的解决方向提出新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 建筑结构温度场的研究
• 1.2.2 混凝土结构温度应力的研究
• 1.2.3 地下室温度应力的研究
• 1.2.4 采用有限元分析温度应力的分析
• 1.2.5 环境温度应力理论性的研究
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 1.4 运用工具和研究范围
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 墙板环境温度效应分析研究
• 2.1 概述
• 2.2 环境温度作用理论
• 2.2.1 环境温度作用概念的提出
• 2.2.2 墙板温度分布变化
• 2.2.3 墙板最不利温差取值的确定
• 2.3 温度应力理论
• 2.3.1 混凝土的约束
• 2.3.2 温度应力的基本概念
• 2.3.3 混凝土温度应力的类型
• 2.3.4 混凝土温度应力的分析
• 2.4 混凝土的徐变对温度应力的影响
• 2.4.1 混凝土徐变
• 2.4.2 混凝土徐变与应力松弛
• 2.5 混凝土的收缩和收缩当量温差
• 2.5.1 混凝土的收缩
• 2.5.2 混凝土的收缩的种类
• 2.5.3 混凝土的收缩变形及当量温差的计算
• 2.6 单扇墙体降温和收缩当量温差作用下温度收缩应力的计算
• 2.7 本章小结
• 第三章 地下室墙板环境温度等效线弹性有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 有限元计算分析模型
• 3.2.1 ANSYS中的SOLID45 单元、SOLID65 单元
• 3.2.2 热分析简介
• 3.2.3 接触问题的分析方法
• 3.2.4 基本假定
• 3.2.5 基本参数
• 3.3 墙板环境温度应力的有限元分析
• 3.3.1 实体模型的建立
• 3.3.2 边界约束和温度作用
• 3.3.3 计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 对地下室墙板环境温度应力影响的分析
• 4.1 概述
• 4.2 不同墙长对墙体温度应力的影响
• 4.3 不同底板厚对墙板温度应力的影响
• 4.4 不同墙厚对墙板温度应力的影响
• 4.5 不同室内外温差对墙体温度应力的影响
• 4.6 不同混凝土强度对墙体温度应力的影响
• 4.7 覆土的保温作用对墙体的影响
• 4.7.1 墙体内的温度分布
• 4.7.2 墙体内的应力分布
• 4.8 不同墙高对墙体温度应力的影响
• 4.9 有限元分析所得的温度应力结果的分析
• 4.10 本章小结
• 第五章 控制地下室裂缝有效措施的方法准则
• 5.1 前言
• 5.2 盘锦某工程板裂缝原因分析及处理办法
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 裂缝原因分析
• 5.2.3 修理办法
• 5.3 辽宁省某医学工程墙裂缝原因分析及处理办法
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 裂缝原因分析
• 5.3.3 处理建议及方案修理办法
• 5.4 鞍山市某工程底层结构裂缝原因分析及处理办法
• 5.4.1 工程概况
• 5.4.2 裂缝原因分析
• 5.4.3 加固处理方案
• 5.5 预防措施
• 5.5.1 构造钢筋的配筋率
• 5.5.2 水泥和骨料
• 5.5.3 混凝土膨胀剂、抗裂防水剂
• 5.5.4 后浇带、膨胀加强带
• 第六章 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议及展望
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢