设置顶层构造柱对砌体温度效应影响的有限元分析.docVIP

精品论文 参考文献 设置顶层构造柱对砌体温度效应影响的有限元分析 中机国际工程设计研究院有限责任公司 湖南 长沙 410007 【摘 要】本文对在混凝土多孔砖砌体结构中设置顶层构造柱对砌体温度效应的影响进行了有限元模型模拟分析。运用ANSYS软件模拟出设置不同构造柱形式下温度应力的分布情况，并由此分析出顶层构造柱对砌体温度应力的影响，给出了控制及预防顶层温度裂缝的若干措施，可作为混凝土多孔砖砌体结构设计和施工参考。 【关键词】混凝土多孔砖；砌体结构；构造柱；ANSYS；温度应力；温度裂缝；有限元分析 由于混凝土多孔砖线性膨胀系数较大，受温度影响大，在长期温差影响下，砌体结构顶层墙体易产生裂缝。因此，需要对混凝土多孔砖砌体房屋温度裂缝机理及控制措施进行进一步的研究。本文借助ANSYS软件，模拟设置不同构造柱形式下砌体结构顶层墙体温度应力对结构产生的影响，从而总结出工程设计与施工中关于构造柱设置的若干建议，为混凝土多孔砖砌体结构预防和控制温度裂缝提供科学依据。 1.顶层墙体温度裂缝特点及形成机理 1.1顶层墙体温度裂缝特点 1）温度裂缝通常处于对称状态，一般处于房屋两端位置，第1、2开间墙体更为明显，其特点为背阴轻、向阳重、中间轻、两端重。 2）在房屋顶层相对易出现温度裂缝，裂缝从此处开始，轻裂，较少向下延伸，通常一年左右时间便停止开裂。 3）水平裂缝多发生于山墙，内外纵墙常见水平缝与“八”字斜裂缝两种，屋面板上墙体与板及相邻板缝接触位置饰面表层存在水平缝（鱼鳞样）；内横墙面两端裂缝呈“八”字状态。 4）缝宽一般下部较窄，上部较宽；易受温度影响，砌砖季节会影响到裂缝程度。 1.2顶层墙体温度裂缝形成机理 1）由于房屋顶层温度因素，其对裂缝的影响较大，顶层墙体砌体结构受温度应力影响而出现温度裂缝。在长时间阳光及紫外线辐射下，屋面板温度会升高，经测算通常为墙体温度两倍。在这种温度差下，屋面板横墙方向形变小于纵墙方向，外纵墙受到水平推力、外横墙受到垂直推力。在屋面板变形状态下，女儿墙、挑檐、屋盖的垂直压力会与屋面板变形造成的推理形成双向压力，当墙体抗拉力程度已经不足以抵抗主拉应力时，墙体会开裂。顶层墙体在顶层屋面正压力与顶板水平拉力双重作用下会产生“八”字裂缝。 2）施工周期短也能造成问题裂缝。住宅施工一般周期较短，屋顶保温层不能充分干燥，含水量较高，隔热能力减小，是的建筑物顶层墙体抗剪能力减小而出现裂缝 3）部分砖混房屋设计采用钢筋混凝土挑梁，为了平衡挑板，在室内屋盖部分也要现浇一部分屋盖板在两者之间紧密连接的是外纵墙圈梁，圈梁又往往与墙同宽，这样外挑檐，圈梁以及现浇屋盖部分共同组成刚度较大的现浇连续板，遇温度差变化产生的温度应力较高，导致墙体不能承受而开裂 4）屋面板膨胀山墙给檐口圈梁以较大的推力，加上檐口梁内外温度产生的外拱内凹变形，使圈梁底面与砖墙接触处产生水平缝。屋面板的温度变形，使纵墙上应力集中的门窗洞口上角产生水平裂缝。 5）屋面板由于板面和板底温差作用，产生竖向起伏和水平变形，如果保温效果不好，而导致此种影响更大。产生相邻板缝的开裂，通常是端部最严重。 通过弹性力学与有限元近似法计算不难看出，对于顶层外纵墙而言，从中间向两端方向水平剪力会逐渐增大，因此中间位置剪力相对较小，两端位置水平剪力较大。同理，墙体顶部剪力也是如此，剪应力最大时，其水平位移距离也相对更大。 2.温差计算模型 2.1温度取值参数控制 在砌体结构的温度效应计算方面，无论使用何种计算方式，均需要考虑到温差影响，因此温差取值需谨慎。 组合温差的计算需要注重日温差与年温差，其计算方式可根据《建筑气候区划标准》、有限差分法或是正晒面温度峰值相关公式等方式来计算，从而得出温差影响程度。一般日温差相对重要，这是由于年温差经历时间较长且变化缓慢，对结构的不良影响不及日温差。因此综合考虑年温差影响与混凝土材料在一年中出现的应力松弛及徐变情况，可将年温差通过蠕变系数加以调节（年温差*0.85）。换言之，组合温差为年温差乘0.85后与日温差的和。 本文主要研究了我国中南部区域一年中变化情况，通过对杭州某建筑实测得到真实日温差及年温差数据，其组合温差具体数据见表1. 2.2单元类型和计算模型 计算模型中楼板等配筋构件均采用分布式模型，即采用了含筋的SOLID65单元，认为钢筋以均匀分