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温度作用下砌体结构内力分析 　　［摘要］：砖混结构中的现浇楼板、墙体由于温度变化和混凝土收缩产生温度应力，可能会导致结构出现裂缝，严重时甚至影响结构的安全使用。本文结合裂缝的成因以及计算方法，采用ANSYS有限元分析软件建立数值计算模型，对结构墙体进行了温度应力的有限元分析，得出伸缩缝间距不能仅决定于屋盖或楼盖的类别和有无保温层，而与砌体的种类、材料和收缩性能以及结构物的平面尺寸等有直接关系。 　　［关键词］：砖混结构；墙体；温度应力 　　 目前，砖(砌体)墙与现浇钢筋混凝土楼板相结合的混合结构在我国是比较常见的一种结构形式，因为砌体结构房屋具有投资小、施工方便、可广泛利用地方材料等优势，所以在新建的多层住宅、学校、医院、科研用房中得到了广泛应用。但同时也存在着一些问题，其中最普遍的问题是这类房屋易出现温度裂缝。本文结合实际工程，对多层砖混结构房屋墙体的温度应力进行有限元分析［1-5］。 　　1砌体结构温度裂缝的成因 　　 温度应力就是结构物阻碍自身因温度变化引起的变形而产生的应力。砌体结构产生温度裂缝的主要原因是屋面长时间受阳光辐射，其温度较墙体高出许多，且屋面的线膨胀系数要比墙体的高出一倍，因此屋面温度膨胀变形远大于墙体。屋面变形受到墙体的约束，屋面板对墙体顶端产生很大的水平推力，两者的变形差在屋面顶板内产生水平压应力，接触面上产生剪应力，墙体内产生水平拉应力。当主拉应力大于墙体的抗拉强度时，墙体便开裂。沿墙体分布的剪力大致为两端大，中部为零，所以常在端部开间的窗上口，内横墙与外纵墙交接处及某些内纵墙出现“八”字形斜裂缝。因此，顶层墙体产生的温度应力分布规律是墙体两端附近较大，中间较小；顶层大，下部小。 　　 2 考虑混凝土收缩的当量温降 　　 混凝土的收缩和气温的变化都会引起混凝土在平面内不可忽视的变形，因此在分析结构的温度应力时不但要考虑结构温度变化的影响，还要考虑混凝土收缩对结构的影响。分析时通常将混凝土收缩换算成等效温差，与结构的温度变化叠加得到计算温差，然后按计算温差对结构进行温度应???分析。 　　 根据国内外的研究，混凝土的收缩变形可按下述公式计算［6］： 　　 　　 式中：―任意时间的收缩，t（时间）以天为单位； 　　 ―经验系数，一般取0.01，养护较差时取0.03； 　　 ―标准状态下的极限收缩。 　　 标准状态是指：275号普通水泥，标准磨细度(比表面积2500~3500m2/g)，骨料为花岗岩碎石，水灰比为0.4，水泥浆含量PT为20%，混凝土振动捣实，自然硬化，试件截面20cm × 20cm(截面水力半径的倒数r=0.2)；测定收缩前湿养护7天，周围空气相对湿度为50%。标准状态下的极限收缩量以结构相对变形表示，取 　　 M1、M2…Mn考虑各种非标准条件的修正系数，具体取值见参考文献[7]中表2-1至表2-5（表中列出了十种因素的修正系数）。 　　 在钢筋混凝土楼板裂缝控制的实际工程计算中，将混凝土的收缩值换算成相当于引起同样变形所需要的温差，即“收缩当量温差，以便计算分析混凝土的温度应力。 　　根据式 可以求出当量温降。 　　3温度应力的ANSYS有限元分析 　　3.1工程概况：某六层办公楼平面,设防烈度为七度，外墙厚370mm，内墙240mm, M10机砖砌筑，砂浆强度等级为Mu5，长度为43.2m，宽度为13.2m，层高为3.4m,楼板为钢筋混凝土现浇，C20。窗户尺寸为1500 mm×1800mm。 　　 为了较精确的了解工程的温度应力情况，本文利用大型有限元通用软件ANSYS进行了有限元分析。有限元计算模型见图1。模型的墙体、屋面板和楼板采用 　　 　　有限元计算模型 图1 　　壳单元shell63，每个单元有4个节点，每个节点有6个自由度；圈梁、构造柱采用梁单元beam 188，每个单元有2个节点，每个节点有6个自由度。整个模型共28896个单元，其中shell63单元23376个 、beam 188单元5520个。本模型考虑了门窗洞口的削弱作用，忽略阳台的影响，模型底部简化为固结。温差按组合温差计算，温差荷载作为体荷载施加于有限元模型上。该结构计算参数见表一。 　　 有限元模型计算参数表一 　　项目 密度 　　kg/m3 弹性模量 　　MPa103 泊松比 　　μ 线膨胀系数 　　/℃10-6 　　砼 2500 25.5 0.15 10 　　砌体 1800 3.024 0.2 5 　　3.2建筑模型温度应力计算中温度的取值 　　 温差可分为年温差和日温差。年温差缓慢、整体地作用于结构，引起的应力分布较均匀，结构整体位移大，影响相对简单。日温差为短时即发，对结构的作用是局部的，引起的应力分布不均匀，影响复杂。在选取温度