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      混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)的影響

      2023-10-14 02:52:56曾樹佳劉春花
      科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2023年23期
      關(guān)鍵詞:徐變精準(zhǔn)荷載

      曾樹佳,劉春花,陳 明

      (1.廣州建筑股份有限公司,廣東 廣州;2.廣州一建建設(shè)集團(tuán)有限公司,廣東 廣州)

      隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,現(xiàn)如今我國大部分的房屋建筑采取混凝土結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)施工過程中,建筑整體施工荷載、質(zhì)量、幾何形體都在隨著時(shí)間不斷的變化[1-2],這種變化累積會導(dǎo)致豎向變形差逐漸增大[3],從而產(chǎn)生較大的附加彎矩,影響構(gòu)件的安裝與使用,降低了結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量同時(shí)增大了結(jié)構(gòu)分析的難度[4]。

      傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體分析時(shí)一般是一次成型的,在計(jì)算過程中未考慮結(jié)構(gòu)補(bǔ)償措施。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在混凝土?xí)r變特性的影響下[5],導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在不同施工階段存在差異,在模擬分析時(shí),要考慮結(jié)構(gòu)的時(shí)變效應(yīng)[6]。林其濤等[7]以某高層為研究對象,采取精準(zhǔn)模擬法進(jìn)行施工過程模擬分析,結(jié)果顯示考慮收縮徐變分析與實(shí)測值復(fù)合較好;尹偉康等[8]以某超高層為研究對象,研究了結(jié)構(gòu)在重力荷載長期作用下,混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)體系水平變形影響較小,對結(jié)構(gòu)豎向變形影響較大,豎向變形最大值在中上部樓層。趙建[9]等以某超高層巨型混合結(jié)構(gòu)為研究對象,分析了混凝土彈性模量發(fā)展對結(jié)構(gòu)豎向變形的影響,結(jié)果顯示混凝土收縮徐變對超高層結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力影響較大。

      為了使模擬分析更加的精確,本研究采取CEB-FIP(1990)[10]規(guī)范中的混凝土收縮徐變模型[11],分別用一次加載法和精準(zhǔn)模擬施工法對結(jié)構(gòu)各個(gè)施工階段進(jìn)行模擬分析,使用生死單元技術(shù)一步一步激活”生死單元”,同時(shí)激活施工步驟對應(yīng)的施工階段荷載,并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行對比分析。

      1 模擬分析方法

      1.1 CEB-FIP(1990)徐變模型

      根據(jù)規(guī)范CEB-FIP(1990)模型規(guī)定,徐變模型采取滯后彈性變形和塑性變形相加的徐變系數(shù)表達(dá)式?;炷列熳兿禂?shù)的計(jì)算公式為:

      混凝土徐變系數(shù)為:

      圖1 混凝土徐變系數(shù)模型

      1.2 收縮應(yīng)變(CEB-FIP 1990 模型)

      根據(jù)規(guī)范CEB-FIP(1990)規(guī)定。素混凝土構(gòu)件在未加載情況下的平均收縮(或膨脹)應(yīng)變的計(jì)算式為:

      式中:t 和ts為混凝土的齡期和開始收縮(或膨脹)時(shí)的齡期和天;Ac為構(gòu)件的橫截面面積,mm2;u 為與大氣接觸的截面周界長度,mm?;炷潦湛s應(yīng)變模型見圖2。

      圖2 混凝土收縮應(yīng)變模型

      1.3 一次加載法和精準(zhǔn)模擬施工法

      根據(jù)結(jié)構(gòu)的加載分析方式,結(jié)構(gòu)施工模擬分析方法分為一次加載法和精準(zhǔn)模擬施工法。一次加載法就是通過整體全部加荷載獲得各個(gè)施工階段變形響應(yīng)之和。精準(zhǔn)模擬施工法就是層數(shù)不斷的增加,結(jié)構(gòu)組、荷載組、邊界組不斷變化,每一個(gè)施工階段結(jié)束后即對結(jié)構(gòu)剛度矩陣進(jìn)行重組,對結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行補(bǔ)償,僅反映某一階段的變形情況。

      2 工程概況

      本工程某學(xué)校綜合體育館共五層,其中地上四層,地下一層,樓層標(biāo)高18.6 m,混凝土等級采取C40,屋蓋造型采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)。本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級為二級,設(shè)計(jì)使用年限為50 年,地震設(shè)防烈度為7度,按中震彈性設(shè)計(jì),水平地震影響系數(shù)最大值0.23,場地土類別為Ⅲ類,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)?;撅L(fēng)壓(重現(xiàn)期100 年):0.50 kN/m2,基本雪壓(重現(xiàn)期100 年):0.30 kN/m2,取雪荷載和活荷載中的大值。模型見圖3。

      圖3 結(jié)構(gòu)模型

      3 模型建模

      3.1 模型建立

      模型梁板柱單元主要通過CAD 三維模型導(dǎo)入Midas/gen,并賦予結(jié)構(gòu)單元、尺寸、材料和邊界特性。

      3.2 結(jié)構(gòu)施工階段劃分

      根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),模擬分析采取10 天一層,根據(jù)模型劃分結(jié)果,CS1 至CS5 各施工階段模型見圖4。

      圖4 CS1 至CS5 施工階段結(jié)構(gòu)模型

      4 施工模擬結(jié)果對比分析

      模型在一次加載法和精準(zhǔn)模擬施工法分別作用下的結(jié)構(gòu)變形見圖5、圖6。其中圖中包含徐變、彈性收縮、收縮、總變形四種變形。一次加載法變形見圖5。精準(zhǔn)模擬施工法見圖6。

      圖5 一次加載法變形

      圖6 精準(zhǔn)模擬施工法

      從圖5 可以看出變形呈逐漸增長的趨勢,從圖6中可以看出每個(gè)施工階段變形呈現(xiàn)“中間大、兩頭小”的規(guī)律。

      根據(jù)兩種計(jì)算方法得到結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比,見表1。

      表1 模型結(jié)果對比

      從表1 可以得出一次加載法峰值均在頂層,精準(zhǔn)模擬施工法均在第2 層;一次加載法徐變、收縮、總變形均大于精準(zhǔn)模擬施工法,并且變形值將近是精準(zhǔn)模擬施工法的2倍。

      結(jié)束語

      根據(jù)CEBFIP 1990 模型,通過采取一次加載法和精準(zhǔn)模擬施工法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析,結(jié)構(gòu)表明:混凝土收縮徐變對施工過程中結(jié)構(gòu)變形會有影響;采取精準(zhǔn)模擬施工法最大豎向總變形值呈現(xiàn)“中間大、兩頭小”的規(guī)律,應(yīng)該加強(qiáng)中間樓層變形的控制。

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