鋼框架—鋼筋混凝土核心筒體系考慮混凝土收縮徐變的豎向變形差研究.pdf

1、鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合體系在豎向荷載下,由于各構(gòu)件軸向應(yīng)力的差異以及混凝土不可避免的收縮和徐變效應(yīng),鋼柱與筒體之間存在不可忽略的豎向變形差異。雖然目前國內(nèi)外對于混凝土收縮徐變性質(zhì)的討論已經(jīng)由來已久,且已經(jīng)出現(xiàn)了分析橋梁施工過程中考慮混凝土收縮徐變效應(yīng)的多種軟件,但是直接針對鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合體系豎向變形差問題的研究尚停留在起步階段,不夠深入和全面。為此,2004年國家科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)資金資助了本文研究鋼框架-混凝

2、土核心筒混合結(jié)構(gòu)豎向變形差問題,主要研究內(nèi)容如下:
　　 本文在徐變基本理論的基礎(chǔ)上,引入時間因子,推導(dǎo)了徐變作用下應(yīng)變-應(yīng)力基本方程和位移法基本方程,并進(jìn)一步導(dǎo)出了用增量法形式表達(dá)的考慮施工過程的徐變效應(yīng)位移法分析計(jì)算公式,介紹了用以上方法進(jìn)行有限元分析的具體步驟。此外,通過將徐變公式擬合成指定形式以實(shí)現(xiàn)遞推計(jì)算模式,減小了計(jì)算數(shù)據(jù)存儲量,更有利于大型結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算。
　　 本文按照上述方法和步驟,編制了重力荷載作用下

3、考慮混凝土收縮和徐變效應(yīng)分析的有限元程序CSASRC。計(jì)算截止時間分為截至結(jié)構(gòu)施工完畢時和截至結(jié)構(gòu)施工完畢3年后兩種情況,以考慮計(jì)算時間長短對分析結(jié)果的影響。為了計(jì)算和比較結(jié)構(gòu)在不同濕度以及施工條件下的收縮徐變效應(yīng),程序CSASRC提供了幾個可以手動控制的技術(shù)參數(shù),分別是:環(huán)境相對濕度RH、混凝土開始收縮的齡期ts、結(jié)構(gòu)每層施工的天數(shù)sday和結(jié)構(gòu)混凝土部分相對于鋼結(jié)構(gòu)部分提前施工的層數(shù)spre。此外,程序CSASRC還提供徐變計(jì)算公式

4、的選擇:JTG D62-2004徐變公式或者JTJ023-85徐變計(jì)算公式。
　　 本文設(shè)計(jì)了3組(每組分為30層和60層2個計(jì)算模型)不同平面布置的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合體系計(jì)算模型,并用有限元程序CSASRC進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算,比較了結(jié)構(gòu)平面布置、樓層數(shù)量、環(huán)境濕度和施工方案等因素對體系豎向變形差和構(gòu)件內(nèi)力的影響。研究結(jié)果顯示,按照我國04橋規(guī)和85橋規(guī)提供的混凝土收縮徐變計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,其結(jié)果是基本一致的。柱筒豎向剛度

5、差異越小,柱筒之間的連系梁越多或者連系梁剛度越大,柱筒之間的豎向變形差越小。鋼柱累積縮短值大于筒體累積縮短值的樓層一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中部,其差值最大可達(dá)到20mm。環(huán)境濕度的減小將使柱筒豎向變形差急劇減小;當(dāng)層施工天數(shù)減少和混凝土部分提前施工的層數(shù)增多時,柱筒豎向變形差會略有加大。當(dāng)考慮截至施工完畢3年后的混凝土收縮徐變時,結(jié)構(gòu)頂部的簡體累積縮短值將可能超過鋼柱的累積縮短值,其差值最大可達(dá)13mm。柱間豎向變形差遠(yuǎn)小于柱筒之間的豎向變形差,

6、中柱的縮短一般多于邊柱。對于鋼柱內(nèi)力,一般情況下,截至施工完畢時,鋼柱軸力的增加比例可達(dá)10％;截至施工完畢3年后,鋼柱軸力的增加比例可達(dá)30％。一般情況下,在考慮混凝土的收縮徐變后,筒體的軸壓力是減小的。截至施工完畢3年后,絕大部分樓層筒體的軸壓力減小,但在頂部樓層,筒體的軸力有可能變?yōu)槔ΑＪ芑炷潦湛s徐變影響最大的鋼梁出現(xiàn)于樓層累積豎向變形差最大的樓層,各鋼梁彎矩的方向有可能反向。
　　 本文提出了若干基于有效彈性模量法的

7、簡化計(jì)算方法,并通過比較它們與前述精確方法的算例分析結(jié)果,探討了簡化方法對于收縮徐變分析的可行性與適用性。研究結(jié)果表明,除了采用整體模型、同時一次性考慮豎向荷載和混凝土收縮徐變的簡化方法對精確方法的計(jì)算結(jié)果有一定參考價值外,其余簡化方法基本不能作為考慮結(jié)構(gòu)施工過程和混凝土收縮徐變的豎向變形差問題的計(jì)算依據(jù)。
　　 本文介紹了工程中對高層建筑豎向變形差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)母鞣N具體方法,并采用以上方法對結(jié)構(gòu)實(shí)施補(bǔ)償計(jì)算,以驗(yàn)證補(bǔ)償措施對結(jié)構(gòu)使