现浇混凝土肋梁屋面板温度场及温度应变分析.pdf

第 3 7卷 第 1 2期 2 0 1 0年 1 2月 建筑技术开发 Bui l d i n g Te c h n i q u e De v e l o pme n t Vo 1 3 7- No 1 2 De c 2 01 0 现 浇混凝 土肋 粱屋 面板 温度 场及 温度 应 变分 析 周其华 古晓君 王泽 明 高 佳 ( 1 贵 州凯和建设 工程有 限公 司， 贵 阳 5 5 0 0 0 5 ； 2 贵 州大 学土 建学 院 ， 贵 阳 5 5 0 0 0 3 ) 摘要 通 过 对 现 浇 混凝 土屋 面 板 实 体模 型温 度 和 变 形 的 长 期 实 测 ， 得 出正 常使 用 状 态 楼 面 板 内 温 度 场 分 布 的 特征以及温度变化引起的应变分布情况 ， 总结出一些对工程施工和设计有价值的参考。 关键词 现浇混凝土肋深屋面 ； 温度场 ； 温度应 变 中 图分 类 号 TU 5 0 2 2 文献 标 志 码 A 文章 编 号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 0) 1 2 - 0 0 4 8 - 0 3 1背 景 温 度对 屋 面 板 的 影 响早 已被 人 们所 熟 知 ， 并 且 从 概 念 上 提出了相应 的处理措施 ， 比如在屋面上板上设置温度伸缩缝 进行结构分 区， 减小混凝土 的水 泥用量等 ， 将 温度变形 控制 在 允 许 范 围之 类 。 温度 场 在 屋 面 板 随时 间 和 外 部 温 度 的 变 化规律的研 究在理论 上 比较 复杂 ， 影响 因素太 多 。随着 有 限元 软 件 的应 用 ， 也有 学 者 用数 值 模 拟 的 方 法对 混 凝 土 板 内温度场进行了数值模拟 。用实验 的方 法是分析温度场 及 由温 度 引 起混 凝 土 板 内应 变 最 直 接 的方 法 。 2 混凝 土 板 内温度 场 及 拉 应 变 实验 模 型结 构 形 式 为 现 浇 混 凝 土 肋 形 屋 盖 ， 混 凝 土 强 度 C 2 5， 混 凝 土 板厚 0 1 m( 见 图 1 ) 。 图 1 模型平面 只 考 虑 混 凝 土 中 期 的 实 验 效 果 ( 混 凝 土 龄 期 在 3 5 1 8 0 d 期 间 ) 。选 择 温 升 低 、 电 阻较 大 的 大 栅 格 应 变 片 ， 温 度 传感器在板内上 、 中、 下平 面均匀布置 ( 见 图 2 ) 。根据前期 研 成 果 ， 在 温 度应 力 较 大 的 地 方 布置 应 变 片 ( 见 图 2) 。应 变 片 及 温 度感 应 器 严 格 按标 准 粘 贴 ， 具 有 较 强 的 防潮 能 力 和 长 期 稳 定性 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 91 5 作者简介 ： 周其华 ( 1 9 7 2 - ) ， 男 ， 贵州 人 ， 毕业于昆 明理工大学建 筑与 土木工程专业 ， 工程硕士 ， 高级经济 师， 现任 贵州凯 和建 设 工 程 有 限公 司 总 经理 。 48 表示贴应变片位置 表示温度传感器位置 图 2温度传感器及应变片布置 3实测 数 据 分 析 及 讨论 经过长时间的监测 ， 对所得到 的数据进行 整理分析 ， 得 到 的 下列 温度 和 应 变 的效 应 特 征 是 典 型 的 。 3 1 混凝 土板 内温 度 的 实测 1 ) 沿 厚 度 方 向 的 平 面 可 以看 成 等 温 面 。 三 个 平 面 内 的 5个温度感应 器在各 个 时刻所 记 录的温 度 基本趋 于 一致 。 板上缘 、 中面、 下缘温度可分别用平均温度表示为 ： 2) 结 构 温 度 变 化 比 环 境 温 度 变 化 相 对 滞 后 ( 如 图 3) 。 混凝土的板 面温度 的几个影响因素有 ： 环境温度 、 太 阳辐 射、 风速 、 室 内环境温度 。为 了比较环境温度与混凝土板上温度 的关系 ， 本次试验阶段室 内环境温度控制在 1 8 C。 混凝土对环境 温度 的改变 表现 出 了明显 的滞后 特性 。 环 境 温 度 在 1 3： 3 0左 右 达 到 最 大 值 ， 而 混 凝 土 板 温 度 在 1 5 ： 0 O 才达到最大值 。混凝土热传导系数小 ， 比如在 9 ： 0 0时 刻 ， 混凝土的温度 比环境温度 低 ， 这也 是说明混凝 土在热传 导性质 中的惰性特点。 太 阳 辐射 对 混 凝 土 温 度 影 响很 大 。在 太 阳 辐射 时段 ， 混 凝 土 升 温 明显 ( 1 0： O O1 7： o 0 ) 。 在 没有 太 阳辐 射 后 ， 混 凝 土 温度随着空气温 度的 降低而 大幅度 降低 ( 1 8 ： 0 0 2 1 ： 0 0 ) 。 混凝土温度在 4 ： 0 0 6 ： 0 0间基 本达 到稳 定 ， 其值与空气 温 度 非 常接 近 ， 但 始 终 大 于 空 气 温 度 。 第 3 7卷 周 其 华 ， 等 ： 现 浇 混 凝 土 肋 梁 屋 面 板 温 度 场 及 温 度 应 变分 析 第 1 2期 岔 + 一 1 一 t 皿 J 厂 I _ - _ _ r ， ， J 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 P C 图 4 中面温度与上下缘温度关 系曲线 由前 所 述 ， 在 混凝 土 板 内沿 厚 度 方 向 的 平 面 为 等 温 面 ， 则混凝土板 内温度传导近似为一维稳态导热 问题 ， 且板无 内 热源 ， 则其微分方程和边界条件分别为 ： 蜜 ： 0 。 一。 ； 一 求解得沿板厚方向的 温度分布为： ： 一 ； y 中面 的温 度 为 ： ： ， 与 实验 结 果 一 致 。 3 2混 凝 土板 内应 变 的 实 测 当板面温度降低时 ， 由于内部各 总部 份之 间的相 互作用 与边界约束 ， 混凝土板 面实测应变 由热应变与约束应 变共 同 下产生 ， 即 = + ， 其 中 为实测 应变 ， 、 ， 为 约束应 变 ， 为 热应 变 。 1 ) 当实 测 应 变 小 时 ， 约 束 应 变 大 ， 物 体 内 部 各 部 份 之 间 的相互约束应力也大 ， 在 同样变 温条件下 ， 越靠 近角部 实测 应 变越小 ， 收缩引起的拉应力越大( 如 图 5 ) 。而板 底混凝土 没 有热应变 ， 其实测应变均 由各部 份间 的相 互约 束产 生 ， 且 为压应 变。越靠 近 角部 ， 其压 应 变越 大， 温度应 力越 大 ( 如 图 6、 图 7) 。 簧 匠 蛰 w1 基 捉 8 O 7 O 6 0 i 5 0 垂4 0 3 O 2 0 l O 0 4 0 6 0 8 l 0 1 2 l 4 1 6 l 8 2 0 2 2 2 4 ，z 轴坐标 图 5 板 面 上 各 点 应 变 为 收 缩 应 变 o 4 o 6 o 8 1 o 1 2 1 4 1 6 1 8 2 o 2 2 2 4 x，z 轴坐标 m 图 6板底各点应变为约束压应变 l 6 】 8 2 o 2 2 2 4 轴， m 图 7 板 面上各点应变为收缩应变 49 如 如 如 柏 加 m 5 第 1 2期 周 其 华 ， 等 ： 现 浇 混 凝 土肋 梁屋 面 板 温度 场及 温 度 应 变分析 第 3 7卷 2) 对 实 体 进 行 自然 状 态 下 的 长 时 问 观 察 ， 取 某 一 时 间 段内同样温度下的平均应变作为参考 。在仪器工作初期 ， 应 变时间曲线基本是直线 ， 在仅考 虑变温的情况下 ， 应变 基本 是弹性 的。随着时 间的增 长， 开始 出现残余应变 ， 残余应 变 增长较均匀。当观察进 行到 3 0 d以后 ， 残余应 变开 始急剧 增长 ， 原 因 可 能是 仪 器 在 长 时 间 工 作 下 稳 定 性 下 降 有 关 ( 图 8 ) 。 4结 束 语 通 过 本 次 实 验 ， 得 到 的混 凝 土 板 内 温度 场 的 分 布 特 征 与 理论解吻合 ， 同时得出的应变分布也符合前期所做的数值 分 析结 果 。为 结 构在 长 时 期 循 环 变 温 作 用 下 的力 学 性 能 分 析 积 累 了一些 可靠 数 据 ， 同时 仪 器在 更 长 时 间 下 的稳 定 性 有 待 更 进 一 步 改进 。 参 考文 献 1 王润富， 陈 国荣 温度场和温度应力 M 北京： 科学出版社 2 王铁梦工程结构裂缝控制 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 3 王懿 ， 丁 圣果 初 应 变 对 现 浇 混 凝 土 屋 面 板 内 力 的 影 响 J 建筑技术开发 ， 2 0 1 0 ， 3 7 ( 0 2 ) ： 61 0 叔 萎 0 5 1 0 l 5 2O 25 30 3 5 4 0 天数 d 图 8 典 型 点 随 时 间 的 收缩 应 变 曲 线 ( 上接第 3 5页) 基 稍 堪 f 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 磷石膏含 量 图 4 含石灰 1 2 磷石膏含量与最大干密度关系曲线及最优含水率关系曲线 不 同石灰含量 的各 配 比组的最大干 密度与其对应的石 灰含量 的关系如图 5所示。 吕 鼍 一 稍 u- o 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 石灰含量 图 5 石灰含量 一 各配比组最优干密度的关系 曲线 4结论 在 本 文 的研 究 中 ， 最 主 要 考虑 到 是 针 对 不 同石 灰 含 量 时 得 出的磷 石 膏 含 量 与 最 大 干 密 度 关 系 曲 线 及 磷 石 膏 含 量 最 优 含 水率 关 系 曲线 ， 通 过 试 验分 析 得 出以 下结 论 ： 5 0 1 ) 在 磷石 膏 ： 粉 煤灰 为 1 ： 1的各 配 比 中， 石灰 含 量为 7 5 的配 比的压实性能优于其他配 比。 2 ) 最佳含水率是随着磷石膏含量 的增加而减小。 参 考 文 献 1 张儒全 磷 石膏综 合利用方 法及其 发展方 向 J 磷 肥与 复肥 ， 2 0 0 9， 3 ( 2 4 ) ： 6 1 6 2 2 彭家惠 ， 万体智 ， 汤玲 ， 等 磷石膏 中的有机 物共晶磷及其对性 能 的影响 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 3 ， 6 ( 3 ) ： 2 4 2 6 3 盛树馨 ， 顾春嫒 ， 严 丽雪 ， 等 磷石膏物理力学性质试验研究 1q 南 京 ： 南 京 水 利科 学研 究 院 ， 2 0 0 0 4 吴少鹏 ， 沈卫 国， 周 明凯 磷 石 膏粉煤 灰石 灰 同结 材料 的研 究 J 中国公路报 ， 2 0 0 1 ， ( 1 2 ) ： 1 31 5 5 徐翠云 磷石 膏 的开 发利 用现 状 J 矿 产保 护与 利用 ， 2 0 0 0 ( 2 )： 1 11 4 6 徐泽友 ， 卢廷浩 ， 王一博 改 怠磷石膏 混合碎石料路 用性能研究 J 常州工学院学报， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： 6 l一 6 4 如 蚰 如 如 拍 3 2 2 1 1 醑*如 瑙 舶 m