混凝土结构设计中考虑温度作用组合的研究

时间：2025-04-18

混凝土结构设计中考虑温度作用组合的研究

张建荣

(同济大学职业技术教育学院上海 200092)

刘照球

(同济大学土木工程学院上海 200092)

华毅杰

(上海市浦东新区建设局上海 200135)

摘要:通过分析自然界温度变化的一般规律,分析引起结构温度作用的主要气象因素,描述了日照辐射、气温、风速的基本变化规律,对日照温差、骤然降温等温度变化对桥梁结构、建筑结构、大体积混凝土结构、特种结构等混凝土结构的影响进行了研究和总结。针对现行混凝土结构设计规范中对温度作用只是采取构造措施的现状,提出了在混凝土结构设计中考虑温度作用组合的建议。关键词:混凝土结构温度作用结构设计温度效应组合

RESEARCHONTEMPERATUREEFFECTCOMBINATIONINTHE

DESIGNOFCONCRETESTRUCTURE

ZhangJianrong

(InstituteofVocationalInstructors,TongjiUniversity Shanghai 200092)LiuZhaoqiu

(CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity Shanghai 200092)HuaYijie

(ConstructionDepartrnentofPudongNewArea Shanghai 200135)

Abstract:Afteranalyzingthegeneralregulationoftemperaturechangesinnature,someclimatefactorsthatinfluencetemperatureeffecttostructureareanalyzed.Theclimatefactorsaremainlysunshineradiation,thetemperature,thewindspeed.Theresearchaimedatthereactionofdifferentconcretestructures,suchasbridgestructure,buildingstructure,themassconcretestructureandspecialstructure,totemperaturechangescausedbythesunshinetemperaturedifferenceandbysuddendecreaseoftemperature.Consideringthesituationthattemperatureeffectisonlyconsideredbyconstructionaccordingtothepresentdesigncodeofconcretestructure,itisproposedtoconsidertemperatureeffectcombinationinthedesignofconcretestructure.

Keywords:concretestructure temperatureeffect structuraldesign temperatureeffectcombination

0 引言

自然环境中的混凝土结构,长期经受自然界气温的变化和日照辐射等作用。由于混凝土的热传导性能差,受环境气温变化影响或在日照辐射等作用下,结构表面温度的变化会在结构中形成较大的温度梯度,从而产生较大的温度应力,造成混凝土结构局部发生裂缝,甚至是严重裂损,影响了结构的安全度和耐久性。过去在混凝土结构耐久性分析中较少考虑环境温度变化的效应。最近二十余年来,随着经济的快速发展,混凝土结构不断向薄壁、高耸、大跨、预应力方向发展,温度效应已成为国内外工程界关注和重视的问题。

就混凝土工程结构来讲,产生温度效应的自然温度变化,一般可分为以下三种类型:1)日照温度变

1No1,2007

化;2)骤然降温;3)常年温度变化。日照温度变化和

骤然降温与常年温度变化相比,有其不同的特点(见表1)。

实测和研究表明,短时的太阳辐射、骤然温度变化对结构的影响比长期年温差产生的影响大,且产生的温度应力也较大。由于常年季节更替所引起的混凝土结构温度变化,因其是长期的缓慢作用,使得结构物整体发生均匀的温度变化,所引起的温度应

*国家自然科学基金资助项目(批准号:50378067)。

第一作者:张建荣男 1962年5月出生教授工学博士哲学博士

E-mail:zhangjr@http://

收稿日期:2006-02-23

工业建筑 37期

力较少,且这一因素在工程结构设计中已通过构造措施考虑,所以在此不再赘述。本文在分析引起混凝土结构温度变化主要气象参数的基础上,着重对

日照温度作用和骤然降温温度作用进行了研究,提出了在混凝土结构设计中考虑温度作用组合的建议。

表1 温度变化及结构效应

Table1 Temperaturechangeandstructuraleffect

变化类型日照温度变化骤然降温常年温度变化

气候条件太阳辐射强冷空气季节更替

时间性短时急变短时变化长期缓慢

作用范围阳光辐射面空气接触面结构整体

分布状态不均匀较均匀均匀

结构效应局部应力大应力较大整体位移大

复杂性最复杂较复杂简单

1 引起结构温度效应的主要气象参数

自然环境中导致结构温度效应的气象要素主要有日照辐射、气温变化、风速等。下面简单讨论其一般的变化规律。111 日照辐射变化规律

日照辐射强度与大气透明度、日云量分布、大气压力、地理位置、季节等因素有关。出现日最大辐射总量时的天气状况一般为云量相对较少、空气比较洁净、大气透明度好,同时,这种辐射日大都出现在夏季。图1为按照5暖通空调规范6附录3所给的北纬30b地区数据计算得到大气透明度等级为一级时太阳辐射强度日分布过程。由图1可以看出,10:00~14:00是辐射强度最大的时间段,14:00以

后辐射强度逐渐减弱。

[1]

112 气温变化规律

在一年当中,每一天的气温变化规律,除了某些日子发生天气气候的突变以外,一般都是较为一致[3]

的。图2为以上海各季节标准化日气温变化为例子的曲线图(上海市气象档案馆提供数据)。由图可见,气温变化可分为三个阶段,自6:00~14:00为升温阶段,自14:00~24:00为迅速降温阶段,0:00~6:00

则为缓慢降温阶段。

图2 日气温变化规律

Fig.2 Thelawofdailytemperature

change

113 风速变化规律

理论上讲,风速等于零时,可得日照升温的最不利温度场。当然,实际上风速不可能保持为零。风

图1 一级透明度时统计的太阳日辐射强度变化规律