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,由于各構件軸向應力的差異以及混凝土不可避免的收縮和徐變效應,鋼柱與筒體之間存在不可忽略的豎向變形差異。雖然目前國內外對于混凝土收縮徐變性質的討論已經(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開發(fā)研究專項資金資助了本文研究鋼框架-混凝

2、土核心筒混合結構豎向變形差問題,主要研究內容如下:
　　 本文在徐變基本理論的基礎上,引入時間因子,推導了徐變作用下應變-應力基本方程和位移法基本方程,并進一步導出了用增量法形式表達的考慮施工過程的徐變效應位移法分析計算公式,介紹了用以上方法進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現(xiàn)遞推計算模式,減小了計算數(shù)據(jù)存儲量,更有利于大型結構的數(shù)值計算。
　　 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分析的有限元程序CSASRC。計算截止時間分為截至結構施工完畢時和截至結構施工完畢3年后兩種情況,以考慮計算時間長短對分析結果的影響。為了計算和比較結構在不同濕度以及施工條件下的收縮徐變效應,程序CSASRC提供了幾個可以手動控制的技術參數(shù),分別是:環(huán)境相對濕度RH、混凝土開始收縮的齡期ts、結構每層施工的天數(shù)sday和結構混凝土部分相對于鋼結構部分提前施工的層數(shù)spre。此外,程序CSASRC還提供徐變計算公式

4、的選擇:JTG D62-2004徐變公式或者JTJ023-85徐變計算公式。
　　 本文設計了3組(每組分為30層和60層2個計算模型)不同平面布置的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合體系計算模型,并用有限元程序CSASRC進行了詳細計算,比較了結構平面布置、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件內力的影響。研究結果顯示,按照我國04橋規(guī)和85橋規(guī)提供的混凝土收縮徐變計算公式進行計算,其結果是基本一致的。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)在結構中部,其差值最大可達到20mm。環(huán)境濕度的減小將使柱筒豎向變形差急劇減小;當層施工天數(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。當考慮截至施工完畢3年后的混凝土收縮徐變時,結構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13mm。柱間豎向變形差遠小于柱筒之間的豎向變形差,

6、中柱的縮短一般多于邊柱。對于鋼柱內力,一般情況下,截至施工完畢時,鋼柱軸力的增加比例可達10％;截至施工完畢3年后,鋼柱軸力的增加比例可達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、簡化計算方法,并通過比較它們與前述精確方法的算例分析結果,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算結果有一定參考價值外,其余簡化方法基本不能作為考慮結構施工過程和混凝土收縮徐變的豎向變形差問題的計算依據(jù)。
　　 本文介紹了工程中對高層建筑豎向變形差進行補償?shù)母鞣N具體方法,并采用以上方法對結構實施補償計算,以驗證補償措施對結構使