PMSAP温应力分析实用教案

1、基准(jzhn)温度场T0(x,y,z) 基准温度场的定义： 在不考虑任何荷载的情况下，结构在某温度场T0(x,y,z)作用下处于自平衡状态，如果结构的当前构型与其初始设计构型完全相同(点点(din din)重合)，则称T0(x,y,z)为该结构的基准温度场。 结构在基准温度场作用下：1）相对于初始构型没有任何变形；2）所有构件均不产生内力或应力。 基准温度场在理论上是存在且唯一的第1页/共39页第一页，共40页。基准(jzhn)温度场T0(x,y,z)对于混凝土结构，其基准温度场T0(x,y,z)可以近似取为混凝土的终凝温度场。对于钢结构，如果在建造期间不产生装配应力，或者即便有装配应力但在

2、本次(bn c)分析中不考虑，则结构建造期的温度场即可取为基准温度场。第2页/共39页第二页，共40页。基准(jzhn)温度场T0(x,y,z) 如果钢结构中存在显著的装配误差、装配应力，并需要用等效温差场进行模拟，则在确定基准温度场时，应计入装配误差的影响。 比如一根初始设计长度为L的钢杆件，因为制造误差，实际长度为L+L，换算成等效基准温度的增量(zn lin)为： 或者说，为考虑此装配应力，基准温度还应叠加上该温度增量(zn lin)(LLLTT第3页/共39页第三页，共40页。基准(jzhn)温度场T0(x,y,z) 对于(duy)钢-砼混合结构，钢结构部分和混凝土结构部分的基准温度场

3、分别按照钢结构和混凝土结构确定。第4页/共39页第四页，共40页。温差(wnch)场外部(wib)外部(wib)外部内部内部第5页/共39页第五页，共40页。温差(wnch)场 外围(wiwi)梁、柱、墙温差02TTTT内外第6页/共39页第六页，共40页。温差(wnch)场 顶层(dn cn)屋面梁、板温差02TTTT内外第7页/共39页第七页，共40页。温差(wnch)场 结构内部(nib)构件温差0TTT内第8页/共39页第八页，共40页。砼收缩的当量(dngling)温差场 砼在龄期(ln q) t 的收缩应变 砼收缩的当量温差场 0)01. 0exp(1 sstssT第9页/共39页

4、第九页，共40页。温度(wnd)应力调整及组合 因温度应力分析采用(ciyng)的是瞬态弹性方法 1）为考虑砼的徐变应力松弛 砼构件的温度内力可以 乘以折减系数 钢构件不折减第10页/共39页第十页，共40页。温度(wnd)应力调整及组合 2）为考虑(kol)砼构件裂缝引起的刚度退化 砼构件的刚度可以乘以折减系数 钢构件不折减 第11页/共39页第十一页，共40页。温度应力调整(tiozhng)及组合 温度效应的组合贡献(gngxin) 正常组合的附加项：2 . 18 . 0TTTTTkS可以取分项系数可以取组合值系数第12页/共39页第十二页，共40页。温度梯度 所谓温度梯度，指的是温度场在

5、构件截面方向的变化率。它在数值上等于构件内外（对柱）或者上下（对梁、板）表面的温差与截面高度（或厚度(hud)）的比值。 温度梯度产生局部的附加弯矩，结构的顶层及外周构件往往存在明显的温度梯度。第13页/共39页第十三页，共40页。温差(wnch)对结构的竖向错动效应 内外构件的温差不一致，造成结构的竖向错动变形 一般顶部的若干层连接内筒与边柱的框架(kun ji)梁，会产生较大的错动弯矩和剪力 底部若干层竖向构件（柱和墙）的轴力会出现明显的重分配（有的构件轴压比增大，有的构件轴压比减小）第14页/共39页第十四页，共40页。温差对结构(jigu)的竖向错动效应错动弯矩明显(mngxin)轴力

6、重分配(fnpi)明显第15页/共39页第十五页，共40页。温差(wnch)对结构的竖向错动效应 针对温差引起(ynq)的竖向错动效应，在设计上 对于顶部几个楼层的框架梁，配筋应该适当加强； 对底部几个楼层的柱和墙，轴压比应适当从严控制，以避免温度效应引起(ynq)的轴压比超限。 可以通过对“外表构件”做好“隔热”措施，以减小结构的外表构件温度与结构内部构件温度的差值。第16页/共39页第十六页，共40页。温差对结构(jigu)的水平伸缩效应 由于(yuy)水平构件（梁、板）的伸缩受到竖向构件（柱或墙）的约束，引发结构的水平伸缩效应。 哪里约束强，哪里温度应力大，这是特点，比如： 结构下部楼层

7、的梁、板存在较大的轴拉或者轴压力，设计时宜考虑偏拉。 距离较近的两个剪力墙筒体之间的连接构件，温度应力显著。 对均匀的结构平面，平面中部构件的温度应力显著 引发筒体和框架柱明显的弯矩和剪力第17页/共39页第十七页，共40页。温差对结构(jigu)的水平伸缩效应强筒体之间的水平(shupng)构件，温度应力显著第18页/共39页第十八页，共40页。温差对结构的水平伸缩(shn su)效应均匀结构平面的中部，温度应力(yngl)显著第19页/共39页第十九页，共40页。温差(wnch)对结构的水平伸缩效应 减小水平伸缩效应的措施 1）砼低温入模，低温养护，尽量降低砼的终凝温度 2）设置后浇带(4

8、0m左右)，避开砼收缩应变的高峰发展期，从而有效释放大部分的收缩应力（最好60d后浇筑后浇带，不少于30d） 3）通过高湿度养护、减小水灰比和水泥用量、改善水泥和砂石骨料( lio)的质量、适当提高配筋率，均可减小砼的收缩应变 4）改善使用环境 第20页/共39页第二十页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析 温度应力分析是PMSAP程序的一个特色 PMSAP具有较为完善的温度应力分析功能，对多高层建筑中的梁、柱、支撑、剪力墙和楼板，均可计算其温度内力(nil)及变形，并且可以把温度内力(nil)考虑到构件配筋设计中。第21页/共39页第二十一页，共40页。PMSAP温度应力(yngl

9、)分析 温度效应对结构的影响在实际工程中经常会遇到，可以按照前面讲过的方法在结构设计中定量考虑； 但由于准确确定温差场的困难性，以及混凝土实际存在的收缩徐变、微裂缝发展等复杂情况，很多时候通过在构造上采取措施，来避免温度应力的不利影响。 但即便是构造上的定性的考虑，也需要设计者对结构在温度作用下产生的变形(bin xng)和内力有一个整体的、趋势上的把握，以明确结构上温度应力集中的部位，从而有的放矢的采取措施。第22页/共39页第二十二页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析 温度应力的计算一般包括两个方面： （1）按照热传导理论，根据弹性体的热学(rxu)性质、内部热源、边界条件、初

10、始条件，计算弹性体内各点在各瞬时的温度，也即：决定温度场。在PMSAP中，我们不考虑这个问题，温度场需要由用户定义。 第23页/共39页第二十三页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析 （2）温度(wnd)场知道以后，按照热弹性力学的理论，根据各物质点的温度(wnd)变化求解其温度(wnd)应力，也即：决定应力场，这是PMSAP要着重解决的问题。 第24页/共39页第二十四页，共40页。PMSAP温度(wnd)应力分析 PMSAP采用有限元法计算温度应力，构件的温度变化对结构的变形、内力的影响将等效为某种荷载的影响，或者说，任给一种温度变化，一定存在一种荷载，二者对结构的变形、内力的影

11、响完全一样，这种荷载就称为“等效荷载”。 这样看来，如果能够(nnggu)将各种构件的温度变化的等效荷载计算出来，接下来的分析就与通常的分析完全一样了，所以说温度应力的分析，关键是要把各种构件温度变化的等效荷载弄清楚。 第25页/共39页第二十五页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析 一维杆件的温度等效荷载 对一维杆件，首先定义它的局部坐标系，局部系的x轴定义为杆轴,y轴和z轴定义为截面的两个主惯性轴。瞬时温度场在局部系中的分布函数可以一般地表达为：T=f(x,y,z)。一般而言，自由杆件在T=f(x,y,z)的作用下将同时发生伸缩和弯曲(wnq)。在PMSAP中，我们考虑一种最常用

12、的温度分布：温度在同一截面上不变化，只沿着杆轴线变化，也即T=g(x),这种温度分布将使自由杆件只发生伸缩。第26页/共39页第二十六页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析 设温度沿杆轴线性变化(binhu)： 等效荷载lxTTTJI)1 (221JIIIITTEANNN221JIJJJTTEANNN第27页/共39页第二十七页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析 二维壳元的温度等效荷载 以三角形壳元为例进行说明。设三角壳所在平面为xy面，法线为z轴，同杆件一样，我们(w men)只考虑形如：T=f(x,y)的温度场，这种温度场不使自由壳元发生弯曲，只使之发生伸缩。设三角壳

13、的温度分布为： 其中： 是面积坐标，332211TLTLTLTiL第28页/共39页第二十八页，共40页。PMSAP温度(wnd)应力分析 等效(dn xio)荷载（等效(dn xio)体力部分）AxixxiAtfdALtfP31AyiyyiAtfdALtfP31第29页/共39页第二十九页，共40页。PMSAP温度(wnd)应力分析 等效荷载(hzi)（等效面力部分）)6131(1)1 (10jiijijijiTTtELdsstLP)3161(1)1 (10jiijijijjTTtELdsstLP第30页/共39页第三十页，共40页。PMSAP温度应力分析(fnx)步骤1）用PMCAD或者S

14、TS-1建立结构模型。2）进入PKPM的“PMSAP”主菜单，然后进入“补充建模”，点取“温 度 荷载”菜单，在此定义(dngy)各个楼层的各节点的温度变化值。3）执行“接PM生成PMSAP数据”4）进入“参数补充及修改”菜单，点取“参数修改-总信息”，按照需 要修改“温度荷载参数”，包括砼构件效应折减系数，温度荷载组合系数，弹性模量折减系数等。5）执行“结构分析与配筋计算”6）进入“分析结果的图形显示”察看计算结果，包括温度荷载产生的结构变形、构件内力以及考虑了温度荷载组合的构件配筋结果。第31页/共39页第三十一页，共40页。全楼定义(dngy)弹性膜第32页/共39页第三十二页，共40页

15、。指定节点(ji din)温差第33页/共39页第三十三页，共40页。第34页/共39页第三十四页，共40页。PMSAP温度(wnd)应力分析注意事项PMSAP温度应力分析注意事项：1）所有楼板均应定义(dngy)成弹性膜2）剪力墙应采用细分模型3）混凝土构件的温度效应宜指定折减系数,一般取为如果用温度模拟砼收缩，应作为一个独立工况，且相应温度工况的属性应指定为“砼收缩”5) 如果用温度模拟预应力张拉，也应作为一个独立工况，且相应温度工况的属性应指定为“预应力”第35页/共39页第三十五页，共40页。PMSAP温度(wnd)应力分析注意事项6）软件会自动增加温度工况的组合。不考虑温度前n种工况

16、，考虑后变为2n种。用户可以调节地震、风与温度组合时的组合系数。7）温度对“砼梁” 产生(chnshng)的轴向拉压力，pmsap会自动按照偏心受拉或偏心受压进行截面设计。8）温度对“砼板” 产生(chnshng)的轴向拉力，pmsap会自动按照偏心受拉进行截面设计，但不考虑轴压力。9）温度对“砼柱”、“砼墙”和“所有钢构件”产生(chnshng)的所有内力，pmsap均会自动考虑到截面设计或验算中。第36页/共39页第三十六页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析注意事项10）pmsap提供的砼弹性模量折减系数，会影响到恒、活、风、地震、温度等各种工况的计算，可以利用(lyng)该功能进行构件承载力设计，但注意：不能作为位移控制的依据。第37页/共39页第三十七页，共40页。PMSAP温度应力(yngl)分析 温度(wnd)引起的梁、柱弯矩图第38页/共39页第三十八页，共40页。