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基于江西奥林中心主体育场的温度场、温度收缩应力及变形的监测及弯曲超长混凝土结构温度作用的有限元分析,对弯曲超长混凝土结构的温度场和温度收缩应力及变形进行了较为深入的研究。本文主要研究工作包括:
(1)温度场测试对江西省奥林匹克体育中心主体育场看台和框架梁逐月及四个季节各一典型日24小时的截面温度场变化进行了测量。结果表明:看台和框架梁的温度逐月变化与大气温度的变化基本一致,有比较明显的季节变化规律。框架梁仅在距表面约0.4m范围内受太阳辐射的影响明显,在夏季出现最不利的截面温度场分布,沿梁高呈指数函数形式的非线性分布。基于温度测量结果和有关文献资料还探讨了设计温度荷载的取值问题。
(2)温度应力与变形监测采用振弦式钢筋应力计和混凝土应变计等仪器对江西省奥林匹克体育中心主体育场西看台预应力张拉阶段和主体结构完成后一年内的钢筋应力、混凝土应变、预应力筋有效拉力和结构关键区域的竖向位移等进行了监测。监测结果表明:预应力张拉后,看台梁内大部分测点的混凝土应变值降低60με以上,受力钢筋的压应力增大4.9MPa~25.1MPa,结构建立了有效的预应力。在主体结构完成后一年内结构构件明显呈非受弯受力状态,各测点的应力或应变随温度的波动而波动。当温度上升时混凝土压应变增大,梁内受力钢筋应力减小;当温度下降时,压应变减小,梁内受力钢筋应力增大。由于混凝土徐变作用,相同的温度变化引起的混凝土应变和梁内受力钢筋应力的变化趋缓。结合监测结果还对超长预应力混凝土结构设计与施工进行了探讨。
(3)有限元分析建立了一个典型的圆弧形弯曲超长混凝土框架模型,基于大型商用分析软件MIDAS Gen深入分析了弯曲超长混凝土框架结构在整体温差作用下温度应力的特点,并通过调整参数分析了结构曲率半径、板厚、框架柱的刚度及混凝土徐变等因素对结构温度应力的影响。结果表明:弯曲超长混凝土框架结构中温度作用产生的板的内环主应力和环向应力明显较外环大,板的主应力与环向应力大小和分布基本一致;板的最大应力随结构曲率半径的增大而增大,板最大应力的增大与圆心角的增大基本呈线性关系,增加板厚可以减小板的最大应力,但底层柱的最大相对位移也会相应增大;端部加强可以减小端部柱的相对位移,但板的最大应力会增大,且增大幅度较端部柱相对位移减小的幅度大;混凝土徐变对温度应力有明显的释放效果,一般可以通过取折减系数0.7~0.8来考虑混凝土徐变对结构温度作用的长期影响。另外,也对江西奥体中心主体育场施工阶段的预应力张拉和主体结构完成后一年的温度收缩作用进行了分析计算。