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1、壁面温差作用下的矩形水池整体空间分析兰州铁道学院环挽工程系尉希成赵德安周吴玲,〔摘要本文采有限元法讨拒形水池作了整体空间分析问述了壁面温差作。用下的温度内力分布的变化规律与温差对结构受力作用类似,因此,可将湿前言矩形水池在壁面温!湿。∀差及中面季节差化为等效温差来计算温差等作用下,在水池各构件中存在温宜应根据工程结构的温度裂缝的实际情况和力,对一水池的受力状态影响很大。工程实践《给水排水工程结构设计规范》!−(∋./一01∀说明,一些水池在施工过程中,#,由〕养护条的有关规定可知壁面温差对矩形水池作用,在、,。件较差未承受水压力
2、土压力之前就产影响较大应加以重点研究生一∃%裂缝&还有一些水池开始使用时并未出矩形水池结构在温度荷载下的温度应力,。,,现裂缝但使用一段时间后陆续出现裂缝分析特别是温度裂缝问题由于涉及因素,以上情况表明温!湿∀趁对矩形水池作用多,,,,情况复杂分析困难为解决此问题,。很大是不可忽视的一个垂要问题此问题国内外不少学者对此进行了多年的分析研究一,。,《已引起国内外工程结构界的∋泛重视各国工作在此基础上给水排水工程结构设。都在相应的结构设计规范中作了有关规定计规范》给出了单向板和双向板的温度内力。如英国《贮液池结构实施法规》!()∗++,∀
3、计算公式这些计算公式未考虑矩形水池整,,,,,中有关此方面的相应规定占了大量篇幅体空间的作用为了合理地设计矩形水池。,列为贮液构筑物结构设计的主要问题我国提高水池的抗裂能力并对矩形水池温度缝《给水排水工程结构设计规范》!−日∋./一01∀加以探讨,就要求对矩形水池在温度荷载作中第+22+条规定了在结构设计荷载组合用下做正确合理的分析。本文针对此问题,,。中应考虑温∀度荷载的作用,!湿应用有限单元位移法考虑壁面温差的作·,。温!湿∀度变化产生的温!湿∀度应用刘矩形水池作了整体空间分析给出了,#,力一般可分为两种情况一种情况是由于在壁面温
4、差作用下矩形水池温度内力的变池内水温!湿,,∀度与池外大气温!湿∀度不同化规律可使矩形水池的结构设计更合理而形成壁面温&,!湿∀差所引起的温!湿∀度提高其抗裂能力同时为进一步探讨矩形应力&另一种情况则是水池施工期间混凝土。水池设缝间距提供了有力的分析工具浇注完毕时的温搜与使用条件下!池内介质一、壁面温差作用下结构分析温度∀季节最高或最低温度之差而引起的温!一∀有限单元。,2度应力这种温差沿壁厚假定取中值视为计算图式,。,均匀分布称为中而季节平均温差在水池为了解整个水池的内力分布采用整个,,未装水或放空一段时间之后池壁混凝土中矩形水池整
5、体划分为1.1个矩形单元每块。、、。而平均温官降低值称为中面平均湿差湿差壁底顶板为.理个矩形单元对于自由边一∗一缘,有。,走道板和顶板均加以讨3仑不均季节温龙尹沿厚应方向均匀分布而24单元特性壁而温差沿厚度方向呈线性分布,在,卜面上一,单元同时考虑板平,而在两个表面上分别为刁4本文采用矩形薄板为零67和,一。55,面内轴力及板横向弯曲内力未考虑板平面刀674距中面点的温差为68!刀67∀5。。’。,内扭转项万单元节点位移如图刁6为表面温差当单元几何尺寸足够小时可二、。满足边界位移协调的薄膜元位移函数为近似假定6∋6在单元内为常值,
6、6二会一般情况下中面平均季节温差&引起板平面内的内力而壁面温差刀6引起。,板的弯曲内力因为薄板弯曲时组成板的。每一薄层纤维都处于平面应力状态其应力一下关系#与应变有如‘一目‘9:;,8#刃十<+81习一<占<雪7(,欲?之(?≅ΑΒ%∀等所引弯曲元采用由博纳!&,,含用9&的位移函数它是用两维的厄米特式内插公式,表示的其矩阵形式为95;〔Χ〕Δ9Ε!+∀‘Χ,一〔Ι〕平面·一·‘‘Δ一Ε1∀%‘。6;9&9#。+”9##!式ΦΔΕ〔⋯〕!∀2““Ο厂ΟΟ!8
7、4占∀!一雪∀!84冲∀!一Γ5∀式中〔Ι〕为平面应力的弹性矩阵ΟΟΟ⋯““Ο!84占∀!一雪∀刀!一刀∀(了。。二Χ6一“84刁一粉“初应变ΔΕΕ占!一雪∀!∀!∀=⋯火ϑ84一“一4刀刀“!Φ省∀!舀∀!+∀#则板的弯曲内力!图+∀为一845艺一刀刃“!叠∀!一舀∀!∀(,二,一一“!一4刀“6占!占∀+∀刀月5Κ〔Χ〕一#一4“一4厅“!+占∀占!+∀刀赓Δ甘一一4“一叮“!+占∀玄!∀勺(一“一4玲“!占∀占!+∀刃月一4“84了5一刃“!+占∀占!∀!∀一“刀Η‘Φ!+4蜜∀占!一5了∀(八丰名注少““Ν7汾2,一一一!一雾
8、∀占!584刀∀!一刀∀月7’7Δ争价’、由!∀!4∀及!+∀式分别推出薄膜元和弯曲元刚度矩阵。7片Δ尸ΛΜ卜一7尸今!二∀壁板温度荷载薄板的热应力是由中面平均季节温差及。。壁面温差引起的其温度分布如图4中而一.一,,矩
