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温度对工程结构的影响分析

作者:未知

  摘 要 随着社会经济的发展,各类工程项目日渐增多,工程结构的规模也越来越大。基于此背景下,很多施工企业都采取了一系列的保障措施,来确保工程结构的稳定性和安全性。本文将简单阐述温度应力的特点,分析研究其对工程结构所造成的影响,并结合实例分析具体的控制措施,为相关工作者提供参考借鉴。
  关键词 温度应力;工程结构;影响
  引言
  随着科学技术的发展,新技术、新材料越来越多地被应用到各行各业当中,推动了我国社会的现代化发展。在工程建设阶段,钢结构、混凝土浇筑都会受到温度变化的影响,严重影响结构的稳定性和安全性。因此,研究分析温度对工程结构的影响具有重要的现实意义。
  1 温度应力与温度场概述
  1.1 温度应力
  工程结构始终处于自然环境当中,而自然环境又处于时刻的变化当中,对工程结构本身也会造成较大的影响。尤其是工程结构内外温度的变化,会导致结构本身产生温度应力,使得其表面产生不同的收缩和膨胀量,而结构本身又是一个连续的整体,不允许各部分因为温度变化而产生自由的收缩和膨胀,导致工程结构内部各部分之间产生了一定的作用力,一旦超过了结构本身所能承受的力量,势必导致工程结构出现变形等问题。
  当前,工程结构主要采用两种结构形式:第一种为钢结构,其本身的热传导性较高,相比较而言,受到的温度场影响也相对简单;第二种为钢筋混凝土结构,本身的导热性能较差,再受到气温变化、太阳辐射等因素的影响,势必导致钢筋混凝土结构出现内外温度变化不一致的问题,产生温度应力,进而影响结构本身的稳定性[1]。
  2 温度场的分类
  在研究温度对工程结构影响的过程中,首先需要对结构所处的温度场进行研究,而常见的温度场主要有以下几种:
  ①年温温度变化温度场:该种温度场相对形成的时间比较长,对工程结构的影响也比较小,主要会对结构整体的温度变化产生影响,因此在考虑年温度变化对工程结构影响时,应当以整个工程结构的平均温度作为依据。②日温温度变化温度场:由于日温温度变化所形成的温度场,对工程结构的影响较为复杂。根据有关调查表明,日温温度变化主要受到太阳辐射、气温以及风速等环境因素的影响,而随着温度的变化,会导致工程结构表面和内部的温度在较短的周期内发生变化,而这种变化只会影响到工程的局部结构,因此,在深入研究过程中只需要对结构的局部温差变化进行分析即可。③骤然降温所形成的温度场:因为极端天气或者日照降温的影响,导致工程结构的外表面材料受到环境的影响出现受冷收缩,而且内部材料因为温度传导的不及时,还未发生相对应的收缩变形,导致工程结构内外温度不一致,收缩不一致产生变形、裂缝等问题。
  3 温度对不同工程结构的影响
  3.1 对大跨度钢结构的影响
  对于一些跨度较小的钢结构而言,温度的变化不会导致其受力性能产生较大的变化。而对于一些大跨度钢结构而言,温度的变化所导致的温度应力会增加钢结构之间的附加应力和支座反力,进而引起钢结构出现水平或者竖向的位移变形,影响整体结构的稳定性。以某体育馆的双曲抛物面网壳尾盖为例,主要采用大跨度钢结构建设而成,平面尺寸为63m×63m。当其周围的温度场的温度差为30摄氏度时,此时拱向桁架弦杆温度应力可以高达51MPa,占到了整个钢材设计强度的四分之一,长期处于如此高强度的温度应力下,势必导致钢结构超负荷运行,稳定性和使用寿命都大大降低。
  3.2 对混凝土结构的影响
  对于钢筋混凝土结构而言,在浇筑施工结束后,随着养护温度的增高,混凝土的强度也呈现出较快的增长趋势。温度对钢筋混凝土结构的影响,主要在其浇筑完成后的前10天内,而随着混凝土龄期的增长,这种影响逐渐变弱,直到28天以后,很难在对混凝土的结构产生影响。尤其是在冬季进行混凝土浇筑施工过程中,由于环境温度较低,混凝土保养阶段,其内部的水一旦发生结冰,不仅会增大体积,而且每平方米还会产生不低于2500kg的温度应力,导致混凝土出现裂缝、蜂窝等破坏,影响其强度和抗压性能,降低混凝土结构的使用寿命[2]。
  4 实例分析温度对工程结构所造的影响
  某基坑工程项目,开挖深度约为12.2米,采用C35钢筋混凝土进行地下连续墙的浇筑施工,连续墙深度约为29.8米,宽度为80.8m。本工程施工所在区域属于典型的亚热带季风性湿润气候,夏季炎熱、冬季寒冷。因此,在整个施工期间,通过对关键结构的监测发现,温度影响较大,具体如下所示:
  4.1 温度应力所造成的影响
  (1)对内支撑轴力的影响:本工程在施工现场设置了两个内支撑轴力的温度应力监测点,通过监测截面钢筋计的轴力,来判断温度所造成的变化情况。通过监测结果来看,随着温度的上升,内支撑轴力呈现出较为明显的增长趋势,而随着温度的下降,内支撑轴力但也呈现明显的下降趋势。以夏季8月1日的监测结果为例,对于1号监测点的截面顶部轴力监测为14070KN,而其底部的轴力只有12900KN,两者相差了1170KN,究其原因主要是因为太阳照射的不同,导致上下的温差不一致。
  (2)对地连墙及冠梁变形影响:在本基坑结构施工过程中,通过对地连续墙及冠梁进行水平位移监测来看,测斜管口以下10米处的水平位移量较高,且随着温度的升高,其位移量不断增大,在监测结束时,其水平位移量超过了报警限制(24mm),达到了31mm。这种位移很容易对周围的建筑物造成安全影响,导致靠近基坑周围的建筑物出现裂缝等质量问题,必须采取有效的措施解决。
  4.2 控制对内支撑轴力的影响措施
  通过监测结果来看,虽然因为温度的增加,所导致的内支撑截面应力超过了混凝土轴心的抗压强度设计要求,但仍低于标准要求,基坑的内支撑结构仍保持着较为安全稳定的状态。但是为了避免内支撑结构长期处于超负荷运转状态,本工程结合施工期间的实际温差变化情况,提高了内支撑结构的混凝土强度等级,来确保其混凝土轴心的抗压强度能够抵抗温度应力的影响。
  4.3 预防支撑裂缝或者变形的措施
  (1)抗:随着杆件刚度的增大,超静定结构当中温度应力也越来越大,因此必须采取提高混凝土的等级来提高混凝土的抗压强度。同时还需要重视混凝土浇筑施工的质量,通过配置小直径、小间距的构造筋,降低裂缝产生的密度和深度,来抵抗温度应力所产生的影响。
  (2)放:所谓放,就是在本工程地下连续墙混凝土浇筑过程中,采用分段浇筑的施工方式,每间隔40米的距离,在梁、板区域内应力较小的部位,设置1米宽的后浇块,待混凝土浇筑完毕并养护30天后,在采用高一个强度等级的混凝土进行后浇块的回填浇筑,以释放因为温度所造成混凝土收缩变形。
  (3)防:在本工程基坑支护施工过程中,还采取了一系列的预防温度应力的措施,例如增加了支撑、楼板内的孔洞周边配筋数量;采取了有效的保温措施来降低混凝土的温度流失,并保持混凝土处于潮湿状态下,以减少混凝土收缩变形量;在夏季炎热时节进行施工过程中,为了避免太阳辐射造成的温度应力,采用对施工区域洒水或者保温材料覆盖的方式,降低温差变化。
  4.4 避免支护结构位移
  为了减少支护结构位移对周围建筑的影响,本工程主要采取了以下控制措施:①在监测过程中,本工程支护结构的中部存在较大的变形情况,因此适当的增加了连续墙的埋深深度,来抵抗中部变形问题。②加大支撑构件的断面积,从而降低支撑杆件长度,以增大支撑水平刚度系数。③在施工过程中,一旦地下结构完成施工任务,应尽早开展覆土施工,以避免温差变化过大,导致地下基坑结构产生位移变形。
  5 结束语
  综上所述,随着人们生活水平的提高,对生活品质的要求也越来越高。尤其是各类工程建设过程中,人们不仅关注工程本身的功能,而且还重视工程建设的质量。现阶段,温度的变化会对工程的钢结构、混凝土结构产生较大的影响,导致结构出现失稳现象,严重影响工程的整体稳定性。因此,相关工作者应当重视温度应力的研究,结合不同工程结构的实际情况,采取相对应技术措施降低温度应力产生影响,提高工程建设质量,保护居民的人身和财产安全。
  参考文献
  [1] 王成祥.浅谈施工温度对大体积混凝土结构裂缝的影响[J].甘肃科技纵横,2008,37(4):122-123.
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