荷载及结构设计原理 06其他作用 0519.ppt
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1、讲授:张玉林讲授:张玉林荷载及结构设计原理荷载及结构设计原理建筑工程技术教研室建筑工程技术教研室目录目录绪论(建筑结构设计与可靠性理论的发展)绪论(建筑结构设计与可靠性理论的发展)荷载类型荷载类型重力重力侧压力侧压力风荷载风荷载地震作用地震作用其他作用其他作用荷载的统计分析荷载的统计分析结构抗力的统计分析结构抗力的统计分析结构可靠度分析结构可靠度分析结构概率可靠度设计法结构概率可靠度设计法第六章 其他荷载与作用本章内容本章内容第一节第一节 温度作用温度作用第二节第二节 变形作用变形作用第三节第三节 爆炸作用爆炸作用 第四节第四节 浮力作用浮力作用第五节第五节 行车动态作用行车动态作用第六节第六
2、节 预加力预加力第六章 其他荷载与作用第一节第一节 温度作用温度作用一、温度作用基本概念及原理温度作用因温度变化引起的结构变形和附加力。u具体表现:当结构或构件的温度发生变化时,体内任一点(单元体)热变形(膨胀或收缩)由于受到周围相邻单元体的约束(内约束)或边界受到其他结构或构件的约束(外约束),使体内该点产生温度应力。u温度作用大小影响因素:环境温度变化约束条件第六章 其他荷载与作用第一节第一节 温度作用温度作用工程约束条件:(1)结构物的变形受到其他物体的阻碍或支承条件的制约,不能自由变形。框架结构基础梁的伸缩变形受到柱基约束,没有任何变形余地。第六章 其他荷载与作用第一节第一节 温度作用
3、温度作用简支屋面梁温差引起的应力分布 大体积混凝土梁水化热引起的应力分布(2)构件内部各单元体之间相互制约,不能自由变形。简支屋面梁,在日照作用下屋面温度高于室内温度,简支梁沿梁高受到不均匀温差作用,产生翘曲变形,在梁中引起应力。大体积混凝土梁结硬时,水化热使得中心温度较高,两侧温度偏低,内外温差不均衡在截面引起应力。第六章 其他荷载与作用第一节第一节 温度作用温度作用二、温度应力计算根据不同的结构形式和约束条件考虑温度变化对结构内力和变形的影响。由于温度变化引起的材料膨胀和收缩变形是自由的,故在结构上不引起内力,其变形可由虚功原理计算。存在多余约束,其温度作用效应的计算,一般根据变形协调条件
4、,按结构力学或弹性力学方法确定。u静定结构:u超静定结构:第六章 其他荷载与作用第一节第一节 温度作用温度作用三、温度变化的考虑温度变化:由气温变化和结构温差引起气温变化:一年中大气气温年温差,通常取最高月和最低月平均气温的差值。我国长江中下游一带大气气温年温差约为30。结构温差:由于日照、骤冷等天气原因或高温车间、低温冷库等使用情况造成的结构内外温度差异,应考虑房屋散热和保暖条件,按实际调查情况确定温差取值。第六章 其他荷载与作用第一节第一节 温度作用温度作用钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m)结构类别室内或土中露天排架结构装配式10070框架结构装配式7550现浇式5535剪力墙结构装配式6
5、540现浇式4530挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式4030现浇式3020u建筑结构:通常不计算温度应力,采取构造措施混凝土结构设计规范、砌体结构设计规范、钢结构设计规范 均有不同的要求 第六章 其他荷载与作用第二节第二节 变形作用变形作用u变形作用由于外界因素的影响(如结构或构件的支座移动或地基发生不均匀沉降),或自身原因构件发生伸缩变形(如混凝土构件发生徐变),使得结构物被迫发生变形和内力。静定结构:允许产生符合其约束条件的位移,结构内不会产生应力和应变超静定结构:多余约束限制结构自由变形,从而产生应力和应变第六章 其他荷载与作用第二节第二节 变形作用变形作用中部沉降过大引起的正八字裂缝
6、厂房大面积堆载基础下沉 一、地基变形的影响u砌体结构房屋,地基不均匀沉降在砌体中引起附加拉力或剪力,当附加内力超过砌体本身强度便产生裂缝。u单层厂房,因地面大面积堆载造成基础下沉,使柱身在附加弯矩作用下开裂。第六章 其他荷载与作用第二节第二节 变形作用变形作用刚架桥右侧支柱下沉引起裂缝 连续梁桥两端桥台沉陷引起裂缝 u刚架桥,当右端支柱基础下沉,刚架梁柱相应产生附加弯矩。横梁节点处产生裂缝。u连续梁桥,墩台沉降不均匀引起梁内附加力,如两端桥台下沉较大,则中间桥墩上梁身所受负弯矩增大,顶部会产生自上而下的裂缝。第六章 其他荷载与作用第二节第二节 变形作用变形作用二、混凝土收缩和徐变u混凝土收缩:
7、混凝土在硬化时,由于水泥胶体的凝缩和干燥失水以及碳化作用引起的体积减小的现象。如果受到外部支承条件或内部钢筋的约束,会在混凝土中产生拉应力,加速裂缝的产生和发展,影响构件的耐久性和疲劳强度等性能。工程设计中如何考虑?第六章 其他荷载与作用第二节第二节 变形作用变形作用应考虑混凝土收缩变形计算结构附加内力,但常常通过构造措施降低和避免收缩影响,而不去计算收缩应力。(1)限制结构物伸缩缝距离,控制结构不要过长;(2)设置后浇带减少混凝土早期收缩影响;(3)收缩应力较大部位加强配筋;(4)采用补偿收缩混凝土,设置膨胀加强带,抵销收缩变形和约束应力等。例如:第六章 其他荷载与作用第二节第二节 变形作用
8、变形作用设置后浇带后浇沉降带、后浇收缩带、后浇温度带 第六章 其他荷载与作用第二节第二节 变形作用变形作用u混凝土徐变:荷载的长期作用下,混凝土的变形随时间而增长的现象。(1)对钢筋混凝土受压构件,徐变将荷载卸载给钢筋,使构件中钢筋的应力或应变增加,混凝土应力减小,有利于防止和减小结构物裂缝的形成。(2)徐变对结构也有不利影响,如受弯构件受压区混凝土的徐变可使挠度增加,预应力混凝土结构的徐变将引起预应力的损失。有利和不利影响:第六章 其他荷载与作用第三节第三节 爆炸作用爆炸作用一、爆炸的概念就是物质系统迅速释放能量的物理或化学过程,它在极短的时间内迸发大量能量,并以波的形式对周围介质施加高压。
9、爆炸按照爆炸发生机理和作用性质分:物理爆炸、化学爆炸、燃气爆炸和核爆炸等多种类型。第六章 其他荷载与作用第三节第三节 爆炸作用爆炸作用二、爆炸力学性质1.压力时间曲线核爆升压时间很快;化爆升压时间相对较慢,峰值压力亦较核爆为低;燃爆升压最慢,峰值压力也更低。2.冲击波和压力波爆炸会在瞬间压缩周围空气而产生超压,爆炸压力超过正常大气压,核爆、化爆和燃爆都产生不同幅度的超压,其作用效应相当于静压。从压力时间曲线看:超压第六章 其他荷载与作用第三节第三节 爆炸作用爆炸作用在极短的时间内压力达到峰值,气体急速地被挤压和推进而产生冲击波。冲击波所到之处,除产生超压外,还带动波阵面后空气质点高速运动引起动
10、压,动压与物体形状和受力面方位有关,类似于风压。以超压为主,动压很小,可以忽略,其爆炸波属压力波。核爆、化爆燃气爆炸第六章 其他荷载与作用第三节第三节 爆炸作用爆炸作用三、爆炸对结构的影响及计算1.爆炸对结构的影响 爆炸对结构产生的破坏程度与爆炸的性质和爆炸物质的数量有关。爆炸发生的环境或位置不同,其破坏作用也不同,在封闭的房间、密闭的管道内发生的爆炸其破坏作用比在结构外部发生的爆炸要严重的多。燃气爆炸是建筑结构易于遭遇到的爆炸,民用燃气爆炸升压时间与结构基本周期相比,作用时间足够缓慢,可以忽略惯性力,把燃气爆炸对结构的作用当作静力作用,不必考虑其动力效应。第六章 其他荷载与作用第三节第三节
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