CN102663213A - 混凝土结构温差收缩效应的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土结构温差收缩效应的分析方法，涉及结构工程技术领域，可获得混凝土结构在施工过程以及竣工验收后使用过程中任一时间点的温差作用内力和变形量，为结构设计以及施工时采取针对性控制措施提供依据。本发明所述方法，包括：建立混凝土结构的结构模型，在结构模型上划分后浇带，进行子结构设置；制定施工工期计划；按施工工期计划进行全过程的施工模拟，随模拟的施工进度，基于结构模型逐步模拟混凝土结构的生成过程，同时结合混凝土结构的生成过程采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量。

Description

混凝土结构温差收缩效应的分析方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种混凝土结构温差收缩效应的分析方法。

背景技术

随着当前国内外建筑功能需求和结构体系设计的日益复杂化，在建筑结构体系，特别是在扩大地下室和混凝土楼盖体系中，经常出现体型超长且平面布置复杂的混凝土结构，这种混凝土结构对环境温差、混凝土收缩、徐变等因素十分敏感，如果分析、设计或施工构造时措施不当，极易引起混凝土结构（如混凝土楼盖或其它结构构件）受拉开裂，产生较大裂缝，且不易修复，影响建筑的使用功能，使整体结构存在安全隐患。

针对考虑环境温差，混凝土收缩、徐变等因素的温差收缩效应，现有计算模型及分析方法存在算法粗略、约束条件有误、不能反映结构实际生成过程以及计算结果准确性低等问题，难以准确地揭示混凝土结构温差收缩效应的发展规律，也难以预测及解决施工中存在的问题，无法适应混凝土结构的设计施工需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种混凝土结构温差收缩效应的分析方法，可获得混凝土结构施工全过程任一时间点的温差作用内力和变形量，从而在根本上解决混凝土结构温差收缩效应的求解问题，准确揭示了混凝土结构温差收缩效应的发展规律，为结构设计以及施工时采取针对性控制措施提供依据。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种混凝土结构温差收缩效应的分析方法，包括：

建立欲分析混凝土结构的结构模型，在所述结构模型上划分后浇带，进行子结构设置；

制定施工工期计划，确定施工过程中每一所述子结构的施工工期，后浇带合拢阶段的施工工期和后期装饰阶段的施工工期；

按所述施工工期计划进行全过程的施工模拟，随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量。

进行子结构施工阶段的施工模拟时，所述随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，具体包括：

步骤A、按照所述施工模拟的进度，在所述结构模型上模拟生成第一子结构，所述第一子结构为按照模拟的施工进度正处于施工工期的子结构；

步骤B、对模拟生成的第一子结构施加初始温差，对所述结构模型中已生成的除所述第一子结构之外的子结构施加温差增量，采用非线性有限元法计算每一所述子结构因环境温差产生的结构内力及结构变形量，所述初始温差为所述施工模拟进行到的当前施工工期内的最低温度减去混凝土浇筑时温度所得差值，所述温差增量为当前施工工期内的最低温度减去已完成的前一施工工期内的最低温度所得差值；

步骤C、考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量；

按照所述施工工期计划，重复执行步骤A、B和C，直到完成所有所述子结构的施工模拟。

进行后浇带合拢阶段的施工模拟时，所述随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，具体包括：

在所述结构模型上进行后浇带合拢的施工模拟，在所述结构模型上模拟生成后浇带；

对所述后浇带施加初始温差，对所述结构模型中已生成的子结构施加所述后浇带合拢阶段的温差增量，采用非线性有限元法计算所述结构模型因环境温差产生的结构内力及结构变形量；

考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量。

进行所述后期装饰阶段的施工模拟时，所述随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，具体包括：

对所述结构模型的整体结构施加所述后期装饰阶段的温差增量，采用非线性有限元法计算所述结构模型因环境温差产生的结构内力及结构变形量；

考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量。

计算因环境温差产生的所述结构内力及结构变形量或者对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正时，采用有限刚度模拟地基或桩基对所述混凝土结构的基础的约束作用，考虑所述基础在地基土中的实际的平动和转动，以及地基土对所述基础的有限约束作用。

进一步地，所述混凝土结构温差收缩效应的方法，还包括：

根据计算出的所述温差收缩效应累积引起的结构内力及结构变形量，找出在温差收缩效应作用下所述结构模型中应力或变形相对较大的构件及所在区域。

进一步地，所述混凝土结构温差收缩效应的方法，还包括：

根据计算出的所述温差收缩效应累积引起的结构内力及结构变形量，对所述施工模拟中引入的参数进行优化或者对所述施工工期计划进行修改后，重新分析所述混凝土结构的温差收缩效应。

本发明中的混凝土结构温差收缩效应的分析方法，按预先制定的施工工期计划进行全过程的施工模拟，随模拟的施工进度，逐步模拟混凝土结构的生成过程，同时结合结构生成过程采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，可获得混凝土结构施工过程任一时间点的结构内力和结构变形量，在根本上解决温差收缩效应的求解问题，为混凝土结构的结构设计以及施工时采取针对性控制提供依据。本发明所述方法尤其对复杂超长的混凝土结构的工程设计和施工控制具有重要的实用价值和指导意义。

附图说明

图1为本发明实施例中混凝土结构温差收缩效应的分析方法流程图一；

图2本发明的实际工程应用案例-2层地下室后浇带划分的示意图；

图3为本发明实施例中子结构施工阶段温差收缩效应的分析方法流程图；

图4为本发明实施例中混凝土结构温差收缩效应的分析方法流程图二。

具体实施方式

本发明实施例提供一种混凝土结构温差收缩效应的分析方法，可获得混凝土结构施工全过程任一时间点的温差作用内力和变形量，为结构设计以及施工时采取针对性控制措施提供依据。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本发明实施例提供一种混凝土结构温差收缩效应的分析方法，如图1所示，该方法包括：

111、建立欲分析混凝土结构的结构模型，在结构模型上划分后浇带，进行子结构设置；

在混凝土结构的施工过程中，由于缺少空调以及覆土、装饰等有利条件，常会经历最不利的温差变化过程，因此在混凝土结构（尤其是超长复杂的混凝土结构）的设计施工中，后浇带的设置及后浇、后合拢等措施十分必要。实际施工时后浇带宽度一般取800~1000mm左右，后浇带的设置位置及间距主要取决于两方面：一是工程所在地的温差变化幅度，温差变化幅度较大时可适当减小后浇带的间距；二是工程的实际结构体型，后浇带的设计及划分要结合工程的实际结构体型，要注意考虑是否方便施工。

完成后浇带的设置后，根据各阶段施工进度计划，将混凝土结构划分为相对独立的多个子结构（或称施工结构组）。子结构只是相对整体结构的一个表述，子结构的具体设置可结合具体分析对象的结构构成和施工过程进行，一般取分析对象中与施工阶段相对应的自然构成部分，包括若干单元如梁、板、柱等，例如一层楼盖结构即可认为是一个子结构。

分析混凝土结构的温差收缩效应时，将一个大型的复杂结构划分为若干子结构，利用子结构对整体结构进行分析计算，可有效提高计算效率。具体实施时，结合各阶段的施工进度建立该阶段新生成的子结构及既有子结构（已生成的子结构）各自的刚度矩阵，将一个大型的复杂结构划分为若干子结构，先分别确定各子结构的刚度矩阵，再将各子结构装配成整体结构，最后确定整体结构的刚度矩阵。可选地，在混凝土楼盖体系中，一层楼盖结构即可认为是一个子结构。在后浇带合拢前，各子结构在水平方向互不影响，独立工作，而只在上下层间存在子结构的相互作用。

本步骤中对需要进行温差收缩效应分析的混凝土结构，建立结构模型，在结构模型上设置后浇带，并将结构模型划分为若干个子结构。如图2所示，为本发明的一个具体实施例-2层地下室后浇带划分的示意图。

112、制定施工工期计划，确定施工过程中每一子结构的施工工期、后浇带合拢阶段的施工工期和后期装饰阶段的施工工期；

按施工顺序，施工过程一般被依次划分为：子结构施工阶段、后浇带合拢阶段和后期装饰阶段。子结构施工阶段逐层形成建筑的主体结构，后浇带合拢阶段浇筑后浇带形成整体结构，后期装饰阶段进行填土覆盖、建筑外装饰和室内装饰装修等。所以，施工工期计划一般包括：子结构施工阶段每一子结构的施工工期、后浇带合拢阶段的施工工期和后期装饰阶段的施工工期，施工工期计划可根据工程项目的实际情况制定，施工工期一般以月为单位，亦可以天为单位，本实施例对此不加限定。例如，本发明的一个具体实施例共有2层地下室5层塔楼，假设从3月份开始施工，每两个月完成一层地下室结构，一个月完成一层塔楼（共5层），装饰阶段为半年，施工工期的大致计划如下：

3、4月施工-2层地下室；

5、6月施工-1层地下室，-2层地下室后浇带合拢；

7月施工1层塔楼，-1层地下室后浇带合拢；

8月~11月施工2～5层塔楼；

12月~次年5月后期装饰。

113、按施工工期计划进行全过程的施工模拟，随模拟的施工进度，基于结构模型逐步模拟混凝土结构的生成过程，同时结合混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量。

本步骤中，按112中确定的施工工期计划进行全过程的施工模拟，随施工进度，在结构模型上逐步生成子结构和后浇带，导入子结构或后浇带的结构信息、施工信息等，具体包括：子结构中单元的属性、荷载信息、材料属性、约束条件及时随参数等，结构模型逐步细化为接近实体的实体模型；在进行结构生成过程模拟的同时，并行计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量。

本实施例所述混凝土结构温差收缩效应的分析方法，按预先制定的施工工期计划进行全过程的施工模拟，随模拟的施工进度，逐步模拟混凝土结构的生成过程，同时结合结构生成过程采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，可获得混凝土结构施工过程任一时间点的结构内力和结构变形量，在根本上解决温差收缩效应的求解问题，为混凝土结构的结构设计以及施工时采取针对性控制提供依据。本发明所述方法尤其对复杂超长的混凝土结构的工程设计和施工控制具有重要的实用价值和指导意义。

具体地，步骤113所示的施工模拟以及温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量的具体计算过程如下所述。

如图3所示，进行子结构施工阶段的施工模拟时，步骤113具体包括：

A、按照施工模拟的进度，在结构模型上模拟生成第一子结构，所述第一子结构为按照模拟的施工进度正处于施工工期的子结构；

B、对模拟生成的第一子结构施加初始温差，对结构模型中已生成的除第一子结构之外的子结构施加温差增量，采用非线性有限元法计算每一子结构因环境温差产生的结构内力及结构变形量，初始温差为施工模拟进行到的当前施工工期内的最低温度减去混凝土浇筑时温度所得差值，温差增量为当前施工工期内的最低温度减去已完成施工模拟的前一施工工期内的最低温度所得差值；

与建筑的长期使用阶段相比，混凝土结构从开始施工至装饰期内温差变化幅度更大，整体结构温差收缩效应通常最为不利。从施工开始算起，混凝土结构的温差取值主要分为升温温差（正温差）及降温温差（负温差）两种。正温差作用下混凝土结构的膨胀变形与混凝土材料的收缩变形可部分相抵，而负温差作用下混凝土结构的收缩变形趋势则与混凝土材料的收缩变形一致，二者叠加对混凝土缩裂变形及受拉应力水平的控制更加不利。因此，混凝土结构温差效应分析时主要考虑施工全过程所经历的最不利负温差工况。

所以，步骤B中的初始温差和温差增量也考虑各子结构所经历的最不利负温差，具体实施中先根据混凝土结构所在地气温的统计材料确定各施工工期内的最低温度，再计算初始温差和温差增量。第一子结构施工工期内的最低温度减去第一子结构浇筑时温度所得差值即为对第一子结构施加的初始温差，此处所述浇筑时温度指在第一子结构的施工模拟时导入的混凝土浇筑时的环境温度。第一子结构施工工期内的最低温度减去已完成施工模拟的，前一子结构施工工期内的最低温度所得差值，即为对除第一子结构之外的其余子结构施加的温差增量。

C、考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量；

按照施工工期计划，重复执行步骤A、B和C，直到完成所有子结构的施工模拟。

下面对步骤B和C中采用非线性有限元法计算温差收缩效应下的结构内力及结构变形量的具体计算过程进行详细叙述。

一个具体的实施例中，结构模型被划分为i个子结构，按施工顺序这些子结构依次命名为子结构1，子结构2，子结构3，...子结构i，施工模拟包括i+1个结构施工阶段和1个后期装饰阶段，温差收缩效应分析方法的具体流程如图4所示。

为便于理解，先对施工模拟中第一个生成的子结构（子结构1）进行计算，从时刻t₀开始到时刻t₁结束在初始温差ΔT₁₁作用下，子结构1中的单元（可为杆单元或平面单元）节点初始应变为

子结构中包括若干构件如梁、板、柱等，这些构件通称单元。以空间杆单元为例，忽略杆件截面横向温度变形及剪切变形，杆单元有沿轴向的初应变：

${\mathrm{\ϵ}}_0^e={\mathrm{\α}}_c\mathrm{\Δ}{T}_{11}-----\left(1\right)$

式中ΔT_ij为子结构i在时段j内的温差，α_c为混凝土线膨胀系数。ΔT₁₁为子结构1在时段1内（时刻t₀到时刻t₁）的温差，可选地，ΔT₁₁可代入子结构1的初始温差值。

设单元应力-应变关系矩阵[D]，则单元考虑初应变时的实际应变-应力关系的有限元格式为：

${\left\{\mathrm{\σ}\right\}}_{t_0}^e=\left[D\right]({\left\{\mathrm{\ϵ}\right\}}_{t_0}^e-{\left\{{\mathrm{\ϵ}}_0\right\}}_{t_0}^e)-----\left(2\right)$

上式中

为单元初始应力向量，

为单元初始应变向量，

为单元初应变向量。

引入单位虚功向量，则单元内力虚功的积分表达式为：

${\∫\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}\right\}}^T{\left\{\mathrm{\σ}\right\}}_{t_0}^e\mathrm{dV}=\∫{\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}\right\}}^T\left[D\right]{\left\{\mathrm{\ϵ}\right\}}_{t_0}^e\mathrm{dV}-{\∫\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}\right\}}^T\left[D\right]{\left\{{\mathrm{\ϵ}}_0\right\}}_{t_0}^e\mathrm{dV}-----\left(3\right)$

（3）式的实际积分形式可根据单元的外形（杆、壳、实体）有所变化。

设单元应变矩阵为[B]，

为单元虚位移向量，为t₀时刻单元位移向量，则有：

${\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}\right\}}^e=\left[B\right]{\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}\right\}}^e$

${\left\{\mathrm{\ϵ}\right\}}_{t_0}^e=\left[B\right]{\left\{\mathrm{\δ}\right\}}_{t_0}^e-----\left(4\right)$

代入（3）式可得：

${\∫\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}\right\}}^T{\left\{\mathrm{\σ}\right\}}_{t_0}^e\mathrm{dV}=\∫{\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}\right\}}^T{\left[B\right]}^T\left[D\right]\left[B\right]{\left\{\mathrm{\δ}\right\}}_{t_0}^e\mathrm{dV}-{\∫\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}\right\}}^T{\left[B\right]}^T\left[D\right]{\left\{{\mathrm{\ϵ}}_0\right\}}_{t_0}^e\mathrm{dV}$ -----（5）

$={\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}\right\}}^T({\left[K\right]}^e{\left\{\mathrm{\δ}\right\}}_{t_0}^e-{\left[L\right]}^e{\left\{{\mathrm{\ϵ}}_0\right\}}_{t_0}^e)$

上式中，[K]^e=∫[[B]^T[D][B]dV，[L]^e=∫[[B]^T[D]dV。

集合整体坐标下整体结构(该阶段已生成的所有结构)的总的内力虚功表达式为：

$W_{i,t_0}={\left\{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}\right\}}^T\left(\right[K]{\left\{\mathrm{\δ}\right\}}_{t_0}-[L\left]{\left\{{\mathrm{\ϵ}}_0\right\}}_{t_0}\right)-----\left(6\right)$

只考虑温差效应而无外荷载作用时，外荷载所做总的虚功为零，所以可建立子结构1内、外力总虚功的平衡方程且计及

则有

$\left[K\right]{\left\{\mathrm{\δ}\right\}}_{t_0}=\left[L\right]{\left\{{\mathrm{\ϵ}}_0\right\}}_{t_0}-----\left(7\right)$

由上式可求解整体结构整体坐标下的位移向量

进而得到因环境温差产生的结构内力及结构变形量，即各单元节点初始温差变形

及初始温差内力

然后考虑混凝土徐变、收缩效应(长期效应)，对计算出的结构内力和结构变形量进行修正，以获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量。

为简化表达，计算混凝土徐变效应的初始加载龄期及混凝土收缩应变初始计算龄期均取为t₀。由初始温差作用下初始应变ε(t₀)、初始应力σ(t₀)，考虑时刻t₀到时刻t₁阶段内混凝土徐变、收缩效应产生的应变增量Δε_cs(t₁)、应力增量Δσ_cs(t₁)建立关系表达式如下：

其中，E_C为混凝土的弹性模量，为从时刻t₀到时刻t₁对应的混凝土徐变系数，Δε_sh(t₁，t₀)为从时刻t₀到时刻t₁对应的混凝土收缩应变。单元的有限元格式为：

上式化为应力增量表达式：

则有单元应力增量虚功方程：

即：

上式中，

其中，[K]^e为单元刚度矩阵，χ(t,t₀)为从时刻t₀开始到时刻t₁时对应的混凝土老化系数。

集合整体坐标下子结构1总的虚功方程，计及内、外力总的虚功增量为零，且

则有

由上式可求解整体坐标下已生成的整体结构模型相应的长期效应位移增量，进而得到各单元节点位移增量及内力增量，对计算出的结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量，完成子结构1的施工模拟过程。

子结构2（第二个生成的子结构）的施工模拟过程如下：

子结构2生成后，对子结构2施加初始温差T₂₂，同时子结构1施加温差增量ΔT₁₂，在前一阶段的分析结果基础上，结合已有子结构1和新生成的子结构2，形成新的整体结构刚度矩阵，计算本阶段（施工阶段-2，子结构2的施工工期）内温差作用下各单元的结构内力及位移增量。

考虑混凝土长期效应即混凝土徐变、收缩效应，根据本阶段（施工阶段-2）内温差作用引起的内力、位移增量这些分析结果，进一步计算至本阶段结束时实际的考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及位移增量变化，具体的有限元计算原理和过程与施工阶段-1子结构1施工模拟的计算过程大致类似。以此类推，结合子结构生成过程交替迭代计算，依次通过非线性有限元法计算出在各子结构施工阶段温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量。

具体地，在进行后浇带合拢阶段的施工模拟时，步骤113具体包括：

在结构模型上进行后浇带合拢的施工模拟，在结构模型模拟上生成后浇带，结构模型的整体结构形成；

对结构模型中的后浇带施加初始温差，对结构模型中已生成的子结构施加后浇带合拢阶段的温差增量，采用非线性有限元法计算结构模型因环境温差产生的结构内力及结构变形量；

考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量。

具体地，在进行后期装饰阶段的施工模拟时，步骤113具体包括：

对结构模型的整体结构施加后期装饰阶段的温差增量，采用非线性有限元法计算结构模型因环境温差产生的结构内力及结构变形量；

考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量。

因后期装饰阶段施工工期一般比较长，所以对整体结构施加后期装饰阶段的温差增量时，一般逐月累计施加，以便得到后期装饰阶段结构模型每个月的结构内力及结构变形量。在后浇带合拢阶段和装饰阶段，结构内力及结构变形量的有限元计算原理和过程与子结构施工阶段的计算过程大致类似，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，均可通过变化或替换轻易地完成后浇带合拢阶段和装饰阶段的温差收缩效应分析，在此不再一一赘述。

本发明实施例所述混凝土结构温差收缩效应的分析方法，还可对竣工验收后使用过程中的温差收缩效应进行分析，具体步骤方法与装饰阶段类似，也是先考虑环境温差，再考虑混凝土徐变、收缩效应，温差增量施加时也最好逐月累计。

综上所述，本发明实施例所述混凝土结构温差收缩效应的分析方法，随模拟的施工进度逐步模拟混凝土结构的生成过程，同时结合结构生成过程采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，可获得混凝土结构在施工过程以及竣工验收后使用过程中任一时间点的结构内力和结构变形量，在根本上解决温差收缩效应的求解问题，为混凝土结构的结构设计以及施工时采取针对性控制提供依据。例如，根据分析结果，可通过合理划分、设置混凝土后浇带，施工中合理控制混凝土低温合拢，有效减小结构的温差收缩效应的不利后果。

进一步地，本实施例所述混凝土结构温差收缩效应的分析方法，除步骤111~113外，还包括：

步骤114、根据计算出的所述温差收缩效应累积引起的所述结构内力及结构变形量，找出在温差收缩效应作用下所述结构模型上应力或形变相对较大的构件及所在区域，以摸清混凝土结构在温差收缩效应作用下受力最不利的构件及部位，以便在施工过程中有针对性地对计算结果揭示的受力不利构件及部位进行加强。

进一步地，所述混凝土结构温差收缩效应的分析方法，还包括：

步骤115、根据计算出的所述温差收缩效应累积引起的所述结构内力及结构变形量，对所述施工模拟中引入的参数进行优化或者对所述施工工期计划进行修改后，重新分析所述混凝土结构的温差收缩效应。

本步骤中对施工模拟中引入的参数进行优化，其实质是改变建筑材料，结构尺寸，或者施工控制方案等。例如为了对计算结果揭示的受力不利构件及部位进行加强，可在施工模拟中引入的代表预埋钢筋的数量或强度的参数进行修改。其中所述施工控制方案指施工时的控制量，如混凝土浇筑时的温度，养护条件等。

步骤115对设计方案、施工控制方案等进行修改后，再次对混凝土结构的温差收缩效应进行分析计算，根据分析计算的结果，对混凝土结构的工程设计和施工控制方案的合理性作出评价。

可选地，在所述计算因环境温差产生的结构内力及结构变形量（温差作用内力和变形量）或者对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正时，采用有限刚度模拟地基或桩基对所述混凝土结构的基础的约束作用，考虑所述基础在地基土中的实际的平动和转动，以及地基土对所述基础的有限约束作用。

混凝土结构受一般荷载作用的有限元分析模型中，结构的作用响应主要来自荷载作用自身，因而底部基础通常采用刚度无穷大的固端约束假定时，对荷载效应作用下的结构内力、变形等分析结果影响很小可忽略；而在温差等非荷载效应分析中，对结构产生的影响作用主要来自于结构的约束条件，若混凝土结构基础仍采用约束刚度无穷大的假定，对温差等非荷载效应的分析结果影响极大，所以在考虑最不利负温差及混凝土收缩效应叠加作用时，应摒弃基础固定端或不动铰的假定，而考虑混凝土结构基础在地基土中的实际的平动和转动，以及地基土对混凝土结构基础的有限约束作用，采用有限刚度模拟地基或桩基对结构模型的基础的约束作用。具体可参考《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）进行计算模拟，如采用非线性弹簧模型，假定当基础水平变形或基础转角位移超过一定限值时，地基土进入塑性状态，地基土对结构基础的约束刚度将进一步退化。

本发明所述混凝土结构温差收缩效应的分析方法，可获得混凝土结构在施工过程以及竣工验收后使用过程中任一时间点的温差作用内力和变形量，通过多种施工计划方案的模拟分析和比选，能科学、合理地确定工程施工进度控制计划。对混凝土结构（尤其是复杂超长的混凝土结构）的工程设计和施工控制方案的合理选择具有重要的实用价值和指导意义，有效提升工程项目的技术、经济指标。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种混凝土结构温差收缩效应的分析方法，其特征在于，包括：

建立欲分析混凝土结构的结构模型，在所述结构模型上划分后浇带，进行子结构设置；

制定施工工期计划，确定施工过程中每一所述子结构的施工工期，后浇带合拢阶段的施工工期和后期装饰阶段的施工工期；

按所述施工工期计划进行全过程的施工模拟，随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行子结构施工阶段的施工模拟时，所述随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，具体包括：

步骤A、按照所述施工模拟的进度，在所述结构模型上模拟生成第一子结构，所述第一子结构为按照模拟的施工进度正处于施工工期的子结构；

步骤B、对模拟生成的第一子结构施加初始温差，对所述结构模型中已生成的除所述第一子结构之外的子结构施加温差增量，采用非线性有限元法计算每一所述子结构因环境温差产生的结构内力及结构变形量，所述初始温差为所述施工模拟进行到的当前施工工期内的最低温度减去混凝土浇筑时温度所得差值，所述温差增量为当前施工工期内的最低温度减去已完成的前一施工工期内的最低温度所得差值；

步骤C、考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量；

按照所述施工工期计划，重复执行步骤A、B和C，直到完成所有所述子结构的施工模拟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行后浇带合拢阶段的施工模拟时，所述随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，具体包括：

在所述结构模型上进行后浇带合拢的施工模拟，在所述结构模型上模拟生成后浇带；

对所述后浇带施加初始温差，对所述结构模型中已生成的子结构施加所述后浇带合拢阶段的温差增量，采用非线性有限元法计算所述结构模型因环境温差产生的结构内力及结构变形量；

考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述后期装饰阶段的施工模拟时，所述随模拟的施工进度，基于所述结构模型逐步模拟所述混凝土结构的生成过程，同时结合所述混凝土结构的生成过程，采用考虑时间效应的非线性有限元法计算温差收缩效应累积引起的结构内力和结构变形量，具体包括：

对所述结构模型的整体结构施加所述后期装饰阶段的温差增量，采用非线性有限元法计算所述结构模型因环境温差产生的结构内力及结构变形量；

考虑混凝土徐变、收缩效应，对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正，获得考虑时间效应的温差收缩作用结构内力及结构变形量。

5.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，所述计算因环境温差产生的结构内力及结构变形量或者对计算出的所述结构内力和结构变形量进行修正时，采用有限刚度模拟地基或桩基对所述混凝土结构的基础的约束作用，考虑所述基础在地基土中的实际的平动和转动，以及地基土对所述基础的有限约束作用。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

根据计算出的所述温差收缩效应累积引起的结构内力及结构变形量，找出在温差收缩效应作用下所述结构模型中应力或变形相对较大的构件及所在区域。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

根据计算出的所述温差收缩效应累积引起的结构内力及结构变形量，对所述施工模拟中引入的参数进行优化或者对所述施工工期计划进行修改后，重新分析所述混凝土结构的温差收缩效应。

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