南京奥体中心中央大平台结构裂缝控制问题的研究
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摘要
大面积预应力混凝土框架梁板结构在我国工程实践中得到越来越广泛的应用,但是这种结构形式的裂缝问题一直是困扰设计人员的难题。本文结合南京奥体中心中央大平台结构,对预应力混凝土框架梁板结构的裂缝控制进行详细的研究。主要工作如下:
1、在东南大学预应力实验室及南京奥体中心中央大平台现场进行了将近一年的长期测试,对混凝土的强度、弹性模量、收缩徐变等基本材料性能随龄期的变化及楼面混凝土应变等进行了长期观测。在对试验长期观测分析及对现有的混凝土材料性能随龄期的变化公式比较基础上,提出了与实测数据较为吻合的计算模式,希望对今后类似工程具有参考价值。
2、在分析总结国内外已有研究成果的基础上,对混凝土框架结构的裂缝控制措施进行比较深入的研究。对框架结构的伸缩缝设置间距进行定量分析,给出理论计算公式。对后浇带的设置方式进行分析并给出比较合理的做法。结合工程施工探讨了大面积预应力混凝土框架梁板结构中预应力筋及普通钢筋的合理配置问题。
3、对南京奥体中心中央大平台梁柱固接即形成框架的情况建立有限元模型,分析其在温度及收缩作用下的内力分布情况。研究表明,在温度、收缩作用下圆环形混凝土框架结构除了具有普通超长框架的特征外,还具有自己的特点。
4、在温度作用下多跨混凝土框架结构的中间跨会产生较大的拉应力,边柱节点将产生不可忽视的侧移,并引起边跨柱和边跨梁中较为可观的弯矩。对南京奥体中心中央大平台结构通过大量的有限元计算分析在不同位置设置滑动支座对结构内力的影响表明设置滑动支座是减少温度应力及柱子的侧移的有效措施。
5、确定中央大平台预应力筋的连续布置跨数、后浇带的设置方案,从结构的使用性、经济性、可施工性及施工阶段的结构性能等方面对中央大平台后浇跨之间超长施工段的两个施工方案进行分析比较,选择较为合理的施工方案。
6、对中央大平台现场的长期测试数据进行分析处理,总结其规律。
The application of large area prestressed concrete beam-slab frames in civil engineering becomes more and more abroad. The crack problem in this structure puzzles the designers. In this paper, how to control the development of crack is deeply studied, based on large platform structure of Nanjing Olympic sports center. The main work is as following.
1. Nearly one year observation is carried in the Key Laboratory of PC & PRC structure and the site of Nanjing Olympic Center. The variation of basis properties of concrete, such as strength, elastic modulus, shrinkage and creep, versus age, is recorded. Based on comparison of long-term observation and the existing formula of material properties versus age, an anastomotic design mode is received, expecting consultable use in similar project.
2. Based on analysis and summary of domestic and foreign exiting research result, the measures that how to control the development of crack in concrete frame is deeply studied. Quantitative analysis on the proper expansion joint is performed, and theoretic arithmetic formula is put forward. The set manner of joint is studied and proper measures are presented. Considering the application in projects, the reasonable layment of prestress steel and general steel in large area prestressed concrete beam-slab frame is discussed.
3. The finite element model of Nanjing Olympic Center is created, and the distribution of internal force under temperature and shrinkage load is analyzed. It is indicated that cirque concrete frame has its own character besides something like ordinary frames.
4. Under temperature load, tension stress in the middle span is big in multi-span concrete frames, and the bigger node displacement of side column causes considerable additional moment in beams and columns. In order to reduce the stress and the lateral displacement of columns due to temperature, sliding supports are disposed in different manners. Analysis indicates that it is a effective measure.
5. Two different structure projects are presented, which adopt different continuous spans of prestress steel and expansion layout. Considering usability, economy, operability and the structure performance in construction stage, the two projects is compared, and selecting the better one.
6. Analyzing and dealing with the record data of the site of Center Platform, and summarizing.
1、在东南大学预应力实验室及南京奥体中心中央大平台现场进行了将近一年的长期测试,对混凝土的强度、弹性模量、收缩徐变等基本材料性能随龄期的变化及楼面混凝土应变等进行了长期观测。在对试验长期观测分析及对现有的混凝土材料性能随龄期的变化公式比较基础上,提出了与实测数据较为吻合的计算模式,希望对今后类似工程具有参考价值。
2、在分析总结国内外已有研究成果的基础上,对混凝土框架结构的裂缝控制措施进行比较深入的研究。对框架结构的伸缩缝设置间距进行定量分析,给出理论计算公式。对后浇带的设置方式进行分析并给出比较合理的做法。结合工程施工探讨了大面积预应力混凝土框架梁板结构中预应力筋及普通钢筋的合理配置问题。
3、对南京奥体中心中央大平台梁柱固接即形成框架的情况建立有限元模型,分析其在温度及收缩作用下的内力分布情况。研究表明,在温度、收缩作用下圆环形混凝土框架结构除了具有普通超长框架的特征外,还具有自己的特点。
4、在温度作用下多跨混凝土框架结构的中间跨会产生较大的拉应力,边柱节点将产生不可忽视的侧移,并引起边跨柱和边跨梁中较为可观的弯矩。对南京奥体中心中央大平台结构通过大量的有限元计算分析在不同位置设置滑动支座对结构内力的影响表明设置滑动支座是减少温度应力及柱子的侧移的有效措施。
5、确定中央大平台预应力筋的连续布置跨数、后浇带的设置方案,从结构的使用性、经济性、可施工性及施工阶段的结构性能等方面对中央大平台后浇跨之间超长施工段的两个施工方案进行分析比较,选择较为合理的施工方案。
6、对中央大平台现场的长期测试数据进行分析处理,总结其规律。
The application of large area prestressed concrete beam-slab frames in civil engineering becomes more and more abroad. The crack problem in this structure puzzles the designers. In this paper, how to control the development of crack is deeply studied, based on large platform structure of Nanjing Olympic sports center. The main work is as following.
1. Nearly one year observation is carried in the Key Laboratory of PC & PRC structure and the site of Nanjing Olympic Center. The variation of basis properties of concrete, such as strength, elastic modulus, shrinkage and creep, versus age, is recorded. Based on comparison of long-term observation and the existing formula of material properties versus age, an anastomotic design mode is received, expecting consultable use in similar project.
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4. Under temperature load, tension stress in the middle span is big in multi-span concrete frames, and the bigger node displacement of side column causes considerable additional moment in beams and columns. In order to reduce the stress and the lateral displacement of columns due to temperature, sliding supports are disposed in different manners. Analysis indicates that it is a effective measure.
5. Two different structure projects are presented, which adopt different continuous spans of prestress steel and expansion layout. Considering usability, economy, operability and the structure performance in construction stage, the two projects is compared, and selecting the better one.
6. Analyzing and dealing with the record data of the site of Center Platform, and summarizing.
引文
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