温度对结构应力变形影响的研究
温度应力对结构的影响
温度应力对结构的影响
温度应力是由于温度变化引起的结构内部的应力。
它对结构的影响可以在以下几个方面体现：
热膨胀和收缩：当结构受到温度变化时，不同材料的热膨胀系数不同，会导致结构内部的应力。
当温度升高时，结构材料会膨胀，产生压应力。
相反，当温度下降时，结构材料会收缩，产生拉应力。
这种热膨胀和收缩可能导致结构的变形、位移和应力集中，进而对结构的稳定性和强度产生影响。
热疲劳：当结构反复经历温度变化时，热膨胀和收缩引起的应力会导致材料的疲劳损伤。
这种热疲劳可能会引起结构的开裂、变形和失效，降低结构的寿命和可靠性。
热应力影响结构的变形和位移：温度应力可能导致结构的变形和位移，尤其在不同材料的连接处或焊接接头处。
由于温度不同引起的热膨胀系数差异，会导致连接部位产生应力集中，进而导致结构的变形和位移，影响结构的形状和几何稳定性。
温度应力对材料性能的影响：温度应力可能影响材料的力学性能，如强度、刚度和韧性等。
当温度应力超过材料的承受能力时，可能导致材料的损伤、塑性变形或破坏，降低材料的性能和结构的可靠性。
为了减小温度应力对结构的影响，常采取一些措施，如选择合适的材料、改变结构设计、增加温度补偿装置等，以提高结构的稳定性、可靠性和耐久性。
温度作用对钢结构设计与施工的影响探究
温度作用对钢结构设计与施工的影响探究关键词：温度应力;钢结构建筑;设计;影响引言环境温度到底如何变化，测量结果如何作用于实际建设中，同一结构出现不同温差的形变应力到底有多少，温度变化对整体钢结构的作用又如何，这些问题始终困扰着钢结构的设计与施工，本文就温度对钢结构产生的影响做出合理分析，并总结出相关规律，以供参考。
1温度对钢结构的作用简述温度是表示物体冷热程度的物理量，从微观上来说是物质内部分子的运动的剧烈程度，所以温度上升对物质内部结构是会产生一定影响的，常见的水就有固态的冰、液态的水和气态的水蒸气三种形态，而对于钢结构来说，温度的变化也会影响到其内部分子的运动。
常见的热胀冷缩实例就是铁轨之间的缝隙，如果没有预留出足够的缝隙，钢铁会在热胀冷缩的效应下产生形变，致使铁轨出现弯曲，从而影响到列车运行的安全，所以对于温度的影响一定不可小觑，连粗壮的铁轨都能产生形变，何况普通的钢筋。
但这种形变其实并不是很明显，就比如小型钢结构对于温度变化产生的形变效果非常低，所以基本上可以忽略温度对其造成的影响，但是由于目前我国建筑行业的发展与工艺的革新，许多大型建筑的出现都使得钢结构的体积越来越大，著名的国家体育馆就是其中之一。
由于钢结构具有热胀冷缩的效应，如果钢结构发生形变而周围限制其应力产生，则钢结构内部的应力会逐渐增加，比较常见的就是钢筋混凝土结构的钢筋形变，使混凝土发生崩裂的现象，这对于建筑整体的稳定与安全造成了非常严重的影响。
2温度的变化原因及测量温度变化主要有三种分类，一是年温差变化，这体现在一年四季的总体平均温度变化，涉及到最高温度和最低温度之间的差距;第二个是日照温度变化，主要体现的是建筑在阳光直射下，每个区域独立的温度变化，由于照射时间长短不同，角度也会造成影响，所以温度的变化并不是均匀分布的，测量起来则十分复杂，需要计算温度场来确定;最后一个类别就是骤然温差，体现在寒流和冷空气的影响，由于这种变化更加难以捉摸，在钢结构设计和施工时很少考虑到这方面造成的影响。
钢筋混凝土结构设计中温度应力的控制
钢筋混凝土结构设计中温度应力的控制导言目前，建筑形态的变化，导致建筑结构变化越来越复杂，钢筋混凝土结构的应用广泛应用，其具有强度高、整体性好、耐久性好、耐火性好、可塑性好等优点，但是也有一些缺点，钢筋混凝土结构温度裂缝就普遍存在，主要是温度对钢筋混凝土结构的影响。
本文主要对钢筋混凝土结构设计中温度应力的控制进行分析。
温度应力及温度应力对钢筋混凝土结构的影响1.温度应力概念在各种温度变化的影响下，钢筋混凝土结构内部与表面往往会发生变形，当该变形受到刚度过大的构件约束时将发生温度应力，当温度应力达到一定数值时，结构内部的微观裂纹将会发展成为宏观裂缝。
钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋拥有基本相等的温度膨胀系数，然而因为不存在收缩性质，钢筋将对温差作用下的混凝土收缩发生阻碍，进而对混凝土产生拉应力。
结构构件截面配筋量越大，这种拉应力越大，结构构件越容易发生裂缝。
2.温度应力对钢筋混凝土结构的影响温度应力对建筑物的影响主要在两个方面，一个是高度方向，另一个是长度方向。
在高度方向，对于多高层钢筋混凝土结构，混凝土的自身收缩与温度应力的危害在顶层与底部较为显著。
这是由于在房屋底部温度变形与收缩会受到基础的约束。
但在顶部，日光直接照射在屋盖上，相对其下各层楼盖，顶层楼盖温度变化强烈，并且因为受到其下数层楼盖的约束，进而在房屋建筑中经常能在顶部看到温度裂缝与收缩。
在长度方向，当房屋的长度越大，楼板与梁等连续构件由于温度变化与混凝土自身收缩引起的长度改变就越大。
如果这些纵向长度变化受到竖向构件（柱、墙）的约束，在楼盖结构中将发生压应力或拉应力。
现浇钢筋混凝土结构的温度效应分析钢筋混凝土结构的温度效应受收缩当量温差、日照作用、季节温差的影响，本文主要对收缩当量温差进行分析。
收缩当量温差作用下钢筋混凝土结构的温度效应分析如下：1.楼板温度效应分析在均匀温度作用下用来模拟钢筋混凝土楼板的矩形壳单元，如果不受任何约束，会沿板面方向自由伸展，在垂直于板面方向不发生变形；当有外界限制时，板的变形被完全或部分限制，板单元内将发生温度应力与温度变形。
结构力学温度引起的变形
结构力学温度引起的变形引言：在结构力学中，温度是一种重要的外部因素，它会对结构体产生影响，导致结构发生变形。
本文将从温度引起的结构变形的机理、影响因素以及应对措施等方面进行探讨。
一、温度引起的结构变形机理温度变化会导致结构内部的材料产生热胀冷缩现象，从而引起结构体的变形。
具体机理可分为以下两个方面：1. 热胀冷缩效应温度升高会使结构材料内部的原子振动加剧，原子间的平均距离增大，导致材料体积膨胀；而温度降低则会使原子振动减弱，原子间的平均距离缩小，导致材料体积收缩。
这种热胀冷缩效应使得结构体在温度变化过程中产生变形。
2. 温度梯度引起的热应力当结构体不均匀受热或受冷时，不同部位的温度变化不一致，形成温度梯度。
温度梯度会导致结构体内部产生热应力，从而引起结构变形。
热应力的大小与材料的热膨胀系数有关，热膨胀系数越大，结构变形越明显。
二、温度引起结构变形的影响因素温度引起的结构变形受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 材料的热膨胀系数不同材料的热膨胀系数不同，热膨胀系数越大，结构变形越明显。
因此，在结构设计中，需要根据材料的热膨胀系数合理选择材料，以减小结构变形。
2. 结构的几何形状结构的几何形状对温度引起的结构变形有一定影响。
例如，薄长结构在温度变化时容易发生弯曲变形，而厚短结构则更容易发生收缩变形。
因此，在结构设计中，需要根据结构的几何形状合理选择材料和构造方式，以减小结构变形。
3. 温度变化的速率温度变化的速率越快，结构变形越明显。
因此，在结构设计和使用过程中，需要尽量避免温度变化的剧烈波动，以减小结构变形。
三、温度引起结构变形的应对措施为了减小或控制温度引起的结构变形，可以采取以下措施：1. 智能温控系统通过安装智能温控系统，监测结构体的温度变化，并根据变化情况调节环境温度，以减小结构变形。
2. 优化结构设计在结构设计过程中，可以通过合理选择材料、构造方式和几何形状，以及采取适当的支撑和补强措施，来降低结构在温度变化下的变形。
温度对结构应力变形影响的研究
温度对结构应力变形影响的研究摘要:采用三维有限元仿真计算程序对泄洪底孔进行了计算和分析,探讨了温度对结构应力变形的作用,为进一步研究泄洪底孔等混凝土结构提供了重要参考。
关键词:温度结构应力变形影像1计算分析模型对于温度场引起的结构应力分析一般有两种方法,一种是直接法,另一种是顺序法。
根据泄洪底孔坝段结构体形的特点和热分析的要求,构建三维热—结构耦合计算分析模型时,对体形进行了适当的简化,简化的原则是把握问题的关键,忽略次要因素的影响。
三维有限元模型如图1-1所示,坐标系为笛卡尔直角坐标系,X 轴顺水流方向,指向下游;Y轴铅直向上;Z轴垂直水流方向,指向右岸。
对于几何模型的有限元网格的划分必须要保证足够的精度,因此要把握住主要分析部位和次要分析部位,对主要部位的网格划分要尽量精细,对次要部位的网格划分只要满足计算要求即可。
对于正常温降工况下三维计算分析模型来讲,主要部分是闸墩等的大体积混凝土坝体,次要部位为基岩。
热分析时采用的是8节点SOLID70热分析单元,结构分析采用的是8节点SOLID45单元。
图1-2是温降工况下三维有限元模型网格划分图,模型单元总数为67062,节点总数为16524。
基岩底部为固端约束,其余各侧面为法向位移约束。
图.1-1正常温降工况三维计算分析图图.1-2温降工况下三维有限元模型网格划分图2温度场分析根据提供的温降10℃的温度载荷,几何模型中凡是与外界接触的部分的表面温度都设为0℃,混凝土大块靠近基岩的部分,接缝处的混凝土部分表面以及最左边的垂直面的温度设为10℃。
混凝土材料的热膨胀率为10-5,计算参考温度为0℃。
整个热分析过程只考虑热传导,而不考虑对流和辐射等传热方式。
经过热分析得到的温度载荷如图.2-1所示。
X、Y、Z三个方向的温度梯度如图.2-2～2-4所示。
图.2-1基岩和闸墩混凝土块温度载荷图图.2-2X方向温度梯度分布图图.2-3Y方向温度梯度分布图图.3-1温度引起的X方向位移图.2-4Z方向温度梯度分布图3热结构耦合分析根据热分析得到的温度场分布的结果文件,然后把分析单元从热单元转换到结构单元,读入热分析的结果文件进行温度应力分析。
机械工程中的温度场与应力场分析
机械工程中的温度场与应力场分析机械工程是一门应用学科，研究机械结构的设计、制造和维护等方面的知识。
而在机械工程中，温度场与应力场分析是非常重要的一部分，它们直接影响着机械结构的性能和寿命。
本文将介绍机械工程中的温度场与应力场分析，探讨其原理、应用以及相关技术。
一、温度场分析1. 温度场的定义与意义温度场是指在空间中不同位置的温度分布情况。
在机械工程中，温度场对于材料的热胀冷缩、热变形以及热应力等方面的影响非常重要。
通过对温度场的分析，可以确定机械结构在不同温度条件下的性能，进而进行合理的设计和优化。
2. 温度场分析的方法温度场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。
数学建模方法包括一些传统的热传导方程求解技术，如分析法、二维和三维有限元法等。
计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到温度场的分布情况。
3. 温度场分析的应用温度场分析在机械工程中有着广泛的应用。
例如，在锻造、焊接、铸造等工艺过程中，温度场分析可以帮助工程师确定材料的热历史，预测材料的变形情况，从而指导工艺参数的选择。
此外，在机械结构的设计中，温度场分析可以帮助工程师确定合理的材料选择、结构改进，提升机械结构的耐高温性能。
二、应力场分析1. 应力场的定义与意义应力场是指在机械结构内部不同位置的应力状态。
应力是材料内部的力学性质，对于机械结构的强度、刚度、耐久性等方面具有重要影响。
通过对应力场的分析，可以确定机械结构在工作载荷下的应力分布情况，进而进行合理的设计和优化。
2. 应力场分析的方法应力场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。
数学建模方法包括一些传统的力学方程求解技术，如静力学、弹性力学等。
计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到应力场的分布情况。
3. 应力场分析的应用应力场分析在机械工程中具有广泛的应用。
例如，在机械结构的设计中，应力场分析可以帮助工程师确定机械结构的合理尺寸、形状和材料，确保机械结构在工作载荷下不会发生失效。
温度对混凝土箱梁应力和变形影响的测试与分析
随 着 大跨 径 预应 力 混 凝 土桥 梁 的发 展 ， 度 温 应 力 及其对 预应 力混 凝 土桥梁 的 危害 得到 越来 越
广泛 的重视 ． 究表 明 ， 梁结 构 由 日照 、 研 桥 降温 、 年
温度 对 结构 的影 响 ， 常在 阴天 或在 被 测 试结 构 通
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ５ １３ ． ０ｃ ．２ ０ ｔ ０８
温 度对 混凝 土 箱 梁 应 力 和变形 影 响 的测 试 与 分析 ＊
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第 ３ ２卷 第 ５ 期 ２０ ０ ８年 ｌ 月 ０
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１ １ 基本结 构 的温度 自应 力 ． 基 本结 构 设 为静 定 结 构 ， 温度 梯 度 沿 主梁 且
高 按 任 意 曲线 （ 分 布 ， 单位 梁 长 ｄ 一１的梁 ） 取 ｓ
式 ， 以模拟 箱梁 温度 场 的实际 分 布情况 ． 难 为了掌
握 其 实 际分 布情 况 ， 析 温 度 变化 对 箱 梁 的挠 度 分
第 ５期
王 全 录 ， ： 度 对 混 凝 土 箱 梁 应 力 和 变形 影 响 的 测 试 与 分 析 等 温
高温条件下混凝土结构的稳定性分析
高温条件下混凝土结构的稳定性分析一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其特性为耐久性、强度、可塑性和可模性。
然而，在高温环境下，混凝土结构的稳定性会受到影响，需要进行相应的分析。
本文将对高温条件下混凝土结构的稳定性进行详细的研究。
二、高温对混凝土的影响1.高温引起的物理变化高温会导致混凝土内部水分蒸发，从而使混凝土的体积缩小，产生裂缝。
同时，高温还会使混凝土的孔隙率增大，使其强度下降。
2.高温引起的化学变化高温会使混凝土内部的水分和氢氧化钙反应，生成氧化钙和水，从而导致混凝土的强度下降。
三、高温条件下混凝土结构的稳定性1.温度对混凝土结构的影响高温会导致混凝土结构的变形和破坏。
在高温下，混凝土的强度下降，从而导致结构的稳定性减弱。
同时，高温还会使混凝土中的钢筋产生膨胀，从而导致混凝土结构的变形和破坏。
2.高温条件下混凝土结构的稳定性分析在高温条件下，混凝土结构的稳定性需要进行相应的分析。
首先需要进行温度场的分析，确定混凝土结构的温度分布情况。
其次，需要进行应力分析，确定混凝土结构的受力情况。
最后，需要进行变形分析，确定混凝土结构的变形情况。
四、高温条件下混凝土结构的防护措施1.混凝土结构的设计在设计混凝土结构时，需要考虑高温条件下的稳定性问题。
可以采取增加混凝土厚度、增加钢筋的数量和直径等措施，提高混凝土结构的稳定性。
2.混凝土结构的防火涂料在混凝土结构表面涂上防火涂料可以有效地提高混凝土结构的耐高温能力。
防火涂料可以减缓混凝土结构的温度升高速度，从而减少混凝土结构的破坏。
3.混凝土结构的降温措施在混凝土结构内部设置降温装置可以有效地减缓混凝土结构的温度升高速度，从而减少混凝土结构的破坏。
可以采用水冷却、风冷却等方式进行降温。
五、结论在高温条件下，混凝土结构的稳定性会受到影响。
需要进行相应的分析，并采取相应的防护措施，以提高混凝土结构的稳定性。
混凝土结构的设计、防火涂料和降温措施是三种有效的防护措施。
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温度对结构应力变形影响的研究
摘要:采用三维有限元仿真计算程序对泄洪底孔进行了计算和分析,探讨了温度对结构应力变形的作用,为进一步研究泄洪底孔等混凝土结构提供了重要参考。
关键词:温度结构应力变形影像
1计算分析模型
对于温度场引起的结构应力分析一般有两种方法,一种是直接法,另一种是顺序法。
根据泄洪底孔坝段结构体形的特点和热分析的要求,构建三维热—结构耦合计算分析模型时,对体形进行了适当的简化,简化的原则是把握问题的关键,忽略次要因素的影响。
三维有限元模型如图1-1所示,坐标系为笛卡尔直角坐标系,X 轴顺水流方向,指向下游;Y轴铅直向上;Z轴垂直水流方向,指向右岸。
对于几何模型的有限元网格的划分必须要保证足够的精度,因此要把握住主要分析部位和次要分析部位,对主要部位的网格划分要尽量精细,对次要部位的网格划分只要满足计算要求即可。
对于正常温降工况下三维计算分析模型来讲,主要部分是闸墩等的大体积混凝土坝体,次要部位为基岩。
热分析时采用的是8节点SOLID70热分析单元,结构分析采用的是8节点SOLID45单元。
图1-2是温降工况下三维有限元模型网格划分图,模型单元总数为67062,节点总数为16524。
基岩底部为固端约束,其余各侧面为法向位移约束。
图.1-1正常温降工况三维计算分析图图.1-2温降工况下三维有限元模型网格划分图
2温度场分析
根据提供的温降10℃的温度载荷,几何模型中凡是与外界接触的部分的表面温度都设为0℃,混凝土大块靠近基岩的部分,接缝处的混凝土部分表面以及最左边的垂直面的温度设为10℃。
混凝土材料的热膨胀率为10-5,计算参考温度为0℃。
整个热分析过程只考虑热传导,而不考虑对流和辐射等传热方式。
经过热分析得到的温度载荷如图.2-1所示。
X、Y、Z三个方向的温度梯度如图.2-2～2-4所示。
图.2-1基岩和闸墩混凝土块温度载荷图
图.2-2X方向温度梯度分布图图.2-3Y方向温度梯度分布图
图.3-1温度引起的X方向位移
图.2-4Z方向温度梯度分布图
3热结构耦合分析
根据热分析得到的温度场分布的结果文件,然后把分析单元从热单元转换到结构单元,读入热分析的结果文件进行温度应力分析。
温度作用引起的位移极值统计如表1所示,温度应力极值如表2所示。
温度作用下的位移云图如图.3-1～3-3所示,温度应力云图如图.3-4～3-6所示。
图.3-3温度引起的Z方向位移
图.3-2温度引起的Y方向位移
从温度引起的轴向位移云图可以看出,闸墩混凝土整体结构在X方向(顺水流方向)上的变形最大值0.244mm,出现在左边闸墩的左表面靠近下游的地方,如图.3-1所示。
Y方向
表1温度引起的位移极值统计表
DXDYDZ
MaxMinMaxMinMaxMin
0.244-0.1660.365-0.070.767-0.212
上的变形最大值0.365mm,出现在左边闸墩的左表面中间偏上的部位,如图.3-2所示。
Z方向上的变形最大值0.767mm,出现在左边闸墩的牛腿部位。
从这三个方向的位移可以看出,位移最大的部位都出现在了左边闸墩处,这主要是由于左边闸墩所收到的约束较小,在温度作用下容易产生膨胀变形。
由应力分布云图可以看出,X方向(顺水流方向)的最大正应力σx发生在泄洪孔底板与左边闸墩相交的地方,如图.3-4所示,最大值为0.524MPa。
这主要是由于左边闸墩的左表面的温度很高,在计算时都假定为10℃,而左边闸墩的右表面(靠近泄洪孔的一面)的温度很低,由于与外界接触,都假定为0℃,同时由于左边闸墩相对于其它的混凝土块来说较薄,因此在左边闸墩产生很大的温度梯度,从而引起交界处很大的拉应力。
图.3-4X方向温度正应力
图.3-5Y方向温度正应力
图.3-6Z方向温度正应力
Y方向(竖直向上)的正应力σy最大拉应力值为0.495MPa,出现在坝下0+0041.00处,即接缝处的泄洪孔左下角,如图.3-5所示。
在出水口左边闸墩与泄洪孔底板相交的位置的拉应力也较大,但是整个拉应力出现的范围不是很大。
表2温度应力极值统计表
xyzxyyzxz
MaxMinMaxMinMaxMinMaxMinMaxMinMaxMin
0.524-1.080.495-0.8450.465-0.8180.327-0.3420.134-0.3030.5-0.35
Z方向(垂直于水流方向指向坝体右岸)正应力σz最大拉应力值为0.465MPa,出现在泄洪孔底板与左边闸墩相交的地方,如下图所示。
在温度作用下,弧门大梁的应力和变形都不是很大,几乎为0。
4结语
根据上面的温度应力分析和其它载荷作用下坝体混凝土的变形应力分析可以得出如下结论:(1)温降10℃时产生的温度应力值不大,最大拉应力为X方向的0.524MPa。
(2)温度作用下坝体最大拉应力位置与其它载荷作用下坝体最大拉应
力位置不同。
温度作用下的最大拉应力区域基本上都是在左边闸墩与泄洪孔底板的交界处,其它载荷作用下的最大拉应力主要集中在弧门大梁和下部楔形混凝土块上。
(3)弧门大梁温度应力很小。
(4)温度作用下拉应力最大的部位,在其它载荷作用下基本上是受压,而且压应力的值接近甚至大于温度拉应力,使得结构应力在这些位置得以相互抵消。
许正月:1975年11月出生,甘肃兰州人,1999年7月毕业于青海大学水利水电工程专业,工程师,甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司计划合同部工作。