多轴强度理论在烟囱筒壁分析中的应用

　　前言

　　烟囱筒壁承受自重、风、地震作用和温度作用,其中:由自重、风、地震作用产生的应力为纵向力;由筒壁内外表面的温差,使筒壁内表面产生压应力,外表面产生拉应力。多年的工程实践证明,烟囱普遍存在竖向裂缝和环向裂缝,产生裂缝的主要原因是温度和收缩作用。另外,将处于拉压应力状态的筒壁按单轴强度进行设计,也是导致裂缝的一个原因,因为过高地估计了混凝土的抗拉强度。所以,用多轴强度理论分析钢筋混凝土烟囱筒壁,更符合烟囱筒壁的真实受力状态。

　　一、素砼多轴强度理论在钢筋砼结构中的适用性

　　针对文献[1]的钢筋混凝土平板试验结果进行分析,试验概况详见文献[1]。试件为钢筋混凝土平板,尺寸为700×700×60mm³,配有与水平方向呈45^。的钢筋网,竖向压力N_c和水平拉力N_t同时加载,使量测区压应力σ_n2和拉应力σ_n1相等。当N_t使板中“钢筋屈服”,变形急剧开展,N_t= N_max,试验结束,试验结果见表1、表2。

　　利用文献[2]中混凝土破坏准则理论分析板的开裂应力。由八面体应力空间混凝土破坏准则理论可得,八面体上的正应力σ_oct为:

其中σ₁、σ₂和σ₃为3个方向主应力,八面体上剪应力τ_oct为:

　　混凝土在八面体应力空间破坏准则的数学表达式为:

　　拉子午线:

压子午线:

　　偏平面上罗德角0^。≤θ≤60^。的强度表达式如下:

其中:τ_ot,τ_oc分别为拉子午线和压子午线上剪切强度,

将式(3),(4)代入式(5)得:

　　针对试验中混凝土平板,在混凝土开裂阶段,试件处于拉、压状态,即σ_t=σ₁,σ₂=0,σ₃=-σ₁,代入公式(1)、(2)则：

用公式(6)求偏平面上罗德角θ

　　由公式(3)、(4)得τ_ot/f_c=0.0507,τ_oc/f_c=0.068,代入公式(5)有:

　　应用应力空间混凝土破坏准则的理论计算结果列于表3。取试验过程中加载比例近似保持常值,即接近-1的几个试件进行对比分析,结果示于表3,从表中可以看出,试验结果和理论计算结果基本一致。可以得出这样的结论,即应力空间混凝土破坏准则理论可以直接用于钢筋混凝土双轴应力状态的分析,即公式(1)-(6)可用于双轴应力状态钢筋混凝土烟囱筒壁的分析。