混凝土的徐变收缩理论课件

混凝土的徐变收缩理论徐变、收缩及其影响因素徐变、收缩的数学模型徐变效应分析徐变、收缩微分方程徐变、收缩代数方程徐变收缩有限元、拟弹性逐步分析法小结本章参考文献徐变、收缩是混凝土这种粘弹性材料的基本特性之它不但对桥梁结构影响大,而且持续的时间长,且其变化过程复杂,不易把握徐变、收缩及其影响因素(1)徐变与收缩徐变—当荷载作用在混凝土构件上,试件首先发生瞬时弹性变形,随后,随时间缓慢地进一步增加变形。这种缓慢增加的变形称为混凝土的徐变变形收缩——在无荷载情况下,混凝土构件随时间缓慢变形,这种变形称为混凝土的收缩变形。在实际混凝土结构中,徐变、收缩与温度应变是混杂在起的。从实测的应变中,应扣除温度应变和收缩应变才能得到徐变应变。在分析计算中温度应力与温度应变往往单独考虑。徐变与收缩则可在一起考虑。根据1990年CEB-FIP标准规范,在时刻工承受单轴向、不变应力为(的混凝士构件,在时刻t的总应变E(t)可分解为E(1)=;()+E2(t)+E(1)+Er(t)(t)+E,(加载时初在t>T时E。始应变收缩应变温度应变时的徐变应变由应力产生的应变En(t)=E()+E(t)不由应力产生的应变En()=E,(t)+E7(t)在不包括温度应变时,混凝土的应变可进一步分解为(下图)E(t=E+EvEa+EfR+Eft+E1Ex10持续加载卸载0=1.5a混凝土零期d￡—初始瞬时弹性应变滞后弹性应变,属可恢复的徐变E,——初始瞬时流塑应变,主要不可恢复E;8—基本徐变应变,不可恢复干燥徐变应变,部分可能恢复混凝土的徐变,通常采用徐变系数φ(t,τ)来描述。目前国际上对徐变系数有两种不同的定义。如在τ时刻开始作用于混凝土的单轴向常应力σ(z)时刻t所产生的徐变应变为ε(t,x),第一种徐变系数采用混凝土在28天时的瞬时弹性应变定义,即q(t,)E(t,)E28o(t)采用这种定义的是CEBˉFIP标准规范(1990年版)及英国标准BS540第四部分(1984年版)徐变系数的另一种定义可表示为E(t,)ppE(T(7)这一定义是由美国ACI209委员会报告所建议的(1982年版)。在该建议中,混凝土的标准加载龄期τ,对于潮湿养护的混凝土为7天,对于蒸汽养护的混凝土为1~3天从时刻7开始对混凝士作用单轴向单位应力,在时刻t所产生的总应变通常定义为徐变函数J(t,z)。对于上述两种徐变系数的定义方法,徐变函数可分别表示为CEB-FIPJ(t,r)tTE(r)E28AC12091+q(t,)]E(乙)混凝土的收缩是混凝土硬固由于所含水分的蒸发及其它物理化学的原因(但不是由于应力的原因)产生的体积的缩小。与收缩相反的是混凝土凝固因含水量的增加也导致的体积的增加。混凝土的收缩应变,一般表达为E、(t,的函数形式。混凝土收缩应变终值的预计,主要依据环境条件、混凝土成分及构件尺寸,CFB-FIP建议、ACI209委员会建议及BS5400规范都有相应计算方法2)徐变、收缩对桥梁结构的影响混凝土的徐变、收缩对桥梁结构的影响表现在:(a)在钢筋混凝土、预应力混凝土等配筋构件中,随时间而变化的混凝土徐变、收缩受到内部配筋的约束将导致内力的重分布。预应力损失实际上也是预应力混凝土构件内力重分布的一种(b)预制的混凝土梁或钢梁与就地灌筑的混凝土板组成的结合梁,将由于预制部件与现场浇筑部件之间不同的徐变、收缩值而导致内力的重分布。同样,梁体的各组成部分具有不同的徐变、收缩特性者亦将由于变形不同、相互制约而引起内力或应力的变化(c)分阶段施工的预应力混凝土超静定结构,如连续梁刚架、斜拉桥、拱桥等,在施工过程中发生体系转换时,从前期结构继承下来的应力状态所产生的徐变受到后期结构的约束,从而导致结构内力与支点反力的重分布(d)外加强迫变形如支座沉降或支座标高调整所产生的约束内力,也将在混凝土徐变的过程中发生变化,部分约束内力将逐渐释放(e)徐变对细长混凝土压杆会产生的附加挠度混凝土的徐变、收缩及其对结构性能影响的预计和控制,是十分复杂又难以获得精确答案的问题。正如美国混凝土学会第209委员会1982年的报告所指出的那样,几乎所有影响徐变、收缩的因素,连同它们所产生的结果本身就是随机变量,它们的变异系数最好也要达到15%~20%左右。因此,对于一些特别重要的工程,应该通过模型试验或实物测量的方法来校核计算中所用的参数,以提高计算结果与实际接近的程度(3)影响徐变、收缩的因素徐变、收缩虽各有自身的特点,但它们都可以与混凝土内水化水泥浆的特性联系起来。化学成分截然不同的水泥制造的混凝土,所反映的徐变、收缩性能并没有本质上的差异,这说明徐变、收缩的机理在于混凝土水化水泥浆的物理结构,而不在于水泥的化学性质关于混凝土收缩的原因及机理可归纳为)自发收缩。这是在没有水分转移下的收缩,其原因是水泥水化物的体积小于参与水化反应的水泥和体积,因此是一种水化反应所产生的固有收缩。这种收缩的量值较小(b)千燥收缩。这是混凝土内部吸附水的消失而产生的收缩。也是混凝土收缩应变的主要部分(c)碳化收缩。这是由混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应而产生。碳化收缩是不久以前才发现的现象关于混凝土徐变机理的各种理论和假设,迄今为止还没有一种能被广泛接受。美国混凝土学会209委员会在1972年的报告中将徐变的主要机理分为(a)在应力和吸附水层的润滑作用下,水泥胶浆体的