徐变对混凝土的影响

第５卷第５期　２００８年１０月　现代交通技木　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｍｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＶＯＩ．５　Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．２００８　

徐变对哑铃型钢管混凝土拱桥受力的影响　

杨红成．严萍　

（江苏省交通科学研究院，江苏南京２１００１７）　

摘要：运用组合梁单元法分析哑铃型钢管混凝土拱桥，可以很方便地获得上下弦钢管及缀板的内力，运用该法　

并结合按龄期调整的有效模量法，编制了有限元计算程序，采用逐步计算徐变的方法分析了徐变对某哑铃型钢　管混凝土拱桥的影响，认为应考虑徐变对预拱度设置和混凝土内力重分布的影响。　

关键词：拱桥；徐变；钢管混凝土；影响　

中图分类号：Ｕ４４８．２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９８８９（２００８）０５—００４１—０３　

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｃｒｅｅｐ　ｏｎ　Ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ＣＦＳＴ　Ａｒｃｈ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　Ｄｕｍｂｂｅｌｌ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　

Ｙａｎｇ　Ｈｏｎｇｃｈｅｎｇ，Ｙａｎ　Ｐｉｎｇ　

（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００１７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｎｅｎｔ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅ，ｄｏｗｎ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅ　ａｎｄ　ｂａＲｅｎ　ｐｌａｔｅ　ｏｆ　ＣＦＳＴ　

ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　ｄｕｍｂｂｅｌｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｂｅａｍ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｇｅ—ａｄｊｕｓｔｅｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　

ｍｏｄｕｌｕｓ　ｍｅｔｈｏｄ（ＡＥＭＭ），ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｐｉｌｅｓ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｇｒａｍ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｒｅｅｐ　ｏｎ　ＣＦＳＴ　ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｒｅｅｐ　ｏｎ　ｃａｍｂｅｒ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｒｔｅ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．　

叠建筑工程　混凝上内的最高温度，还能减小混凝土的内外温差，有效地降低温　度裂缝的产生，达至　控制裂缝的目的。为了有效降低大体积混凝土　的内外温差，在大体积混凝土施工过程中常采用分块浇筑。分块浇　筑又可分为分层浇筑法和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有　全面分层法、分段分层法、斜面分层法３种浇筑方案。在时间允许的　条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇注筑，施工层之间　的结合按施工缝处理，即薄层浇注筑技术，它可以使混凝土内部的　水化热得以充分地散发，但这里应该注意的是分层浇筑的间歇时　间。　３、设计措施适当的地基处理是为了减小地基对混凝土基础　的阻力，以减小温度应力．避免发生温度裂缝。当地基为软土层时，　可以优先考虑采用砂垫层加固地基，砂垫层不仅可以提高地基的承　载能力，减小地下水或地表水的影响，而且还可以减小地基对混凝　上基础产生的约束作用；当地基为坚硬的基岩或老混凝土基层时．可　以考虑在基础底部设置滑动层，例如可以在基础底部油两道热沥　青，然后再铺设一层油毡，也可以铺设砂卵石层、沥青砂浆层等。为　了控制大体积混凝土的表面收缩裂缝，可以适当采取在承台表面合　理增加分布增加钢筋量的措施，虽然单靠增加分布钢筋用量不能明　显防止裂缝出现，但适当增加分布钢筋用量可以加强结构的整体性　和减小温度裂缝的宽度。　４、测温监控措施为了做好混凝土的测温监测工作，尽一步摸　清大体积混凝土水化热的多少，不同深度处温度升降变化规律，必　须有一个良好的测温方案。对测温点的布置。测温的延续时间和次　数，应能概括混凝土内部温度场的变化情况，应在不同的深度下测　温管，表皮１ＯＯｍｍ一１５Ｏｍｍ必须测温，否则内部易生裂缝，降低　强度。发现问题便于采取对策措施。　５、养护措施实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深　度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也　容易形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重　要。　三、结语　本文仅对大体积混凝土温度裂缝控制提出了简单的控制方法，　随着科学技术的发展，新材料、新技术、新工艺不断涌现。这一课题　也会不断遇到新的问题和挑战。所以这一课题还有着广阔的发展前　崇，有待于人们从理论、材料、技术和工艺方面理一步完善，达至１更　深的认知程度。　混凝土徐变理论分析研究　刘成奇　（安徽省利辛县市容管理局）　一、前言　在荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间增长的现象称为徐　变。徐变是混凝土在长期荷载作用下的一种固有特性，是荷载和时　间的函数。２Ｏ世纪５Ｏ年代，自我国在预应力混凝土简支梁的预应　力损失和上拱度的设计计算中开始考虑徐变、收缩的影响，国内外　的研究者就一直在关注徐变的问题。徐变分析的实质是求既有初内　力持续作用下变形发展及内力重分布的效应，故结构的当前状态与　以往的应力历史有关。　二、徐变对结构的影响　混凝土材料的徐变一般可分为可恢复徐变和不可恢复徐变两　部分。受荷载长期作用的混凝土试件，在卸载后将产生瞬时弹性应　变和随时间发展的徐变恢复。徐变恢复应变与卸载前施加的常应力　成正比，而单位应力的徐变恢复称为弹性后效。混凝土的徐变不仅　与当前应力有关而且与应力历史有关，混凝土徐变变形同收缩混凝　土收缩一样，初始增长很快，以后逐渐缓慢，一般在５—１　５年后其增　长逐渐达到一个极限值。一般说来，混凝土的徐变和收缩对结构的　变形、内力分布和内截面（在组合截面情况下）的应力分布会产生很　大的影响。概括归纳为（１）结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度　（如梁、板）。（２）徐变会增大偏压柱的弯曲，由此增大初始偏心，降低柱　的承载能力。（３）预应混凝土结构中，徐变和收缩会导致预应力的损　失。（４）对于超静定结构，混凝土徐变将导致结构内力重分布，即徐变　将引起结构的次内力。（５）受拉徐变使混凝土拉应力减小，从而延缓　收缩裂缝的出现，以及减小由于支座不均匀沉降产生的应力等。　三、混凝土徐变机理　１、粘弹性理论粘弹性理论是把水泥浆体看成为弹性的水泥　凝胶骨料，其空隙充满着粘弹性液体构成的复合体。加给水泥浆的　荷载起初一部分被固体空隙中的水所承受，这样推迟了固体的瞬时　弹性变形。当水从压力高处向低处流动时，固体承受的荷载就逐渐　加大，增大了弹性变形。荷载卸除后，水就流向相反方向，引起徐变　７ｎ　恢复。与这个过程有关的水，仅是毛细管空隙和凝胶空隙中的水，而　不是凝胶微粒表面的吸附水。　２、渗出理论混凝土徐变的渗出理论由利奈姆（Ｃ．Ｇ．Ｌｙｎａｍ）于　１９３４年首先提出的。该理论认为混凝土徐变是由于凝胶粒子表面　吸附水和这些粒子之间的层间水（在荷载作用下）的流动引起的。水　泥浆体承受压缩荷载后，凝胶微粒之间的吸附水和层间水就缓慢地　排出而产生变形。当水被挤出后，凝胶微粒承受的应力增加，而作用　于水的压力相应减小，结果导致水渗出速度的减小。徐变是在凝胶　与周围介质达至　新的湿度平衡时的一种现象。因此，这里必须强调　该理论渗出的水是凝胶水（吸附水和层间水），而不是毛细水和化学　结合水。由于凝胶水被挤出，使微粒之间距离缩短而处于微粒问力　的作用范围内。在外荷载作用下，水分子进一步接近，使微粒之间的　表面能降低，而且引起一部分化学结合，这就增加了凝胶的稳定性。　３、粘性流动理论粘性流动理论由托马斯（Ｆ．Ｇ．Ｔｈｏｍａｓ）于　１９３７年首先提出。他认为，混凝土可分成两部分，一部分是在荷载　作用下产生粘性流动的水泥浆体；另一部分是在荷载作用下不产生　流动的惰性骨料。当混凝土受荷时，水泥浆体的流体受到骨料的阻　碍，结果使骨料承受较高的应力，而水泥浆体承受的应力随时间而　减小。由于水泥浆体的徐变与加荷应力成正比，因此，随着加荷应力　逐渐从水泥浆体转移到骨料来承受，从而徐变速率将逐渐减小。苏　联学者谢依金认为，由结晶的连生接触点连接起来的结晶水化物，　组成了结晶连生体，它是完全弹性，并具有很高的塑性抗剪强度。而　托勃莫来石凝胶的弹性极限低，随时间而增加．在应力作用下，这种　凝胶具有粘性流动的性质。　４、塑性流动理论该理论认为，混凝土徐变类似于金属材料晶　格滑动的塑性变形。当加荷应力超过金属材料的屈服点后，塑性变　形就发生。福格脱（Ｆ．Ｖｏ　ｇｔ）观测到混凝土变形某些方面类似于铸　铁和其它易碎金属。金属材料塑性变形是晶格沿最大剪切面移动的　结果，是没有体积变形的：而混凝土的剪切能力比拉伸能力强。因此，

徐变与收缩的区别

1、先从定义上看：

徐变：指的是混凝土在某一不变荷载的长期作用下，其应变随时间而增长的现象

收缩：指混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。

从定义上不难看出徐变指的是混凝土内部因承受长期荷载而产生的相对变形，而收缩则是在混凝土的凝结时期产生的变形。它们发生的时期不同。

2、从影响因素上区分：

（1）徐变：

1）内在因素：混凝土的组成配合比，骨料的弹性模量越大，体积比越大，徐变就越小，水灰比小，徐变也越小。

2）环境影响：包括养护和使用条件，采用蒸汽养护即可使徐变减小20%～35%,受荷载构件所处的环境温度越高，相对温度就越小，徐变就越大。

（2）收缩：

1）水泥强度高，水泥用量多，水灰比大，收缩量大。

2）骨料粒径大，混凝土级配好，弹性模量大，混凝土越密实，则收缩量小。

3）混凝土构件的体积与表面面积的比值愈大，收缩量越小。

4）混凝土在结硬使用过程中，周围环境湿度愈大，则收缩量越小。

5）混凝土在蒸汽养护条件下，由于高温高湿的条件，大大促

进了水和水泥的水化反应，缩短了其硬化时间，因此其收缩量减小。

3、从对建筑的优缺点区分

（1）徐变：

优点：

有利于结构构件产生内力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩缝的出现。

缺点：会使结构的变形增大，引起预应力损失，在长期高应力的作用下，甚至导致破坏。

（2）收缩：

缺点：湿度引起的收缩是因为水分蒸发过快,主要体现于表面，比如我们经常看到因养护不到位而造成了混凝土表面出现干缩裂缝影响美观甚至造成渗水通道，温度引起的收缩危害更大，因为它不仅会造成表面的损伤,更会引起内部的破坏.原因就是水泥水化会放热,造成混凝土内外有温差,内热外冷,产生裂缝.如我们看到的混凝土路面上的很多裂缝,并不主要是被车压的原因,很大程度是温度的影响.再如三峡大坝上游面出现过裂缝,让全国上下很是紧张。

第２３卷第１期　２００７年１月　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　、，ｏＺ．２３　一『ｎ　Ｎｏ．１　２００７　混凝土收缩徐变对施工控制的影响　王跃西　（中铁一局集团，陕西西安７ｌｏｏｏｏ）　摘要：分析了影响连续一刚构组合体系桥梁施工控制的影响因素，其中混凝土收缩徐变是影响超　静定结构的最主要因素之一，研究所得结论对同类桥梁的建设具有参考价值。　关键词：连续一刚构组合桥；施工控制；收缩徐变　中图分类号：Ｕ４４８．２３　１　引言　美林大桥为一座主跨９Ｏ米的变截面箱形连　续一刚构组合体系桥［１］，属一种新型桥式，其跨径布　置为４Ｏ＋５５＋９Ｏ＋５５＋４Ｏ米，桥梁构造及力学性能　复杂，施工难度较大见图１。该桥为城市桥梁，它建　成后将成为南安的标志性建筑。分析影响该桥施工　控制的影响因素并对该桥主梁施工过程进行合理的　控制是使桥梁施工结果与设计要求相吻合的重要保　障。　连续一刚构桥的施工控制与其设计和施工有密　切的联系。桥梁施工控制的目的就是使施工与设计　尽可能一致。在影响桥梁施工控制的参数很多，主　要有：混凝土的容重、弹性模量、施工顺序、预应力张　拉、日照温差，一期恒载、挂篮重量、施工荷载临时荷　载以及收缩徐变等。但对于施工中多次发生体系转　换的超静定结构，混凝士的收缩、徐变是影响施工控　制的最主要因素之一，因为混凝土的收缩、徐变要引　起梁内预应力及其次内力的变化，桥梁的内力变化　叉反过来影响混凝土徐变的变化。　０一　一．　二－　．　．　～ｊ　：：　：＇．　：：：　：　．　：：：：：：：　：　：：　：：　：墨二：：　二　‘：：一　。。。。”。　。～：：　＿　一　一　＿　＝：　。｛　、　…，…．　．．．，氍－　－，　丌　：　一：　ｒ　ｒ　磊　厂　－一…＂　ｉ　ｉ　ｒ｛ｉｉ　・ｌｌ　。：　－　：　圈１　羹林大桥总体布置示意图　２　收缩、徐变对高程控制的影响　在刚构桥施工过程中，特别是采用悬臂法，线性　控制尤为重要，它是保证桥梁顺利合龙的关键。为　保证成桥线形的预定目标，在主梁的施工过程中需　设置预拱度。预拱度的设置以理论计算为基础，以　实际测量的主梁变位为依据，考虑施工过程中混凝　＿ｔ的实际容重、收缩、徐变，预应力效应、挂篮荷载的　移动，桥面临时荷载、体系转换，日照温差等多方面　的影响，科学合理地设定预拱度。　考虑与不考虑混凝土收缩、徐变（二期恒载上桥　两年后）美林大桥的理论计算挠度比较如图２所示。　。　‘　二　¨’　。。’　一二二二　、　’　’’’　Ｌ　。。　。。。　Ｌ。Ｌ二　０　｝　麓譬　≯　ｆ【ｌｌｌ　Ｌ¨　一　：　：－≥兰“三：’　二．二　：　：…～………　圈２考虑与不考虑混凝土收缩、徐变计算挠度比较　注：由于不对称施工造成了左右跨的变形不对　称。　从上面的图表中可看出，如果在设置预拱度时　不考虑混凝土的收缩徐变的因素，后期的影响还是　很大的，特别是在桥梁跨中位置，变形差值最大可达　４４毫米。　考虑混凝土的收缩徐变的因素中跨合拢时理论　值与实测值比较如图３所示。　图３　考虑混凝土的收缩徐变中跨合拢　时理论值与实测值比较　通过理论计算与实际施工过程相结合，在考虑　了各种施工因素，特别是混凝土收缩徐变的影响，设　立了合理的预拱度，保证了桥梁的顺利合龙，取得了　最大３ｒａｍ的合龙误差，远远小于规范所规定的２Ｏ　毫米的规定，高精度实现了主梁线型控制的目的，体　现了桥梁的设计特点和意图。