混凝土收缩徐变两种计算方法的比较分析

混凝土收缩的检测方法及其优缺点1.自收缩和试验方法及其优缺点自收缩简介自收缩(autogenous shrinkage) 是指浇筑成型以后的混凝土在密封条件下表观(apparent) 体积(或长度) 的减小,它不包括因自身物质增减、温度变化、外部加载或约束而引起的体积(长度) 的变化1.1埋入应变计法我国水工混凝土试验规程中建议埋入应变计的方法测定收缩(图1)。

虽然埋入应变计的方法精度较高, 但当早期混凝土尚无足够强度时, 应变计无法与混凝土同步变形,而高强混凝土恰恰此时产生很大的自收缩, 无法准确测得混凝土早期收缩, 往往使所测得的收缩值偏小。

另外, 该应变计价格昂贵无法重复利用, 故埋入应变计法的应用也受到一定程度的限制。

1.2电容式测微仪法马新伟等研究出的电容式测微仪法是一种非接触式的位移测量装置, 试件尺寸为40mm @ 40mm @ 1000mm, 左侧端模与侧模、底模间留有2mm 缝隙可使试件自由收缩, 为保证试件与环境无物质交换, 试模内侧衬以铝箔并待试件成型后覆盖外表。

电容式测微仪可精确测量混凝土变形, 精度可达10- 6。

变形测量在试模中进行, 混凝土试件一旦成型结束, 变形的测量即可开始, 可以测量混凝土变形的全过程。

该法克服了传统测量方法中变形测量只能在1天混凝土拆模后才能测量的弊端, 真实地反映了混凝土的收缩变形。

1.3阶段式混凝土自收缩测试法东南大学的田倩和孙伟等在国内外自收缩测量方法基础上研究了阶段式自收缩测试方法。

自行设计了混凝土早期自收缩的测试系统。

根据混凝土的自收缩发展规律,可以分段测量: 采用立式测量方式和非接触传感器可使凝缩测试初始时间提早到浇筑成型后即开始; 采用横向测长方式和非接触传感器可测试1d以前的自干燥收缩; 采用立式千分表可测试1d以后的长龄期自收缩。

该系统可有效防止模具的约束及外界震动的干扰, 测试过程中毋须拆模及搬动试件, 并实现了数据的自动化采集及分析。

1.054/1.541 混凝土结构力学与设计 (3-0-9)内容提要5 徐变和收缩变形混凝土的徐变{ 持续应力作用下的混凝土，其应变随时间逐渐增长。

最终的徐变应变可能是初始弹性应变的好几倍。

{ 徐变是指材料在持续应力作用下将继续经历相当长时间的变形。

{ 松弛是指在恒定应变下的应力损失。

{ 混凝土中，徐变变形一般比弹性变形大，因此，徐变是影响变形性能的重要因素。

{ 在恒定轴压应力下的混凝土试验表明在工作应力范围内 － 如应力不超过 0.5c f ′ － 徐变应变与应力成正比，σ与cr ε符合线性关系。

高应力下微裂缝对徐变的影响。

混凝土徐变的机理{ 包括两种现象：1．混凝土在密闭条件下(以确保水分不外溢)发生的与时间相关的变形。

Æ 基本徐变 受恒定载荷卸掉载荷（未加载） （弹性恢复变形）徐变回复徐变弹性变形＝εinst永久或残余变形时间2．若允许与外界的湿气交换发生的材料徐变。

Æ 干徐变{ 基本徐变仅受材料特性的影响，而干徐变和收缩还取决于环境和试件的尺寸。

{ 实际情况可能是两种现象的组合，有时，一种会成为主导因素。

{ 徐变变形图包含三个区域：1．主徐变 Æ 变形的初始增长 2．二阶徐变 Æ 相对稳定的变形区 3．三阶徐变 Æ 导致徐变徐变度{csp εεσ=，0.5c f σ′< 其中，c ε=时间的函数Æ 应力水平高于0.8c f ′，徐变会导致破坏{ c f ′与sp ε的关系：c f ′（磅/英寸2）sp ε（10－6每磅/英寸2）最终应变（10－6每磅/英寸2）3000 1.0 3.1 4000 0.80 2.9 6000 0.55 2.4 8000 0.402.0徐变系数{ ct instC εε=其中，inst ε=瞬时（初始）徐变。

影响徐变的因素{ 内在因素（组份）骨料（浓度＋刚度） ↗B 徐变↘ 水灰比 ↗B 徐变↗ 骨料渗透性 ↗B 徐变↗ 骨料徐变 ↗B 徐变↗骨料刚度 ↗B 徐变↘ 骨料等级和级配 水泥{ 外在因素（环境、时间历程）尺寸 形状横截面 ↗B 徐变↘ 环境因素（周围湿度、温度）应力大小 ↗B 徐变↗ 时间（加载龄期）Æ 加载历程对总变形（应变）很重要 Æ 加载龄期 ↗B 徐变↘徐变的数学模型{ 应变分解混凝土总应变可分解为：00()()()E C E C S T E σεεεεεεεεεεεε′′=+=++=+++=+其中，σε=应力产生的应变，E ε=可恢复的应变， C ε=徐变应变，0ε=应力无关的非弹性应变， S ε=收缩应变， T ε=热膨胀，ε′′=非弹性应变。

浅谈高性能混凝土配合比及收缩徐变效应摘要：混凝土结构因其具有易加工、能耗低、耐久性好、与钢材等结合性好、适宜于大规模生产等特点，问世一百多年来，已成为现代结构不可缺少的工程结构。

混凝土技术的发展使预应力混凝土技术的设想成为现实，同时预应力混凝土技术的发展也使大跨与超大跨桥梁的应用与日俱增，这些建筑物均对结构构件提出了高强、轻质的要求，为此高强高性能混凝土逐渐成为人们关注的焦点。

关键词：混凝土；配合比；收缩徐变一、高性能混凝土配合比设计方法很久以来，良好的配合比设计需要更多的是“技巧而非科学”。

这句话充分说明了长久以来配合比的确定主要依靠经验和试验，从而产生了诸多经验性模型，而大多数模型并没有充分认识到经验性本质所在。

本文介绍一种比较流行的高性能混凝土（HPC）配合比设计方法：全计算法。

下面对全计算法进行简要介绍。

1.1 全计算法的基本观点：1) 混凝土各组成材料(包括固、气、液三相)具有体积加和性；2) 石子的空隙由干砂浆填充；3) 干砂浆的空隙由水填充；4) 干砂浆由水泥、细掺合料、砂和空气隙所组成。

1.2 全计算法需要考虑的地方：1、参数 A、B 的选择全计算法进行 HPC 混凝土设计时，水胶比的计算公式中A、B 的参数仍以《JGJ 55-2000 普通混凝土配合比设计规程》为依据，而规程中规定的参数适用于混凝土强度等级小于C60 级时，与高性能混凝土一些要求已经不符。

2、砂拔系数的选择全计算法中的砂拔系数设定偏高。

目前混凝土骨料主要为两种碎石掺配，在实际施工过程中应严格控制粒径<5mm><5mm><5mm>根据以上二点，进行一些参数的修改，并在全计算法的基本观点中增加一点。

为：4) 干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气隙所组成；5) 粒径<5mm>此方法合适于 52.5 级或以上的水泥。

二、高性能混凝土的工作及力学性能工作性主要描述新拌混凝土运输和振捣密实的能力，是新拌混凝土的重要性能，也将影响服役混凝土的性能。

混凝土徐变混凝土徐变：混凝土在某一不变荷载的长期作用下(即，应力维持不变时), 其应变随时间而增长的现象。

1.产生徐变的主要原因：水泥胶体的塑性变形；混凝土内部微裂缝的持续发展。

2.影响徐变的因素:内在因素──砼组成成分和混凝土配合比;环境因素──养护及使用条件下的温湿度;应力条件──与初应力水平有关。

3.压应力与徐变的关系：σc≤0.5fc ── 线性徐变，具有收敛性；σc＞0.5fc ── 非线性徐变，随时间、应力的增大呈现不稳定现象；σc＞0.8fc ── 砼变形加速,裂缝不断地出现、扩展直至破坏（非收敛性徐变）。

一般地, 混凝土长期抗压强度取（0.75~0.8）fc徐变系数：φ＝εcr/εce＝ECεcr /σ。

4.徐变对构件受力性能的影响：在荷载长期作用下，受弯构件的挠度增加；细长柱的偏心距增大；预应力混凝土构件将产生预应力损失等。

2、什么是混凝土的徐变和收缩？影响混凝土徐变、收缩的主要因素有哪些？混凝土的徐变、收缩对结构构件有哪些影响？答：混凝土在长期不变荷载作用下，其应变随时间增长的现象，称为混凝土的徐变。

影响因素：⑴加荷时混凝土的龄期愈早，则徐变愈大。

⑵持续作用的应力越大，徐变也越大。

⑶水灰比大，水泥以及用量多，徐变大。

⑷使用高质量水泥以及强度和弹性模量高、级配好的集料（骨料），徐变小。

⑸混凝土工作环境的相对湿度低则徐变大，高温干燥环境下徐变将显著增大。

混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土的收缩。

影响因素：试验表明，水泥用量愈多、水灰比愈大，则混凝土收缩愈大；集料的弹性模量大、级配好，混凝土浇捣愈密实则收缩愈小。

同时，使用环境温度越大，收缩越小。

因此，加强混凝土的早期养护、减小水灰比、减少泥用量，加强振捣是减小混凝土收缩的有效措施。

时间应变 图 1 在持续荷载及干燥作用下混凝土的变形曲线 混凝土的徐变和收缩性能唐义华摘要：徐变和收缩是混凝土在长期荷载作用下的固有特性。

混凝土的徐变是指在持续荷载作用下，混凝土结构的变形随时间不断增加的现象。

受拉和受扭混凝土虽然也能产生徐变，但混凝土的徐变通常是指受压徐变。

由非荷载因素引起的混凝土体积的缩小称为收缩。

本文对混凝土的徐变和收缩性能进行了阐述。

1 核心混凝土的徐变和收缩模型一般而言，长期荷载作用下混凝土的变形包括基本徐变、干燥徐变和收缩三部分[1]，如图1所示。

当混凝土置于不饱和空气中时，混凝土将因水分的散失而产生干缩现象，导致长期荷载作用下的混凝土产生Pickett 效应[1,2]，即当徐变和干缩同时发生时，其总变形要比相同条件下分别测得的徐变和干缩的总和要大。

就普通混凝土而言，其试验多数是在混凝土边干燥边受荷的情况下进行。

因此，普通混凝土的徐变通常包括基本徐变和干燥徐变两部分。

基本徐变是指混凝土在密闭条件下（与周围介质没有湿度交换）受持续荷载作用产生的徐变，从总徐变中减去基本徐变后的部分称为干燥徐变。

由于方钢管混凝土的核心混凝土被包围在钢管中，属于比较理想的密闭环境，由上述定义，可以认为方钢管混凝土的核心混凝土徐变属基本徐变，即不存在Pickett 效应。

在徐变过程中，由于混凝土弹性模量随龄期而增加，所以弹性变形逐渐减小。

因此，严格地说，徐变应看作是测定徐变时超过当时弹性应变的那个应变。

但不同龄期的弹性模量往往不进行测定，因此为简化起见，通常就将徐变看作是超过初始弹性应变的应变增量。

1.1 影响混凝土徐变和收缩的主要因素[1-5]影响混凝土徐变和收缩的因素很多，但归纳起来不外乎内部因素和外部因素两种。

（1）内部因素。

影响混凝土徐变和收缩的内部因素有水泥品种、骨料含量和水灰比等。

水泥品种对徐变的影响是就它对混凝土强度有影响这一点而言的。

在早龄期加荷的情况下，混凝土随龄期的增长其强度不断提高，导致实际应力比不断下降，而不同品种的混凝土其强度增长规律并不一致，从而影响到混凝土徐变量的大小。

混凝土的收缩与徐变1 混凝土的收缩混凝土在硬化过程中要发生体积变化，最大的变化是当混凝土在大气中或湿度较低的介质中硬化时产生的体积减小。

这种变形称为混凝土收缩。

一般认为，混凝土的收缩包括自生收缩、干燥收缩和碳化收缩，引起各种收缩的原因和机理可以解释为:1．自生收缩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的水泥和水的体积，因此，这是一种因水泥水化产生的固有收缩，对于普通混凝土来讲，自生收缩相对于干燥收缩微不足道，而对于高强混凝土来讲，由于其具有较高的水泥含量，因此，早期水泥水化所产生的自生收缩占总缩量的比重较大，应予以考虑。

2．干燥收缩的原因是混凝土内部水分的散失，需要指出的是，干燥开始时所损失的自由水不会引起混凝土的收缩，干燥收缩的主要原因是吸附水的消失。

3．碳化收缩是混凝土中水泥水化物与空气中的CO2发生化学反应的结果。

水泥水化物中的Ca(OH)2碳化成为CaCO3，碳化收缩的主要原因在于Ca(OH)2结晶体的溶解和CaCO3的沉淀。

碳化收缩的速度取决于混凝土的含水量、环境相对湿度和构件的尺寸，当空气中相对湿度为100%或小至25%时，碳化收缩停止。

碳化收缩是相对发现得较晚，因此，大多数干燥收缩的试验数据中包含了碳化收缩。

2混凝土的徐变2.1徐变现象徐变指在应力保持不变的条件下，混凝土的应变会随荷载持续时间的增长而增大的现象。

徐变可分为两种:基本徐变和干燥徐变。

基本徐变是指在常荷载作用下无水分转移时的体积改变；干燥徐变是指在常荷载作用下试件干燥时的时变变形。

总徐变=基本徐变+干燥徐变图1 混凝土徐变与时间的关系曲线图1为混凝土棱柱体试件受压徐变的试验曲线。

对试件施加某一荷载（本图为0.5c f ），在加载瞬间为竖直的直线，试件受压后立即产生瞬时的应变e ε，若保持应力不变，随荷载作用时间的增加，试件的变形继续增加，产生徐变cr ε。

在加载初期，徐变增长较快半年后徐变可达到总量的70%-80%。

1引言混凝土的收缩和徐变是国内外学者普遍关注的物理力学现象,两者都与时间有关[1]。

混凝土的收缩是指混凝土浇筑后硬化凝结的过程中,其内部水分蒸发、组成材料间发生化学反应或由温差等因素造成的体积变形。

混凝土的徐变是指混凝土构件在长期荷载作用下,应变随时间增长不断发展的现象[2]。

混凝土收缩徐变的影响因素众多,机理复杂,大多数情况下,各国学者通过长期的实验研究,提出不同的收缩徐变预测模型。

通常混凝土的收缩徐变对结构的长期受力状态会产生一定影响,尤其在构件的受压区,会增大其挠度(梁、板)。

本文根据《混规》和《澳门规章》,就混凝土收缩徐变对构件挠度计算值的影响进行探讨,比较其异同点,并通过一简支【作者简介】王玉鹏（1993~），男，河南固始人，工程师，从事桥梁工程设计与研究。

澳门与内地规范混凝土收缩徐变对构件挠度计算对比Calculation and Comparison of Concrete Shrinkage and Creep on Component Deflection Between Macau and Mainland Standard王玉鹏1，肖祖海2（1.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200030；2.中交四航局第一工程有限公司，广州510310）WANG Yu-peng 1,XIAO Zu-hai 2(CC Third Harbor Consultants Co.Ltd.,Shanghai 200030,China;2.The First Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.Ltd.,Guangzhou 510310,China)【摘要】分别选取澳门《钢筋混凝土及预应力混凝土结构规章》（第60/96/M 号法令）（以下简称《澳门规章》）和国家标准GB50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015版）（以下简称《混规》），阐述混凝土收缩徐变对构件挠度计算的影响，并以实际算例对比两种规范的挠度计算过程和计算结果。

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ANSYS和MIDAS混凝土徐变模拟比较简述:本文主要对比ANSYS和MIDAS这两种有限元软件在模拟混凝土收缩徐变上的差异，包括计算精度、计算方式、计算时间等方面。

计算模型为10m长的C50方形柱顶施加1kN的集中力,柱截面为1m1m。

1.混凝土徐变混凝土徐变是混凝土结构在长期荷载作用下随着时间的增长混凝土中产生的应变变化目前尚未对混凝土徐变有比较统一的说法，在此不去讨论具体有何说法，关键在于理解混凝土徐变与应力是有关系的。

而通常我们计算结构时大部分是按照线性徐变处理的。

2.混凝土徐变本构关系2.1老化理论本构关系根据迪辛格尔法可知徐变函数可定义为在t0时刻作用于混凝土的单位应力(即t0=1）至时刻ｔ所产生的总应变。

如采用徐变系数的第一种定义，则可表示为：如采用第二种定义，则可表示为:3.ANSYS立柱计算模型由于ANSYS并没有专门板块来混凝土徐变模拟，故而需要借助金属蠕变的计算机理来等效模拟混凝土徐变效应。

ANSYS提供两种方法计算徐变：显式计算和隐式计算。

显式计算需要细分较多的时间步长，计算时间长；隐式计算计算精度高,计算时间短。

但是在实践中也发现，涉及到单元生死情况时，隐式计算可能出现异常现象。

下面将会对这两种方法进行详细的比较。

3.1ANSYS显式计算以减小误差和帮助收敛。

因而,时间步长的划分方式、时间点的数目对计算结果都会有较大的影响。