混凝土收缩徐变效应分析40页PPT

混凝土的徐变
张县云
主要内容
1.混凝土的干缩和徐变 2.影响干缩和徐变的因素 3.徐变的机理 4.基于等效时间的混凝土徐变模型
1. 混凝土的干缩和徐变
由于以下几个原因应将徐变和干缩现象一起讨论
1.干缩和徐变的起源相同，都来源于水泥浆体。 2.应变-----时间曲线很相似。 3.影响干缩的因素通常以同样的方式影响徐变。 4.混凝土的各相微应变大，在结构设计中不能被忽略。 5.干缩和徐变均为部分可逆。
2.混凝土徐变模型 由于指数函数存在递推关系, 不必记录应力历史, 减少了所需计
算机的储存容量和计算工作量, 大大提高了有限单元法程序的计算效 率, 具有很好的实际应用价值。因此, 采用具有递推关系的指数函数 徐变度表达式, 即
式中: C 徐变度; A1, B1, G1, r1, A2,B2,G2, r2待定参数, 根据试验值确定; 混凝土等效加载龄期, d.
3.1 徐变的机理
1.黏性流动理论 黏性流动理论认为, 弹性水泥凝胶骨架和孔隙中充满弹性液体. 在施 加荷载初期, 一部分荷载由孔隙中的水承受, 迟缓了固体的变形. 当水 从压力高处向低处流动时, 固体承受的荷载逐渐增大, 致使固体的变 形增大, 引起混凝土徐变. 卸载时, 水向相反方向流动, 从而引起徐变 恢复. 该理论认为承受外部荷载的水的流动是产生徐变的根本原因, 可以说明混凝土加载初期的徐变速率较大和徐变恢复现象, 但不能解 释完全干燥情况下混凝土的徐变现象.
1970 年, Bazant 教授根据Arrhenius 方程提出了等效时间与温度关系 的表达式, 即
式中: t e等效时间, d; T类比系数; Q化学活动能与气体常数之比 ( Q= E / R ) ; Tr 参考温度,取293K( 20摄氏度 ) ; T混凝土的当前温度, K Q 值与化学反应活动能有关, 化学活动能随着温度的升高而增大, Q 值可以通过对混凝土绝热温升的反演分析得到, 其值在2000~7000K 之间.

由混凝土受力破坏特征可知: 混凝土是一种由水泥石、砂、石、 孔隙等组成的不匀质的三相复合材 料。它既不是一个完全弹性体，也 不是一个完全塑性体，而是一个弹 塑性体。受力时既产生弹性变形， 又产生塑性变形，其应力与应变的 关系不是直线，而是曲线.
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(1).砼的弹塑变形:
➢加荷载σ,应变ε, 弹塑
干燥收缩（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出 现拉应力而导致开裂
❖ （2）、机理：
➢ 混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛 细孔中形成负压，产生收缩力，导致混凝土产生收 缩裂缝。
➢ 同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶 体因失水而产生紧缩。
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干缩示意图
干燥环境
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5.3 混凝土的变形性能
二、荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形－弹塑性变形 长期荷载作用下的变形—徐变
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二、荷载作用下的变形 (一)短期荷载作用下的变形－弹塑性变形
1.砼受力变形及破坏的4个阶段
(I)裂缝无明显变化阶段(收缩裂缝阶段):
当荷载达到“比例极限”
极限荷载(%)
般在混凝土成型后40d左右增长较快，以后逐渐 趋于稳定。
✓ 化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，
但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
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✓
一.非荷载作用下的变形
3.干湿变形（物理收缩）
❖ （1）、定义
➢ 由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土 的干湿变形，表现为干缩湿胀。
➢ 混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但
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6.1.2 混凝土收缩徐变的机理及其影响因素
混凝土收缩徐变对桥梁结构的影响： （1）结构在受压区的徐变将引起变形的增加； （2）偏压柱由于徐变使弯矩增加，增大了初始偏心，降 低其承载能力； （3）预应力混凝土构件中，徐变导致预应力损失； （4）结构构件表面，如为组合截面，徐变引起截面应力 重分布； （5）超静定结构，引起内力重分布。 （6）收缩使较厚构件的表面开裂。
大跨度桥梁设计
第6章
混凝土收缩徐变效应分析
本章的主要内容
6.1 混凝土收缩徐变的基本概念 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.3 徐变应力应变关系
6.4 基于位移法的混凝土徐变效应分析
6.5 混凝土的收缩效应
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
6.1.1 混凝土收缩徐变基本概念
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.1 徐变系数的定义
4）从时刻 开始对混凝土作用轴向单位常应力，在时 刻t产生的总应变，一般称为徐变函数Jc(t, )，徐变函数可表 示为:
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.2 徐变系数的数学表达式
国内外对混凝土徐变的分析存在不同的理论，考虑的 因素不尽相同，采用的计算模式也各不相同。 1）将徐变系数表达为一系列系数的乘积，每一个系数表 示一个影响徐变值的重要因素，如英国BS5400（1984）、 美国ACI2019（1982）等。 2）将徐变系数表达为若干个性质互异的分项系数之和， 如CEB-FIP(1978)、我国桥梁规范等。
徐变、收缩是混凝土这种粘弹性材料的基本特 性之一，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：指混凝土结构在长期荷载作用下，混凝土的变形随时 间增长的现象。结构徐变变形可达弹性变形的1.5~3倍以上。

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湿度变化
湿度的高低会影响材料的 含水率，进而影响其收缩 和徐变性能。
风速与日照
风速和日照会对结构产生 外部荷载，从而影响其收 缩和徐变。
结构因素
结构形式
不同的结构形式对收缩和徐变的抵抗能力不同。
约束条件
结构的约束条件会影响其收缩和徐变性能，约束 过紧或过松都不利于控制收缩和徐变。
几何尺寸与跨度
结构的尺寸和跨度越大，其收缩和徐变的变形量 越大。
回弹法
通过测量试件卸载后回弹的程度来计算徐变。
收缩和徐变测试方法的比较
适用范围
尺寸变化法和质量法适用于收缩测试，应变法和位移法适用于徐 变测试。
精度要求
尺寸变化法和质量法精度较高，应变法和位移法精度相对较低。
操作难度
尺寸变化法和质量法操作简单，应变法和位移法操作相对复杂。
05 收缩和徐变的影响
对结构性能的影响
收缩徐变的基本概念
收缩
材料在冷却或干燥过程中尺寸 减小。
徐变
材料在应力作用下，随时间缓 慢发生形变。
影响因素
温度、湿度、应力状态、材料 性质等。
研究意义
了解材料的收缩徐变特性，有 助于优化产品设计、减少生产
误差和提高工程质量。
02 收缩和徐变的原理
收缩的原理
收缩是混凝土在失水过程中体积减小的现象，主要发生在混凝土硬化的过程中。
03
结构的稳定性和安全性。
03 收缩和徐变的因素
材料因素
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材料种类
不同材料的收缩和徐变特 性各异，如混凝土、钢材 等。
材料成分
材料中的矿物成分、骨料 、水灰比等都会影响其收 缩和徐变性能。
材料老化

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1、混凝土收缩徐变基本概念——科罗巴岛桥
• The failure of the Koror–Babelthuap Bridge in Palau, occurred on 26 September 1996, at around 5:45 in the afternoon. The collapse was catastrophic, killing two people and injuring four more.
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1、混凝土收缩徐变基本概念——科罗巴岛桥
• Litigation and out-of-court settlements between the Palauan government and the engineers involved have meant that the cause was never officially confirmed, and analysis performed on site was never released.
第十一章 混凝土结构的收缩徐变效应分析
• 1、混凝土收缩徐变基本概念 • 2、古典流变理论 • 3、CEB78模型与CEB90模型 • 4、徐变效应分析 • 5、结构时变效应分析的有限元方法
肖汝诚，桥梁结构分析及程序系统，人民交通出版社。 周履，收缩徐变，铁道出版社
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1、混凝土收缩徐变基本概念
1、混凝土收缩徐变基本概念——科罗巴岛桥
• Each half of the bridge had been built as balanced but unsymmetric cantilevers, working away from the main pier, until the back span reached the end pier. This span was then filled with ballast to provide moment reaction for completion of the cantilevers.

中国历史 上吸烟 的历史 和现状 、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.1 徐变系数的定义
长期荷载作用下，结构在弹 性变形△e 以后，随时间增长 而持续产生的那部分变形量 △c，称为徐变变形。
的紧缩； 3）水泥胶凝体对骨架弹性变形的约束作用所引起的滞
后弹性应变； 4）局部发生微裂、结晶破坏及重新结晶与新的连结所
产生的永久变形。
中国历史 上吸烟 的历史 和现状 、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
a、已知(t,0) ，将该曲线垂直平移可得(t,1)、 (t,2)、(t,3)、……；
b、(t,) = (t,0) - (,0)
c、增大到一定值(3~5年)，(t,) 0。
老化理论
t
中国历史 上吸烟 的历史 和现状 、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
徐变应变：
单位长度的徐变变形 称为徐变应变εc 。
瞬时应变： 瞬时应变又称弹性应变εe 。
中国历史 上吸烟 的历史 和现状 、所采 取的措 施以及 由此带 来的痛 苦和灾 难，可 以进一 步了解 吸烟对 人民健 康的危 害，提 高师生 的控烟 意识
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.1 徐变系数的定义
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
பைடு நூலகம்6.1.1 混凝土收缩徐变基本概念

§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
拱肋混凝土截面承担压力百分比
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
5 .下承式连续拱梁组合桥
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
拱肋混凝土截面承担压力百分比
§6.1.5 徐变、收缩的分析方法小结
混凝土徐变与收缩，是混凝土桥梁结构设计计算中的一 个重要内容。徐变、收缩对混凝土桥梁的影响，时间跨度 长且与结构型式、构件截面组成方式，以及施工方法等因 素有关。
根据目前的试验与理论研究水平，估算的徐变与收缩一 般有15%至20%的偏差。
§6.1.5 徐变、收缩的分析方法小结
影响混凝土徐变、收缩的因素众多，其机理在于混凝土 水化水泥浆的物理结构。徐变、收缩有许多相同的影响因 素，但收缩与混凝土的外加应力无关则区别于徐变。
表达徐变、收缩随时间发展的数学模型不是唯一的，并 随着研究的深入而不断改变，我国目前主要采用CEB-FIP 推荐的模式。
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
三年后梁Байду номын сангаас形（m）
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
三年后预制T梁混凝土应力（t/m2=1/100MPa）
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
三年后现浇翼板混凝土应力（t/m2=1/100MPa）
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
3 .下承式简支拱梁组合桥（钢管混凝土拱）
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
翼板现浇30天后翼板混凝土应力（t/m2=1/100MPa）
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
竣工初梁变形（m）
§6.1.4 徐变、收缩对结构影响举例
竣工初预制T梁混凝土应力（t/m2=1/100MPa）