大跨度橋梁混凝土收縮徐變效應(yīng)

大跨度橋梁混凝土收縮徐變效應(yīng)分析本章的主要內(nèi)容6.1混凝土收縮徐變的基本概念6.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.3徐變應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系6.4基于位移法的混凝土徐變效應(yīng)分析6.5混凝土的收縮效應(yīng)§6.1混凝土收縮徐變的基本概念6.1.1混凝土收縮徐變基本概念徐變：指混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下，混凝土的變形隨時間增長的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)徐變變形可達(dá)彈性變形的1.5~3倍以上。收縮：指由于水泥漿的凝縮和因環(huán)境干燥所產(chǎn)生的干縮現(xiàn)象?；炷列熳兓炷潦湛s徐變、收縮是混凝土這種粘彈性材料的基本特性之一，它不但對橋梁結(jié)構(gòu)影響大，而且持續(xù)的時間長，且其變化過程復(fù)雜，不易把握。§6.1混凝土收縮徐變的基本概念6.1.1混凝土收縮徐變基本概念短柱加載至卸載的變形過程：（1）加載時，產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變。（2）混凝土隨時間增長的一直存在收縮應(yīng)變。（3）長期荷載作用下，隨時間增長的附加應(yīng)變，即徐變。混凝土總應(yīng)變徐變內(nèi)力1）兩根懸臂梁均布荷載q作用下

M根=-ql2/2，M懸臂端=0隨t增長，混凝土徐變發(fā)生影響，懸臂端將發(fā)生向下的豎向撓度△t和轉(zhuǎn)角θt；靜定結(jié)構(gòu)變形不受約束，變形不產(chǎn)生內(nèi)力，徐變完成后其內(nèi)力圖不發(fā)生變化，徐變前后彎矩圖不變?！?.1混凝土收縮徐變的基本概念6.1.1混凝土收縮徐變基本概念徐變內(nèi)力2）合龍后的固定梁兩根懸臂梁瞬時變形完成后，將合龍段鋼筋焊接，澆筑混凝土，形成固定梁。混凝土徐變使固定梁跨中發(fā)生撓度△t，由于結(jié)構(gòu)對稱性，轉(zhuǎn)角θt=0原兩根懸臂梁端部的轉(zhuǎn)角變形受到約束，跨中截面產(chǎn)生附加彎矩Mt，固定端彎矩減小?！?.1混凝土收縮徐變的基本概念6.1.1混凝土收縮徐變基本概念§6.1混凝土收縮徐變的基本概念6.1.2混凝土收縮徐變的機(jī)理及其影響因素（1）收縮機(jī)理

1）自發(fā)收縮：水泥水化作用（小）

2）干燥收縮：內(nèi)部吸附水蒸發(fā)(大)3）碳化收縮：水泥水化物與CO2反應(yīng)（2）徐變機(jī)理(ACI209,1972)1）在應(yīng)力和吸附水層潤滑的作用下，水泥膠凝體的滑動或剪切產(chǎn)生的粘稠變形；

2）應(yīng)力作用下，由于吸附水的滲流或?qū)娱g水轉(zhuǎn)動引起的緊縮；

3）水泥膠凝體對骨架彈性變形的約束作用所引起的滯后彈性應(yīng)變；4）局部發(fā)生微裂、結(jié)晶破壞及重新結(jié)晶與新的連結(jié)所產(chǎn)生的永久變形?！?.1混凝土收縮徐變的基本概念6.1.2混凝土收縮徐變的機(jī)理及其影響因素收縮徐變影響因素主要包括：

1)混凝土的組成材料及配合比；2)混凝土的齡期；3)應(yīng)力的大小和性質(zhì)；4)構(gòu)件周圍環(huán)境的溫度、濕度、養(yǎng)護(hù)條件；5)構(gòu)件的截面面積6)混凝土碳化等?！?.1混凝土收縮徐變的基本概念6.1.2混凝土收縮徐變的機(jī)理及其影響因素混凝土收縮徐變對橋梁結(jié)構(gòu)的影響：（1）結(jié)構(gòu)在受壓區(qū)的徐變將引起變形的增加；（2）偏壓柱由于徐變使彎矩增加，增大了初始偏心，降低其承載能力；（3）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，徐變導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失；（4）結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，如為組合截面，徐變引起截面應(yīng)力重分布；（5）超靜定結(jié)構(gòu)，引起內(nèi)力重分布。（6）收縮使較厚構(gòu)件的表面開裂。§6.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.1徐變系數(shù)的定義1）線性徐變徐變應(yīng)變c與彈性應(yīng)變e成線性關(guān)系，其比例系數(shù)為徐變系數(shù)，它與持續(xù)應(yīng)力的大小無關(guān)。

即：徐變系數(shù)是從加載齡期τ到某時刻t，徐變應(yīng)變值與彈性應(yīng)變值之比。（t,τ）=c/e

徐變度：

c=/E

適用性：橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土的使用應(yīng)力一般不超過其極限強(qiáng)度的40~50%，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土柱體應(yīng)力不大于0.5fck時，徐變變形與彈性變形之比與應(yīng)力大小無關(guān)的假定是成立的。

混凝土的徐變大小，通常采用徐變系數(shù)(t,)來描述。目前國際上對徐變系數(shù)有多種不同的定義。徐變應(yīng)變：單位長度的徐變變形稱為徐變應(yīng)變εc。瞬時應(yīng)變：瞬時應(yīng)變又稱彈性應(yīng)變εe。長期荷載作用下，結(jié)構(gòu)在彈性變形△e以后，隨時間增長而持續(xù)產(chǎn)生的那部分變形量△c，稱為徐變變形?！?.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.1徐變系數(shù)的定義§6.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.1徐變系數(shù)的定義

2）令時刻開始作用于混凝土的單軸向常應(yīng)力s()至?xí)r刻t所產(chǎn)生的徐變應(yīng)變?yōu)閑c(t,)，該種徐變系數(shù)采用混凝土28d齡期的瞬時彈性應(yīng)變定義，即:

CEB-FIP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（1978及1990）及英國BS5400(1984)均采用這種定義方式。

3）徐變系數(shù)的另一種定義為:這一定義是美國ACI209委員會報告（1982）所建議的?！?.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.1徐變系數(shù)的定義

4）從時刻開始對混凝土作用軸向單位常應(yīng)力，在時刻t產(chǎn)生的總應(yīng)變，一般稱為徐變函數(shù)Jc(t,)，徐變函數(shù)可表示為:§6.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.2徐變系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式國內(nèi)外對混凝土徐變的分析存在不同的理論，考慮的因素不盡相同，采用的計算模式也各不相同。1）將徐變系數(shù)表達(dá)為一系列系數(shù)的乘積，每一個系數(shù)表示一個影響徐變值的重要因素，如英國BS5400（1984）、美國ACI2019（1982）等。2）將徐變系數(shù)表達(dá)為若干個性質(zhì)互異的分項系數(shù)之和，如CEB-FIP(1978)、我國橋梁規(guī)范等。徐變系數(shù)

徐變系數(shù)計算較為復(fù)雜，與加載齡期t0、材料性質(zhì)、構(gòu)件尺寸、環(huán)境濕度等因素相關(guān)。

04橋規(guī)中的徐變系數(shù)計算公式見右?！?.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.2徐變系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式§6.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.2徐變系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式規(guī)律表明，推遲混凝土加載齡期，加強(qiáng)混凝土保濕養(yǎng)護(hù)，提高混凝土強(qiáng)度等級，可以減小徐變對結(jié)構(gòu)的影響?！?.2徐變系數(shù)模型與徐變理論6.2.2徐變系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式混凝土徐變早期發(fā)展非常迅速，后期較為平緩。半年可完成60%左右，3年達(dá)90%左右，10年達(dá)95%，基本完成徐變過程。因此，設(shè)計中一般計算終止時間取為10年。P142，

例6.2-1§富6.肺2徐變交系數(shù)深模型糊與徐踐變理名論6.2描.3偏重旦理論務(wù)的徐濁變數(shù)師學(xué)表賽達(dá)式為便于累理論分曲析，以烏試驗(yàn)為嚷依據(jù)，基經(jīng)過適門當(dāng)假設(shè)題，提出泥理論上藍(lán)的徐變彎計算公斥式。一般部從以腳下兩昆方面容來討姓論：1）加獲載齡示期與徐茅變系嚴(yán)數(shù)(t,)的關(guān)系根據(jù)對妙加載齡息期與徐變蜓系數(shù)(t,)的關(guān)溫系的賭不同晃假定作，可柜以得犯出三確大理刃論：癢老化臺理論平，先加天理尿論和狼混合截理論狠。2）徐變秒基本曲框線的函嫩數(shù)(t,0犬)在假定睜加載齡案期與徐變掌系數(shù)(t,)的關(guān)系藏時，需季要預(yù)先坊知道當(dāng)=0時的箏徐變宵系數(shù)番曲線車，即(t,0崖)。目前匆，徐元變基董本曲深線的擊函數(shù)(t,0)最廣石泛采溫用狄磚辛格黃（Dis答chi龜nge泛r）公深式，御因此鼓，(t,0)的表稻達(dá)公草式又紫叫狄蜜辛格券公式疼?！炜?.纏2徐變系樓數(shù)模型風(fēng)與徐變豈理論6.2遣.3偏重理夸論的徐鵲變數(shù)學(xué)斗表達(dá)式①老豪化理起論：不愛同加葬載齡給期的混凝土德，其徐狡變曲線史在任意錄時刻t徐變同增長稻率都有相同池，即(t,)與無關(guān)。言由此得鄭出：a、已掌知(t,0)，將該牌曲線垂雨直平移早可得(t,1)、(t,2)、(t,3)、……；b、(t,)=(t,0)-(,0)c、增大到銳一定值(3嗎~5年)，(t,)0。（1）(t,)與的關(guān)系§6師.2徐變系艇數(shù)模型謊與徐變錯理論6.欄2.慌3偏重安理論魯?shù)男齑易償?shù)震學(xué)表題達(dá)式②先天飽理論：不同濃加載齡們期的混筑凝土，卡其徐變粉增長規(guī)起律均相家同，即(t,0)可表身示為(t-0)。由此蹈得出：a、已判知(t,0)，將該腸曲線水睛平平移堪可得(t,1)、(t,2)、(t,3)、……；b、(,)不因而變化屋，即(,)=k0；c、加配載齡貼期不同牛，但雀持續(xù)腰荷載僚作用挖時間(t-)相同膛，則臟發(fā)生潛的徐線變系勒數(shù)相劫同，偶即(t,0)=(t+i,0+i)§6注.2徐變暖系數(shù)虛模型傅與徐守變理裕論6.謠2.豬3偏重潤理論頃的徐義變數(shù)新學(xué)表傲達(dá)式③混合理歉論：加載初辛期用老圾化理論伸，加載夫后期用描先天理蓄論?！?老.2徐變熱系數(shù)壩模型撒與徐卸變理盜論6.2平.3偏重脾理論件的徐微變數(shù)納學(xué)表季達(dá)式（2）徐變戒基本曲螞線的函熱數(shù)(t,0)狄辛格茂于19機(jī)37年提出踏徐變基譯本曲線肅公式：式中拜，k,0—加載齡件期=0、t=時的徐部變系數(shù)兵（終極評值）；—徐變點(diǎn)增長蹦速度乖系數(shù)徹；t,0—加載齡秘期=0的混凝偉土在t時的鹽徐變距系數(shù)朋。有了升徐變茅基本甘曲線徐公式(t,0哲)，應(yīng)用瓣老化理僻論或先聽天理論狀，可得鞋出一般析的徐變唯系數(shù)(t,t)的計算用公式挪。§6樸.2徐變系知數(shù)模型啄與徐變州理論6.谷2.壘3偏重坑理論畫的徐漠變數(shù)熔學(xué)表侄達(dá)式（3）三吳種徐更變理郊論的連比較a、老化厘理論對早期吸混凝土?xí)陷^馬好，對筍后期加麥載的徐旨變系數(shù)衡偏低，主不能反上映早期斧加載時副徐變迅膚速發(fā)展熔的特點(diǎn)攝與滯后薦彈變，瘦因而雖參然計算攜簡單，白但難以敞反映實(shí)椅際情況送，往往業(yè)與試驗(yàn)黑不符，喂因此，匯老化理成論漸被樣淘汰。b、先英天理免論不能反證映加載燒齡期的色影響，淡只考慮毛持荷時團(tuán)間，當(dāng)肥持荷時譜間無窮左大時，羊不同加妻載齡期籃的徐變虛系數(shù)都注有相同輩的徐變極終極值鵲，因而碗在缺少進(jìn)實(shí)測資漁料時亦抗很少應(yīng)澇用。先天槐理論叫比較站符合沸后期供加載樂的情榆況?！?備.2徐變系捎數(shù)模型馬與徐變騎理論6.飛2.姿3偏重跪理論匆的徐岡變數(shù)嗚學(xué)表伯達(dá)式（3）三種季徐變理窯論的比勁較c、混牛合理掏論與上習(xí)述兩陵種理驕論相兼比，槳一定順程度炭上更佳好地呢反映勒了徐駐變的線基本泡特征連，但承對于鉛加載蒜初期拖，尤膽其是倡早期鋸加載偷的混增凝土計徐變蚊迅速呈發(fā)展晌的情茄況不里能很稱好地自反映嗎，對趣于構(gòu)虎件厚談度、見混凝部土配歲合比鐘的影釣響都濤沒有六給出難?！焖?.賺3徐變應(yīng)浩力-應(yīng)變施關(guān)系1、徐變炭作用下遺結(jié)構(gòu)的膛總應(yīng)變(t)在線性遠(yuǎn)徐變理濁論中通霞過徐變雜系數(shù)和司彈性應(yīng)茶力即可逃求出總申應(yīng)變。（1）應(yīng)力微不變條詢件下：(t)=e+c(t)=e[1談+(t,)]其中向，徐蔽變系策數(shù)(t,)是指加葛載時刻林為的t時刻的第徐變系灑數(shù)。（2）連燦續(xù)變網(wǎng)化的患應(yīng)力赴條件燥下：§萍6.威3徐變應(yīng)而力-應(yīng)變關(guān)鋒系2、應(yīng)絨力-應(yīng)變關(guān)耳系的代慶數(shù)方程使表達(dá)式作變殊換：式中，sc(t)、ec(t)稱徐變眾應(yīng)力和跌徐變應(yīng)截變。假定踩混凝莖土彈污性?？蘖繛槊统?shù)糖，E(t)用常量E代替膚，將雀式(a)代入(1沾)，則惠式(1)可表歲示為§6簡.3徐變交應(yīng)力-應(yīng)變炒關(guān)系由于上貸式含有損對應(yīng)力免歷史的線積分，話因此在鴿分析中句直接應(yīng)憲用上式為求解是嚼困難的雅。由公唱式（3）得令式中彈，0t，E=E(0)。§6蠻.3徐變應(yīng)洽力-應(yīng)變部關(guān)系并注沉意到sc(t0)=0，則引入老些化系數(shù)(t,0)（最該初H.錢Tr寒os飼t稱其由為松陪弛系違數(shù)，197永2年改啦稱老站化系婦數(shù)，語有些蠢文獻(xiàn)惑也稱厚為時冶效系起數(shù)）崖：§6遺.3徐變筍應(yīng)力-應(yīng)變斯關(guān)系于是，倡式（5）可寫貌為：式中，E為按齡立期調(diào)整幕的有效傾模量或工徐變等暢效彈性期模量：公式（6）稱蘇為Tr盈os漫t-焰Ba引za蒙nt法，隊它是村工程桶實(shí)用龍分析綢的基渾本方掌程?！?突.3徐變觀應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)侍系老化防系數(shù)(t,0)可根毀據(jù)實(shí)宇驗(yàn)結(jié)梳果曲叼線插尺值計縫算，穴但不鄙便于荷電算檔。也雀可根圣據(jù)所得采用短的徐領(lǐng)變系誤數(shù)表奶達(dá)式別進(jìn)行勤推算纏。許多籃學(xué)者瀉假定鴨了應(yīng)新力隨猶時間僻的變斤化規(guī)壞律（齊即(t)與(0)的變郊化關(guān)夠系）音，從螞而求典出(t,0)。有關(guān)文梢獻(xiàn)經(jīng)論牲證提出毀下列公趣式：對繼效褲理論，=0.揪91，=0.蓬686；對老成化理藏論，=1，=1。在實(shí)劇際分閘析中掏，不繞必過隱分追堤求老飲化系鍛數(shù)的蹲精確扭程度譽(yù)，因衫為徐繪變計拼算誤集差最卻大的微方面者還在棉于徐計變系葬數(shù)的猴選擇戀?！熘t6.替4混凝土秧徐變效雄應(yīng)分析材料爽非線部性問夜題，影計算匙方法僚多而眼復(fù)雜卷，常碰用的彩徐變會分析沒方法夫有：1、換靜算彈述性?；炝糠ù颍?、逐難步增脫量法未；P15嗽33、按齡基期調(diào)整艘的有效玻模量法鑒?；舅硐群喼詈筮B續(xù)礎(chǔ)的兩等錦跨連續(xù)托梁，自盒重作用接下瞬時瓦彈性變隔形完成濁后，B截面彎亂矩為0，中斬支點(diǎn)釋贅余膠力M1（t）完肆全是理徐變扛產(chǎn)生指的。換算彈進(jìn)性模量宗法§門6.稈4混凝土悄徐變效施應(yīng)分析換算彈暴性模量漁法任意時澆刻t列代數(shù)邊方程為律：老化況系數(shù)樸是考讀慮混應(yīng)凝土唇老化覽而逐雹漸衰腔減的漸一個稱折減摧系數(shù)習(xí)?！?預(yù).4混凝訓(xùn)土徐拘變效刮應(yīng)分躲析換算否彈性漠模量揀法引入與時間t有關(guān)的常變位和荷載變位§6止.4混凝賴土徐彈變效奸應(yīng)分督析換算彈愿性模量半法引入兩充個換算盼彈性模四量§6異.4混凝土筍徐變效掩應(yīng)分析換算彈搜性模量景法計算步網(wǎng)驟（1）選取結(jié)構(gòu)計算圖式。（2）按不同施工階段計算恒載內(nèi)力圖Mp。（3）在贅余力處分別施加各單位贅余力，得到圖。（4）計算各梁段的老化系數(shù)及換算彈性模量。（5）計算恒定荷載及徐變贅余力在約束處的發(fā)生的變位?！觳?.梨4混凝獎土徐妨變效郊應(yīng)分歐析換算彈匠性模量