混凝土徐变系数公式设计以及徐变应力场计算研究

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1、混凝土徐变系数公式设计以及徐变应力场的计算研究摘要：徐变的精确预测对混凝土徐变应力场的仿真有重要意义。针对目前徐变预测模型的使用局限，结合目前混凝土材料的特点和现有的试验资料，参考国外有关模型，采用将其他因素控制在标准状态而仅仅变化这一因素的方法。评价了该模型的可行性。在对高性能混凝土徐变预测上可将各个影响因素量化处理，避免了需要大量试验资料的局限，弥补了普通混凝土预测模型考虑因素较为单一的缺陷，计算较简便，而且符合精度较好。在徐变应力场的计算中，一般采用通过拟合徐变度去计算徐变的隐式解法，本文在其基础上将建

2、立的徐变系数公式引入到应变增量的计算，推导了利用徐变系数计算徐变应力场的有限元表达式。关键词：高性能混凝土；徐变系数；预测模型；标准状态；非标准状态0引言国内外常用的徐变系数计算公式基本上都是建立在试验数据基础上的经验公式，由于试验条件的局限或研究者侧重点的不同，不同的研究者提出的计算模型所考虑的影响因素也不尽相同，国外应用较多的有CEB-FIP系列模型[1]、ACI209系列模型[2]、B-P系列模型[3]、GZ(1993)模型[4]和GL-2000模型[5]等。国内主要以建科院(1986)模型[6]为代表

3、，90年代，卫军[7]等在CEB-FIP(1990)模型框架基础上建立了干燥地区混凝土徐变估算体系，经与试验结果比较，二者符合较好。吴胜兴[8]根据国内17组水工大坝混凝土的徐变试验数据进行统计分析，提出了估算水工大体积混凝土徐变度的数学模型。在现有的徐变预测模型中，混凝土材料参数大都是通过大量的试验数据回归分析得到的，体现的是混凝土徐变发展的一般规律。然而混凝土是一种人工复合材料，不同工程所用的混凝土在材料特性、组成等方面相差很大，因而其具有鲜明的“个性”,对其徐变影响很大，这也是采用现有徐变预测模型不能得

4、到满意预测结果的主要原因。笔者尝试考虑多种因材料差异对混凝土性能的影响因素，补充了普通混凝土没有涉及的影响因素，设计基于NSC标准状态下的HPC徐变系数公式。采用了CENEurocode2(1991)和CEBModelCode90(1993)的拓展模型；以演化了的CEB（1993）模型关于徐变系数的计算结果为基准建立了标准状态徐变系数数据样本，以此建立标准状态徐变系数公式。与普通混凝土徐变系数模型相比，本模型将各个影响因素数值化，无需大量的试验数据，充实了普通混凝土的徐变预测模型，对高性能混凝土的徐变预测也能

5、进行较高精度的计算。本文分为2个部分，第1部分：建立适合当代混凝土材料的徐变系数预测模型，并对该模型进行验证。第2部分：将本文建立的徐变系数公式引入到应变增量的计算，推导了利用徐变系数计算徐变应力场的有限元表达式。1标准状态下徐变系数基本方程本文设定的“标准状态”与美国混凝土协会(ACI)209委员会建议的“标准状态”有所区别。在混凝土受压、拉徐变试验规程中我国电力行业标准DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》没有涉及对环境湿度的规定，故结合参照我国规范GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能

6、试验方法》，设定标准状态为：混凝土强度等级为C30，不掺粉煤灰，不掺外加剂，立方体试件截面尺寸150mm×150mm，标准养护(温度20±3℃，相对湿度大于90%)3d后移入恒温恒湿徐变室(温度20±2℃，相对湿度60±5%)进行徐变试验，徐变加荷应力为试件破坏荷载的30%，即应力级别为0.3。徐变预测的实际考虑中，混凝土持荷时间是构成徐变系数的主要变量，标准状态下，徐变系数计算的基本方程形式如下所示：(1)式中：表示标准状态下，加载龄期t0=3d，持荷时间为∞的徐变系数；kx表示持荷时间影响函数；τ=t-t

7、0，表示为持荷时间。1.2标准状态徐变系数数据样本的回归分析标准状态下，以拓展模型关于徐变系数的计算结果为基准建立了标准状态徐变系数数据样本，以此来拟合本文的标准状态徐变系数。拓展模型的基本方程隶属欧洲规范[9]，简略形式如下：(2)式中：—混凝土在t0时加载，t时的徐变系数；－名义徐变系数；(3)(4)RH－环境相对湿度%；h0－2Ac/u；Ac－构件横截面（mm2）；u－构件和环境接触周长（mm2）；αi—依赖于混凝土平均抗压强度的系数。拓展模型的优势和局限：（1）、CEB（1990）模型没有明确的把徐变

8、区分成基本徐变和干燥徐变，而是以简化的方式区分，以能将此模型拓展运用到高性能混凝土领域，此点起重要的作用。模型的选型值得参考。（2）、拓展模型的适用范围广泛，引入了3个依赖于抗压强度的系数，这些系数同样适用于一般强度混凝土。对此，还有待于验证。（3）、局限是该模型只用了28天的抗压强度作为高性能混凝土参考特性，而对添加物，如硅粉、粉煤灰的种类和数量，则未予详细考虑。在模型中，只用了为设计人员所熟知的