徐变的产生机理及对结构的影响

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1、徐变的产生机理及对结构的影响(一)徐变的基本概念(1)长期荷载作用下的变形一一徐变：混凝土在一定的应力水平(如50%〜70%的极限强度)下，保持荷载不变，随着时问的延续而增加的变形称为徐变。徐变产生的原因主要是凝胶体的粘性流动和滑移。加荷早期的徐变增加较快，后期减缓。混凝土在卸荷后，一部分变形瞬间恢复，这一变形小于最初加荷时产生的弹塑性变形。在卸荷后一•定时问内，变形还会缓慢恢复一部分，称为徐变恢复。最后残留部分的变形称为残余变形。混凝土的徐变-•般可达300X10-6〜1500X10-6m/m。混凝土的徐变在不同结构物屮有不同的作用。对普通钢筋混凝土

2、构件,能消除混凝土内部温度应力和收缩应力，减弱混凝土的开裂现象。对预应力混凝土结构，混凝土的徐变使预应力损失大大增加，这是极其不利的。因此预应力结构一般要求较高的混凝土强度等级以减小徐变及预应力损失。(2)在大体积混凝土生温阶段，混凝土内部因膨胀而引起相向变形(属于限制条件下的膨胀)，但此时结构发育得还不够，塑性还较大。这种相M变形大部分为塑性变形和徐变所消耗。因此限制膨胀所引起的混凝土密实作用，由于徐变而大大削弱。所谓徐变是在持续荷载作用下，混凝土结构的变形将随时间不断增加的现象.一般徐变变形可达瞬时弹性变形的1-6倍。因此，在结构设计中徐变是一个不

3、可忽略的重要因素。徐变对结构的影响有宥利方而，也省不利方而。众所周知，徐变可以引起预应力浞凝土结构的预应力损失:在大跨度梁中，徐变增加了梁的挠度，这些都是徐变对结构的有害影响，故在这些结构中应尽景减小混凝土徐变。然而在大体积混凝土结构中，徐变能降低温度应力，减小收缩裂缝;在结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力的结构中，徐变能削减这类结构的应力峰值，这些都是徐变对结构的冇利影响。因此，在这类结构中，在保持强度不变条件下，要没法提高浞凝土的徐变。(3)其中包括两种现象：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基本徐变2.若允

4、许与外界的湿气交换发生的材料徐变——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(二)徐变的产生机理(1)一般认为混凝土产生徐变的机理娃由于水泥石的粘弹性和水泥石与骨料之间槊性性质的综合结果。具体來说主要由于持续荷载作用使凝胶体中水分缓慢压出，水泥石的粘性流动，微细空隙的闭合，结晶内部的滑动，微细裂缝的发生等因素的累加.(2)混凝土的徐变机理也有许多种，如弹性徐变理论、老化徐变理论、继效徐变理论等等。作为工程裂缝控制的应用，我们只能应用某中主要的成果，以常系数的形式，考

5、虑在弹性计算的结果中，从而简化了非线形分析。由于混凝土的徐变作用，给钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土带来冇利和不利两方面的影响。从不利方面看来，它可以造成预应力损失，增加挠度，可以降低钢筋和混凝土的粘着力等。从有利方面看来，它可以使弹性的温度收缩应力大大的松弛，根据变形速率及混凝土龄期，它对应力降低的程度约0.3〜0.8倍，保温保湿养护越好，降温越慢，松弛系数越小.（3）解释浞凝土徐变机理的理论很多，一般都以水泥浆体的微观结构为基础。这些理论主要有粘弹性理论、渗出理论、粘性流动理论、塑性流动理论、微裂缝理论及内力平衡理论3.1粘弹性理论是把水泥浆体看成力弹

6、性的水泥凝胶骨架，其空隙中充满着粘弹性液体构成的复合体。可川伏克脱单元（VoigtElement）流变模型来表示。加给水泥浆的荷载起初一部分被固体空隙屮的水所承受，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人，增大了弹性变形。荷载卸除后，水就流向相反方向，引起徐变恢复.与这过程有关的水，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。3.2渗出理论混凝土徐变的渗出理论由利奈姆（C.GLynam）于1934年首先提出的。该理论认力混凝土徐变是巾于凝胶粒子表面吸附水和这些粒子之闽的层问水（在荷载作用下）的流

7、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到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体（吸附水和层间水），而不是毛细水和化学结合水。3.3粘性流动理论粘性流动理论由托马斯（F.GThomas）于1937年首先提出。他认为，浞凝土可分成两部分，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。当浞凝土受荷时，水泥浆体的流动受到骨料的阻碍，结果使骨料承受较尚的应力，而水泥浆体

8、承受的应力随吋间而减小。由于水泥浆体的徐变与加荷庖力成正比，因此，随着加荷应力逐渐从水泥浆体转