高强混凝土双轴徐变数值模拟及试验验证

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期水利水运工程学报No．62013年12月ANDE砸ER『GDec．2013高强混凝土双轴徐变数值模拟及试验验证唐云清，柯敏勇，李霄琳，刘海祥(1．南京水利科学研究院水利部水工新材料工程技术中心，江苏南京210029；2．河海大学，江苏南京210098)摘要：以均质连续介质为假设建立高强混凝土多孑L介质徐变数值模型，分析不同双轴应力组合对徐变效应的影响，以获得高强混凝土在双轴应力状态下的徐变发展规律，同时开展高强混凝土双轴徐变试验论证．计算结果和试验结果均表明徐变系数和应力状态密

2、切相关，双轴应力状态下混凝土徐变系数小于单轴应力状态，且竖向应力对徐变系数影响较大；在试验和计算条件下，180d双轴应力状态的徐变系数分别为相应单轴状态的73％和90％左右．关键词：高强混凝土；双轴徐变；数值模拟；试验验证中图分类号：TU528．31文献标志码：A文章编号：1009—640X(2013)06—0029—07高强混凝土和预应力技术应用促进了大跨度混凝土结构发展¨，部分混凝土结构采用双向预应力来改善结构受力，达到减小结构变形目的．如大跨度预应力混凝土连续箱梁桥和刚构桥在顶板和底板设置横向和纵向预应力、腹板设

3、置竖向和纵向预应力，使得箱梁结构顶板、底板和腹板应力状态均为双轴应力状态_2；大跨度预应力混凝土渡槽设计同样会采用双向预应力．但收缩、徐变和预应力松弛，会产生截面应力重分布，使得混凝土预压应力减小，预应力筋拉应力降低，甚至会引发预应力结构工作状况劣化，导致混凝土开裂和过大变形J，因此混凝土收缩徐变试验和理论研究成为关注焦点J，并将相应计算方法列入设计规范_8]．但由于影响因素的复杂性，收缩徐变成为了大跨度预应力混凝土连续箱梁桥长期过度变形的重要原因之⋯一，多轴应力状态下的徐变不同于单轴试验结果，不能根据单轴试验结果通过

4、叠加原理拟合计算参数_1，且比通过叠加原理由单轴得到的双轴徐变值还小，在早期加载时更为明显12-13]．虽然国内外学者开展了试验和分析¨。。，但由于试验技术难度和经费等原因，仍难以系统深入开展．采用数值方法开展混凝土徐变分析是一种可行方法，其中多孔介质理论作为数值模型，可用于混凝土损伤、破坏过程和徐变等数值分析卜，D．Gawin等¨卜开展了高温条件下混凝土水化一温度和力学损伤(THM)耦合损伤行为分析，给出了混凝土损伤规律；李荣涛等将混凝土模型化为非饱和多孑L多相系统，基于含有多相流体的变形多孔介质的质量、动量和能量守

5、恒方程，建立了高温条件下混凝土的化学一热一湿一力学(CTHM)耦合模型，开展了混凝土数值模拟及破坏分析；D．Gawin等卜采用多孔介质理论和有效应力法，通过改进的微预应力固化理论，建立混凝土水化程度和徐变直接耦合新模型；陈松等采用多孔介质理论和徐变隐式算法开展了高强混凝土徐变特性分析．现有研究均侧重混凝土损伤、破坏过程和长期变形等分析，未开展不同应力状态对混凝土徐变特性影响分析．为获得双向应力状态对高强混凝土徐变发展的影响规律，有必要建立徐变数值分析方法，对应开展双轴徐变数值模拟和试验论证．收稿日期：2013—05—2

6、1基金项目：国家863计划资助项目(2007AA112106)；交通运输部西部交通建设科技项目(200631822327)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(Y411009)作者简介：唐云清(1973一)，男，四川仁寿人，高级工程师，博士研究生，主要从事}昆凝土结构性能试验与分析研究．E—mail：yqtang@nhri．cn学兔兔www.xuetutu.com30水利水运1二程学报徐变数值模拟方法1．1数值建模方法采用基于混合物理论的不可压缩多孑L介质模型和徐变隐式解法，设高强混凝土为连续均匀线弹性徐变

7、体，建立高强混凝土两相饱和多孑L介质徐变数值模型．1．1．1控制场方程在多孔介质徐变模型中，设混凝土南同相和孔隙水组成的连续均匀介质，且设固体骨架与孑L隙水不可压缩，忽略体力和孑L隙水的黏性，且不计混凝土同体骨架的分布特性及孑L隙结构的几何特征，采用固水两相间流动的摩擦阻力实现流固耦合．根据混合物理论可推得混凝土两相饱和多孑L介质模型的控制场方程式卜J：V·(+)=0(1)V·一VP—P+(∥一z2)=0(2)一VP—pr一(一zi)=0(3)式叶1：上标·表示对时间求导数；用角标表示固体骨架(=s)和孔隙水(厂)；V

8、为Nabla算符；U为OL组分位移；p“为宏观密度(P=“P，P是相应组分真实密度)；为体积分数(满足饱和约束条件+=1)；p为孔隙压力；：为同体骨架有效应力张量；OL为扩散阻力系数：Ol=()plg／kJ(4)式中：为Darcy渗透系数；g为重力加速度．1．1．2有限元控制方程用Galerkin加权残值法推导徐变有限元平衡方程，