混凝土變形差的力學研究

何健輝

（廣州大學土木工程學院 廣東省廣州市 510000）

1 前言

收縮徐變是混凝土材料本身的固有特性，混凝土的收縮主要指由于混凝土的干燥引起體積收縮，而徐變是在混凝土中應力保持不變的條件下，混凝土的應變隨時間增加的現象。收縮徐變會使混凝土結構的內力和變形隨時間變化而變化，預應力混凝土結構會引起預應力的降低和截面抗裂性的降低。

目前對混凝土徐變的非線性行以及長期荷載對混凝土材料性能的劣化的研究還不足，開展此方面的研究具有非常大的理論意義和實用性價值。分析混凝土在持續荷載下的力學性能、強度降低的原因；進而建立徐變與損傷耦合模型，從而解釋混凝土徐變在持續高應力的非線性表現，這些研究都具有相當理論研究價值。另外，通過模型的建立，可以為更加確切的計算混凝土在長期荷載下的混凝土變形，為實際應用中混凝土的設計提供有價值的力學參數。同時研究持續荷載大小與持荷時間對混凝土長期強度的影響可以為實際評價混凝土抗裂設計，為增加其設計壽命提供參考意義同時也為混凝土結構的安全性耐久性提供參考。

2 混凝土收縮徐變的國內外研究歷史與現狀

混凝土的收縮徐變是一個尚未被人們充分認識古老的問題。早在20世紀初，研究者就發現了混凝土的徐變現象，但直到20世紀30年代才開始對其徐變進行系統的研究，其在實際工程中的應用較晚。通過近十年來的試驗數據的積累與實踐經驗，研究者對混凝土收縮、徐變的認識以及它們對結構影響的分析、計算理論和方法取得了較大的進步。目前許多國家、機構提出的混凝土設計規范或徐變理論，都具體考慮了混凝土的收縮徐變效應。但是，混凝土的收縮徐變理論仍存在很大發展空間，不同國家和組織對收縮徐變機理的認識，提出的收縮徐變計算表達式仍不盡相同，不僅計算式的表達方法不一樣，而且所使用的基本原理也有著很大的區別。

近些年來，隨著國內外土木工程材料、力學等領域的深入研究和發展，人們對混凝土徐變效應日益關注和重視，并且在一些方面也取得了較系統的研究成果和結論，主要包括以下三個方面：

（1）混凝土材料徐變機理、性質，影響因素及其規律分析；

（2）單向荷載長期作用下混凝土構件徐變性質的試驗研究；

（3）混凝土徐變效應的預測及計算分析模型。

3 混凝土徐變預測的有關問題探討

從近些年的研究成果來看，絕大部分的模型在進行徐變系數預測時大都按照雙曲函數或雙曲冪函數構造，并通過試驗數據和理論分析調整模型的擬合參數。然而，雙曲線函數在短時間內與實測值具有較高的線性關系，并能推算最終徐變值，但利用初期實測值求得的徐變終值小于長期實測值，而雙曲冪函數則正好改進了這一缺點，因而在進行徐變系數預測時被廣泛采納，如ACI-209、CEB-FIP、GL-2000模型。此外，徐變度的估算大都采用對數函數或者多項冪函數與指數函數的乘積形式的表達式，對數函數在一定年限內有著較好的線性關系，但當持荷時間無限增加時，將徐變無限地增大，與實際中不相符合。多項冪函數與指數函數乘積形式的表達式雖然形式復雜，計算麻煩，但與試驗結果吻合較好，用于有限單元法計算結構應力時，不必記錄前期的應力，可以節省計算機存儲單元和計算工作量的同時，也能滿足現代工程結構計算機應力分析的要求，具有很好的實際應用價值。

對于混凝土徐變效應的研究通常集中在兩方面：一方面是通過材料及構件的中、短期試驗研究混凝土徐變成因機理，并通過數據回歸預測混凝土的長期變形等性質；另一方面則主要通過理論研究和仿真分析，提出混凝土長期徐變的預測表達式或模型，以及混凝土長期應力應變關系的計算方法。目前常用統一的徐變系數來計算徐變變形，國內外相繼提出了各種形式的徐變系數的表達式或函數，各布特點和優劣，但至今未有一個統一公認的預測模型。

4 結論

（1）混凝土在高持續荷載下，混凝土會產生損傷，損傷越大，波速衰減越大。非線性波的非線性系數也越大。

（2）混凝土非線性系數與荷載也呈明顯的相關關系，混凝土非線性系數的相對值在混凝土加載至破壞的過程中有逐漸增大的趨勢。

（3）混凝土的波速與所受荷載呈現明顯的相關關系，持荷越高，波速降低的也越快。

[1]高原.干濕環境下混凝土收縮與收縮應力研究[D].清華大學，2013.

[2]孫璨.鋼筋混凝土結構長期徐變收縮效應研究應用[D].哈爾濱工業大學，2010.

[3]侯景鵬，袁勇，柳獻.混凝土早期收縮試驗方法評價[J].混凝土與水泥制品，2003（5）：1～4.

[4]尹志府.混凝土強度等級與收縮的關系[J].混凝土，1991（6）：21～23.

[5]徐濤，林皋，唐春安，等.拉伸載荷作用下混凝土蠕變-損傷破壞過程數值模擬[J].土木工程學報，2007，40（1）：28～33.

[6]張子明，周紅軍，殷波.基于等效時間的混凝土徐變[J].河海大學學報（自然科學版），2005，33（2）：173～176.