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Experimental Study and Prediction Model for Concrete Creep in Ambient Environment

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Academic year: 2021

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(1) 南 交 通 大 学 学 报 西 第 6期 第50 卷 2015 年 12 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY 章编号:02582724(2015)06097708 DOI:10. 3969 / j. issn. 02582724. 2015. 06. 002 文. . . Vol. 50 No. 6 Dec. 2015. 自然环境混凝土徐变试验和预测模型研究 杨永清, 鲁薇薇, 李晓斌, 余小华 (西 南 交 通 大 学 土 木 工 程 学 院 ,四 川成 都610031). 摘 要:为 准 确 预 测 实 际 工 程 结 构 混 凝 土 徐 变 的 发展规律 ,在反映恒温 、恒湿条件下混凝土徐变性能的基准徐 鉴 .借 变 系 数 基 础 上 ,引 入 温 度 、湿 度 徐 变 系 数 ,建 立 了 预 测 实 际 环 境 温 、湿 度 条 件 下 混 凝 土 徐 变 的 组合徐变模型 徐 变 计 算 理 论 ,提 出 了 由 环 境 温 度 变 化 引 起 的 混 凝 土 附 加 徐 变 的 实 用 计 算 方 法 究 结 果 表 明 :自然环境中随时 .研 间 变 化 的 温 、湿 度 导 致 现 行 徐 变 模 型 的 预 测 结 果 与 实 际 的徐变变形存在显著差异 ,其引起的混凝土附加徐变随 季 节 更 替 而 产 生 周 期 性 增 减 交 替 变 化 ;组 合徐变模型给出的结果与试验结果最大相对偏差为6% ,与试验结果 最 为 接 近 的 现 行 徐 变 模 型 相 比 ,减 小 了7% . 变 ;徐 变 预 测 模 型 ;试 验 研 究 ;实 用 计 算 方 法 ;自 然 环 境 关键词:徐 中图分类号:U448. 33;U441. 5 文献标志码:A Experimental Study and Prediction Model for Concrete Creep in Ambient Environment. ,. ,. ,. YANG Yongqing LU Weiwei LI Xiaobin YU Xiaohua. (School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China). :In order to accurately predict structural concrete creep,utilizing the benchmark creep coefficient under constant temperature and humidity,temperature creep coefficient and moisture creep coefficient were introduced to develop the combination creep model for concrete exposed to the actual ambient environment. Based on creep theory ,a practical method to calculate additional creep caused by variable ambient temperature was provided. The results indicate that due to the time - varying ambient temperature and relative humidity ,there is a marked difference between the actual creep and model predicted creep. The additional creep is subject to seasonal cycle variation. The relative deviation between the experimental and calculated results of combination creep model is 6% ,which is reduced by 7% in contrast to the closest results by the current creep model. Key words: creep;creep prediction model;experimental research ;practical calculation method ; Abstract. ambient environment. 徐 变 是 指 在 持 续 荷 载 作 用 下 ,混 凝 土 结 构 的 变 [ ] 形 随 时 间不断增加的现象. 研究成果和大量工 程 实 践 证 明 :混 凝土徐变将增大桥梁结构变形 ,导 [ ] 致 钢 筋 与 混 凝土间应力产生重分布 ;对于预应 力 混 凝 土结构 ,混凝土徐变还会造成预应力的损 . 1. 23. 失[]. 徐 变 在 结 构 全寿命期间一直存在 ,准确把握 徐 变 发 展 规 律 ,对混凝土结构的设计 、施工和使用 对 混 凝 土 徐 变 行 为 的 研 究 工 维 护 具 有 重 要 意 义. 针 作 开 展 较 多 ,已 拥有多个徐变试验数据库 、多种徐 [ ] 变 预 测 模 型 和结构徐变效应分析方法 . 但大部 4. 56. 收稿日期:20141019 道 部 科 技 研 究 开 发 计 划 重 大 课 题 资 助 项 目 (2008G031K) 基金项目:铁 作者简介:杨 永 清 (1965 - ),男 ,教授 ,博士 ,博士生导师 ,研究方向为大跨度桥梁结构行为 、新建桥梁及既有桥梁结构评估 ,电话 : 13908049381 , Email: yangyongqingx@ 163. com 永 清 ,鲁 薇 薇 ,李 晓 斌 ,等 然 环 境 混 凝 土 徐 变 试 验 和 预 测 模 型 研 究 [J]. 西 南 交 通 大 学 学 报 ,2015,50(6):977983,1010. 引文格式:杨 . 自.

(2) 西 南 交 通 大 学 学 报 第50 卷 件 加 载 的 基 准 龄 期 .为 分 研 究 成 果局限于恒温 、恒湿条件. Sakata[]徐变 试 分 析 徐 变 试 验 时 混 凝 土 中 试 验 结 果 显 示 ,环境温 、湿度对徐变特性存在重要 存 在 与 徐 变 变 形同时发生的收缩和温度变形等非 几 十 年 来 ,国内外部分学者就混凝土处于 荷 影 响. 近 载 变 形 的 影 响 ,进 行 了 同 条 件 非 加 载 试 件 同 步 测 . Hansen 试 试 变 温 、湿 度 环 境 下 的徐变性能进行研究 ,并 用 该测试结果表征混凝土非荷载变形的发 [ ] [ ] 般 认 为 作 用 于 混 凝 土 上 单 轴 压 应 力 低 于 混 凝 验 研 究 发现 ,交变湿度将增加徐变. Bazant 就 展. 一 交 变 湿 度 对 混 凝 土 徐 变 影 响 的 分 析 结 果 表 明 ,交 变 土 强 度50% 时 ,徐 变 变 形与应力成正比 ,此时混凝 湿 度 主 要 对 干 燥 徐 变 产 生 影 响 ,在 交 变 湿 度 变 化 周 土 徐 变 为 线 性 徐 变 合 场 地 和 加 载 装 置 等 试 验 条 .结 期 和 变 化 幅 值 较 大 时 ,应 尽 量 考 虑 其 对 混 凝 土 干 燥 件 ,试验取C55 混凝土抗压强度设计值的41% 作 [ ] . 徐 变 的 影 响. Vandewalle 开展的自然环境条件下 为 徐 变 试 验 的 加 载 应 力 混 凝 土 徐 变试验研究表明 ,在试验持续1 年时间 1. 1 试验环境 内 ,交 变 湿度对总徐变和基本徐变的影响并不显 试 验 现 场 环境温 、湿度变化历程如图1 所示 . .以 著 ,而 混 凝 土 浇 筑季节对徐变影响更为明显 上 试 验 持 续3 年 多 时 间 ,环 境 温 度 在2 ~ 39 ℃ 范 围 变 研 究 成 果 绝 大 多数建立在人造温度或湿度条件的 化 ,温 度 平 均 值 为17 ℃ ;环境相对湿度在24% ~ 围 浮 动 ,平 均 环 境 相 对 湿 度 为55% . 数 据 分 析 基 础 上 ,提供定量结果很少 ,尚无计入环 83% 范 境 变 温 、湿 度 因 素影响的通用徐变模型. 我国自然   环 境 的 季 节 性 变化较为明显 ,自然环境温 、湿度条 件 对 结 构 混 凝 土 徐 变 性 能 的 影 响 不 容 忽 视. 通 过 开 展 自 然 环 境 中 混 凝 土 徐 变 试 验 研 究 ,建 立 预 测 工 程 结 构 实 际 环 境 温 、湿 度 条 件 下 混 凝 土 徐 变 发 展 规 律 的 组合徐变模型. 借鉴徐变计算理论 , ,提出了环 基 于 鲍 尔茨曼(L. Boltzman )叠加原理 境 温 度 变 化 引 起的混凝土附加徐变的实用计算方 法 ,可 以 直 接 应 用 组 合 徐 变 模 型 解 决 变 温 环 境 下 混 .  凝 土 徐 变 的 计 算 问 题 ,提 高 对 自 然 环 境 中 混 凝 土 徐 图1 试 验 现 场 环 境 温 度 和 环 境 相 对 湿 度 Fig. 1 Details of temperature and 变 发 展 规 律 的 预 测 能 力 ,从 而 能 够 更 为 准 确 分 析 混 relative humidity in ambient environments 凝 土 徐 变 对 实 际 桥 梁 结 构 行 为 影 响 的 规 律. 料与试件 1. 2 材 1 徐 变试验 试 验 用 的 混 凝 土 强 度 等级为C55,采用普通硅 梁 结 构 暴 露 于 自 然 环 境 中 ,为 准 确 把 握 结 构 酸 桥 ;骨料为中砂 盐 水 泥 ,并 掺 入10% 的Ⅰ级粉煤灰 构 件 混 凝 土 徐 变 发 展 规 律 ,试 验 在 桥 梁 分 布 广 泛 的 和 粒 径 级 配 为5 ~ 25 mm 的碎石 ;外 加 剂 采 用 高 效 亚 热 带 长 江 流 域 地 区 典 型 的 自 然 环 境 条 件 下 开 展 , 聚 每 立 方 米 混 凝 土 中 羧 酸 减 水 剂 ,其 掺 量 为1. 4% . 试 件 的 浇 筑 、养 护 和 加 载 持 荷 过 程 均 在 户 外 自 然 环 各 种 材 料 用 量 为 :水 泥445 kg、粉 煤 灰50 kg、细 骨 料 境中进行. 结合大跨径桥梁混凝土等级多为 661 kg、粗 骨 料1 090 kg、水165 kg 和 外 加 剂6. 9 kg. 平 的实际情况 ,试验选取强度等级为 试 C50 ~ C60 水 验设置3 个圆柱体徐变试件和3 个圆柱体 C55 混 .构 凝 土 为 代 表 件 尺 寸 决定了混凝土内部水 非 为600 mm. 加 载 试 件 ,圆 柱 体 外 径 为259 mm,高 分 蒸 发 速 率 和 容 纳 骨 料 粒 径 大 小 ,是 影 响 徐 变 的 外 试 件 混 凝 土 在 钢模(见图3 )中潮湿养护3 d 后脱 [ ] 部 因 素 之一. 根据桥梁结构构件与混凝土骨料 模 . ,试 验 试 件 如 图2 和 图3 所 示 尺 度 比 例 关 系 ,试验使用了较大尺寸试件 ,以获得 1. 3 加载与测试 更 为 贴 近 实 际 工程结构混凝土徐变性能的试验结 徐 变 试 验 加载装置主要由配重 、加载钢梁 、预 果. 与经典徐变模型CEBFIP (1990 )、B3 和 应 力 地 锚 、底 座 等 组 成 (见 图4). 利 用 杠杆原理 ,将 均 将 混凝土龄期为28 d 时的圆柱体抗 作用于加载钢梁上的配重增大至设计荷载 GL2000 中 压 强 度 作 为 考 虑混凝土强度对徐变影响的指标类 795. 96 kN,通 过 位 于 加 载 钢 梁 底 部 的 钢 棒 ,将设计 似 ,便 于 比 较 研 究 ,本 次 试 验 采 用 圆 柱 体 试 件 ,并 选 荷 载 以 轴 心 压 力 的 形 式 施 加 给 试 件 验 采 用 振 弦 .试 取 桥 梁 结 构 设 计 混 凝 土 标 准 龄期即28 d 作为徐变 式 . 应 变 计 ,测 量 应 变 计 所 在 点 混 凝 土 的 应 变 978. 7. 1. 8. . . . . .   . . 9. . . . . .  . . 

(3). 1.  . . . .  .

(4) 第6 期. 杨永清,等:自然环境混凝土徐变试验和预测模型研究 2 . 979. 试验结果. 混凝土力学性能 为 掌 握 试 验 用 混 凝 土 的 力 学 性 能 ,制 作6 组 边 立 方 体 试 块 和1 组 边 长 为150 mm、 长 为150 mm 的 高 为300 mm 的 棱 柱体试块 ,每组设置3 个试块 , 试 块 养 护 条 件 和 放 置 环 境 与 试 验 试 件 相 同 .图 6所 示 为 试 验 用 混 凝土的抗压强度和静弹性模量随时 间 发 展 的 规 律.. 2. 1 . 图徐 变 试 件. 2 Fig. 2 Creep specimens. . . .    .  . .  . . . . .  . . . . . . . . . 图非 加 载 试 件. 图试 验 用 混 凝 土 力 学 性 能. 3 Fig. 3 Specimens in the unloading condition. 图徐 变 试 验 加 载 装 置. 4 Fig. 4 Creep test apparatus. 如 图5 所 示 ,在试件混凝土内部 ,沿试件轴线 , 纵 向 埋 置 两 个 内置振弦式应变计. 在试验过程中 由 于 徐 变 试 件 变 形 量 值 较 大 ,故 在 徐 变 试 件 外 表 面 的 一 半 高 度 处(见图2 )增设两个对称布置纵向表 贴 振 弦 式 应 变 计 .. 6 Fig. 6 Mechanical properties of concrete. 由 图6 可 知 :试 验 用 混 凝 土 力 学 性 能 低 于 设计 标 准 中 提 供 的 标 准 养 护 条 件 下 混 凝 土 的 力 学 性 能 ; 混 凝 土 后 期 强 度 有 一 定 提 高 ,静 弹 性 模 量 未 见 明 显 发 展. 2. 2 徐 变试验结果 验 研 究 工作持续1 170 d,获得有一定统计 试 .计 规 律 的 徐 变 数 据 算 考 虑时刻t 徐变试件混凝土 应 变 测 试 值ε (t ),由施加荷载时产生瞬时弹性变 形ε (t )、徐 变 变 形ε (t,t )和非荷载变形ε (t) 组 成 ,即 : (1) t )+ ε (t). ε(t)= ε (t )+ ε (t, 试 件 混 凝 土 徐 变 系 数 t) ε (t, t )= =  (t, ε (t ) ε(t)- ε (t )- ε (t) , (2) ε (t ) 式 中 : 别为加载瞬间和持荷过程中 ε (t )和 ε(t )分 徐 变 试 件 的 测 试 平 均 值 ; 3个 非 加 载 试 件 的 测 试 平 均 值 得 到 3个 . ε (t)由 [ ] 本次试验与CEBFIP (1990 ) 、ACI209 (1992)[ ]、B3 [ ]和GL2000 [ ]徐变预测模型对 比 结 果 如 图7 和 表1 所 示 变 模 型 中 计 算 参 数按 .徐 本 次 试 验 条 件 取 值 .其 中 ,混 凝 土 加 载 龄 期 为28 d, e. o. e. o. c. o. c. o. c. test. cn. o. o. e. e. o. e. e. cn. o. cn. o. o. cn. 10. 11. 图内 置 振 弦 式 应 变 计 布 置. 5 Fig. 5 Location of embedded vibrating wire sensors. 1214. 15.

(5) 西 南 交 通 大 学 学 报 第50 卷 平均环境相对湿度为55% ,混凝土强度为 替 变 化. 弹 性 模 量 为29. 96 GPa,混凝土空气含 51. 60 MPa, 表1 试验徐变系数与模型计算徐变系数 量 为3. 2% ;水泥类型等材料性能参数 、试件的尺 Tab. 1 Experimental and calculated values of creep coefficients . 寸 和 形 状 参 数 详 见 文 中1. 2 部 分 内 容 980.    .      .   . 完 成 完 成 持 荷 例/ % (t,t )比 例/ % 时 间/ d  (t,t )比.

(6).   . test.   .   . . .  

(7) . . 完 成 比 例/ %. 60. 1. 05. 51. 1. 17. 58. 1. 26. 62. 100. 1. 30. 64. 1. 33. 66. 1. 43. 70. 200. 1. 79. 88. 1. 56. 78. 1. 65. 81. 362. 1. 76. 86. 1. 74. 87. 1. 81. 89. 548. 2. 01. 99. 1. 85. 92. 1. 91. 94. 720. 1. 97. 97. 1. 92. 96. 1. 96. 96. 886. 2. 11. 103. 1. 96. 98. 2. 00. 98. 1 170. 2. 04. 100. 2. 01. 100. 2. 05. 100. . .  

(8) .  . . . . . . . . . 图7 试 验 与 徐 变 预 测 模 型 对 比 结 果. 3 . Fig. 7 Comparison of experiments and creep prediction models test. o. t. o. test. t. o. test. o. o. t. o. test. o. o. t. o. o. test. o. o. test. o. test. o. o. test. o. test. test. o. test. 组合徐变模型. 现 行徐变模型系统考虑了材料性能 、构件尺 寸 、养 护 方 法 、加 载 龄 期 、加 荷 应 力 及 持 荷 时 间 等 因 .部 素 对 混 凝 土 徐 变的影响 分研究提供特定变温 、 .在 变 湿 环 境 下 混 凝 土 徐 变 的 定 性 和 量 化 结 果 上 述 研 究 成 果基础上 ,通过引入基准徐变系数表征恒 温 、恒 湿 条 件 下 混凝土徐变随时间发展的规律 ;引 入 温 度 徐 变 系 数表征实际环境温度条件与恒温条 件 差 异 引 起 的 混 凝 土 附 加 徐 变 随 时 间 发 展 规 律 ;引 入 湿 度 徐 变 系 数表征实际环境湿度条件与恒湿条 件 差 异 引 起 的 混 凝 土 附 加 徐 变 随 时 间 发 展 规 律. 通 过 基 准 徐 变 系 数 、温 度 徐 变 系 数 和 湿 度 徐 变 系 数 的 叠 加 ,建 立 了 预 测工程结构所处实际环境温 、湿度 条 件 下 混 凝 土 徐 变 发 展 规 律 的 组 合 徐 变 模 型 : t, t, Y , (t, ΔY , Δθ)= (t, θ )+ (t, Y + t , ) ( , ) , (3) Δ θ  Δθ 基 准 徐 变 系 数 ; 式 中 :(t,t ,Y ,θ )为 湿 度 徐 变 系 数 ; (t, ΔY , θ )为 . 温 度 徐 变 系 数 (t, Δθ)为 混 凝 土 加 载 龄 期 ,d ; t 为 计 算 考 虑 时 刻 的 混 凝 土 龄 期 ,d; t为 Y 为 平均环境相对湿度 ,介40% < Y ≤ 100% 之 间 ; 环 境 相 对 湿度与恒定的平均环境相对 ΔY 为 湿 度 间 相 对 湿 度 差 ; 20 ℃ 为 恒 温 ; θ . 环 境 温 度 与 恒 温20 ℃ 间 温 度 差 Δθ 为 准徐变系数 3. 1 基 基 准 徐 变 系 数 考 虑 除 环 境 变 温 、变 湿 因 素 外 其 . 由 图7 可 以 看出 ,在持荷的初期 (t,t )发 展 较 快 ,持 荷200 d 后 发展趋于平缓 ,持荷1 170 d 时 仍 略 有 增长 ;ACI209 (1992 )模型的计算值v 和 CEBFIP(1990 )模 型计算值 (t,t )与 (t,t ) 最 为 接 近 模 型 计 算 结 果 与 本 次 试 验 结 果 差 异 主 .两 要 表 现 为 : (1)在 持荷的初期 , (t,t )的增长速率比 v 和 t )都 低 ;持荷前60 d 时 , (t,t )< v , (t, t )< (t, t );  (t, , (2 ) v 和 (t,t )随时间增长而增大 t )随 时 间 推 移 呈 周 期 性 起 伏 变 化 ;  (t, (3) (t,t )与 (t,t )的差值在- 0. 25 ~ 围内发生变化 ,max (  (t,t ) - 0. 24 范 t ) )/  (1 170 , t )= 12% ; (t,t )与 v (t, 差 值 介 于- 0. 27 ~ 0. 15 之间 ,max (  (t,t )- 中 , (1 170,t ) v )/  (1 170 , t )= 13% . 其 为 试件混凝土持荷1 170 d 时的徐变系数(见 表1). 自 然 环 境 中 随 时 间 不 断 变 化 的 温 、湿 度 是 导 致 以 上 差 异 产 生 的 主 要 原 因 .对 于 自 然 环 境 中 的 混 凝 土 试 件 ,其 徐 变 行 为 除 受 到 现 行 徐 变 模 型 计 入 因 素 .实 的 影 响 外 ,还 受 环 境 变 温 、变 湿 因 素 的 影 响 际 环 境 温 、湿 度 条 件 与 恒 温 、恒 湿 条 件 间 的 差 异 ,使 混 凝 .同 土 产 生 附 加 徐 变 时 ,由 于 自 然 环 境 温 、湿 度 条 件 与 恒 温 、恒 湿 条件间的差异在各个季节表现不同 , 其 引 起 的 附 加 徐变将随季节更替而周期性增减交 t. vt. . . test. o.   . . test. o. t. o. o. o. RH. o. RH. o. RH. 0. RH. 0. RH. 0. 0. o. RH. RH. 0. RH.

(9) 第6 期 杨永清,等:自然环境混凝土徐变试验和预测模型研究 981 .结 .目 他 主 要 因 素 对 混 凝 土 徐 变 性 能 的 影 响 合 现 行 徐 间 的 温度差Δθ 对混凝土徐变的影响 前针对混 变 模 型 实 际 ,基 准 徐 变 系 数 中 恒 温 即 为 常 温20 ℃ , 凝 土 处 于 变 温 环境下的徐变性能研究工作开展较 .基 恒 湿 即 为 恒 定 的 平 均 环 境 相 对 湿 度 准 徐 变 系 数 少. 基 于 本 次 徐 变试验 ,就温度徐变系数量化结果 . 可 由 试 验 室 条 件 下 徐 变 试 验 得 到 ,不 具 备 试 验 条 件 进 行 研 究 依 照 式 (3),采 用组合徐变模型表达的试件混 . 时 ,可 通 过 既 有 徐 变 模 型 确 定 土 徐 变 系 数 为 根 据试验与4 个徐变预测模型的对比分析结 凝 果 (见 图7 ),同时考虑我国采用徐变预测模型与  (t,t )= (t,t ,Y ,θ )+ CEBFIP 系 列 模 型 基 本 相 同 的 实 际 ,本 文 分 析 中 基  (t,ΔY ,θ )+  (t,Δθ). (5) 型 确 定 . 准 徐 变 系 数 由CEBFIP(1990)模 式 (5 )中基准徐变系数 (t,t ,Y ,θ )由 度徐变系数 3. 2 湿 型 确 定 ;根据文中3. 2 部分分析 CEBFIP(1990 )模 果 ,试 验 湿 度 徐 变 系 数 (t,ΔY ,θ )= 0. 度 徐变系数反映实际环境相对湿度与Y 结 湿 因 此 ,可 由 式 (5)推 得 试 验 温 度 徐 变 系 数 为 间 相 对 湿 度 差ΔY 对 混 凝 土 徐 变 的 影 响 . Sakata [ ] (6) 试 验 研 究 结 果 表明 ,ΔY 对徐变影响似乎很小 ,不  (t,Δθ)=  (t,t )- (t,t ). 根 据式(6 )得到 (t,Δθ)发展规律曲线如 计ΔY 对混凝土徐变影响是可行的 . Bazant [ ]理 示 , (t,Δθ)量值介于- 0. 25 ~ 0. 24 之 论 分 析 表 明 ,当 环 境湿度交替变化周期T 较短 、混 图8 所 ,max(  (t,Δθ) /  (t,t ))= 16% . 凝 土 构 件 截 面 厚 度D 较 厚 或 环 境 湿 度 变 化 幅 值Δ 间 据 文 献 [1],爱 莎 (O. Ishai)假 说 可 以解释温 较 小 时 ,ΔY 对混凝土徐变影响可忽略不计 ,反 根 对 徐 变 的 影 响 此 ,本 文 就 (t,Δθ)和Δθ 对 .为 混 凝土徐变的影响 .当 度 之 ,则 要 尽 可 能 考 虑ΔY 对 关 系 与O. Ishai 假 说 进 行 比 较 分 析 (见 图9). 环 境 相 对 湿 度 按 对 称 矩 形 周 期 变 化 时 ,干 燥 徐 变 量 照 [ ] 修 正 系 数κ 为 D , (4) κ = 1 + κ (Δ ) D + 0. 5D 式 中 : D 为 6C T; 渗 透 深 度 ,D ≌ 槡 混 凝 土 初 始 暴 露 于大气时的干燥扩散系 C 为 数 ,其 值 可 由 干 燥试验或收缩试验得到 ,没有相应 值 ; 测 试 数 据 时 ,可 按C = 0. 1 cm / d 取 环 境 相对湿度h 变化幅值的经验函 κ (Δ )为  , 数 式 ,κ = 2. 5Δ (1 - e ( ) )(1 - e ),其中 图8 变 温 因 素 对 徐 变 影 响 规 律 t - t′为 荷 载 持 续 时 间 ,d. Fig. 8 Effect of temperature variations on creep 将 试 验 现 场环境相对湿度变化曲线(见图1 )  沿 时 间 轴 进 行 划 分 ,使 划 分 的 各 区 段 内 环 境 相 对 湿 度 尽 量 按 对 称 矩 形 周 期 变化 ,按照公式(4 )即可得 到 本 次 试 验 条 件 下 干 燥徐变量修正系数κ . 计算 得 到κ 的平均值为0. 99,表明ΔY 对本次试验 于 .鉴 试 件 混 凝 土 徐 变行为影响很小 ,可忽略不计 本 次 试 验 结 果 不足以研究环境变湿度对混凝土徐 变 的 影 响 ,本 文 未 对 湿 度 徐 变 系 数 定 量 方 法 进 行 深 入 的 探 讨 ,而 需 要开展进一步试验研究工作. 当不 具 备 试 验 条 件 时 ,可 按 上述方法参考文献[8 ]计算 . 湿 度 徐 变 系 数     度徐变系数 3. 3 温 图9  (t,Δθ)与Δθ 的 关 系 度 徐 变 系 数 反 映 实 际 环 境 温 度 与 恒 温20 ℃ 温 Fig. 9 Relationship between  (t, Δθ)and Δθ test. o. test. o. RH. RH. 0. 0. test. o. RH. test. RH. RH. 0. 0. 7. RH. test. RH. test. o. 8. o. test. RH. test. test. h. test. o. RH. test. RH. 8. . p. 1.  . h. p. φ. p. p. . . 1.

(10)  . . φ. . φ.  .

(11)  . . .

(12) . . ∆θ. . 1.  . 2. . 1. . 1. . . . . h. - t - t′ / 10. 1. . . . - T/ 5. h. . . . . . . . . . . ∆θ. test. φ. . ∆θ.

(13) . . . . . . φ. ∆θ. RH. . . test. ∆θ. . . . . . . . .  . . .

(14). . . . . test. test.

(15) 西 南 交 通 大 学 学 报 第50 卷 度 徐 变 系 数 的 总 和 ,即 : 分 析 结 果 表 明 : (t,Δθ)随Δθ 正 向增加(负 温 向 增 加 )而 增大(减小),与O. Ishai 假说中温度升 高 (降 低 )则徐变增大(减小)规律一致 ;持荷初期 (t,Δθ) = β ∑ [ Δθ ∑ Δt ] , (7) 负 值 ,表 明此时段内试验徐变系数低  (t, Δθ)为 t Δ ∑ 于 基 准 徐 变 系 数 ,这 与 试 验 初 始 阶 段 环 境 温 度 低 于 中 :β = 0. 04,表示单位温差变化所导致的温度 吻 合 ;开 始 持 荷 后 ,徐 变 试 件 经 历 环 境 式 恒 温20 ℃ 相 变 系 数 变 化 ,1 / ℃ ; 温 度 以 单 调 升 高 为 主 的 变温过程 , (t,Δθ)呈现 徐 出 较 大 幅 度 增 长 ,此 后 试 件 混 凝 土 经 历 两 次 环 境 温 ∑ Δt 表 示Δθ 变 化 历 程 总 持 续 时 间 ,d; 度 升 降 交 替 变 化 过 程 , (t,Δθ)虽然在降温过程 中 随 温 度 降 低 而 有 所 减 小 ,但 减 少 的 温 度 徐 变 系 数 ∑ Δt 表 示Δθ 参 与 作 用 时 长 ,d. 远 小 于 初 始 升 温 过 程 中 产 生 的 温 度 徐 变 系 数 ,体 现 应用组合徐变模型计算变温环境中混凝土徐 出O. Ishai 假说中温度升高可增加混凝土不可恢 变 ,可 将 公 式 (3)转 化 为 如 下 形 式 : 上对比分析结果说明 ,温度徐变 时 .以 复 徐 变 的 规 律 (8) t, t, Y , (t, Δθ)= (t, θ )+ (t, Δθ), 系 数 可 以 较为准确地反映Δθ 对混凝土徐变的影 式 中 :(t,t ,Δθ)为 计 入 环 境 温 度 影 响 的混凝土徐 . 响 规 律 . 变 系 数 为 检验实用计算方法 ,将应用该方法得到的 4 温 度徐变系数实用计算方法 试 验 结 果 (t,t )和CEBFIP(1990) 立 温 度 徐 变 系 数 的 实 用 计 算 方 法 ,便 可 直 接 (t,t ,Δθ)与 建 型 计 算 结 果(t,t )进行对比分析 ,对比结果详 应 用 组 合 徐 变 模型解决变温环境下混凝土徐变的 模 见 表2 和图10.  (t,t ,Δθ)与 (t,t )相比 ,在总 计 算 问 题. 发 展 规 律 和 量 值 上 均 能 更 好 地 贴 近 试 验 结 果 ;由 借 鉴徐变计算理论[],将环境温度与恒温 体 , (t,t ,Δθ )与 (t,t )的差值在 20 ℃ 间 温 度 差Δθ 变化历程考虑为作用在混凝土 表2 可知 围内变化 ,最大相对偏差为6% , .基 上 随 时 间 变 化作用效应 于L. Boltzman 叠加原 - 0. 10 ~ 0. 11范 理 ,在总持续时间Δθ 变化历程作用下的混凝土温 同CEBFIP(1990)模型与试验结果最大相对偏差 比 ,减 少 了7% . 度 徐 变 系 数 为 各 时 段Δt 内Δθ 的增量Δθ 引起的 13% 相 982. test. n -1. n. T. i. i =1. j. j = i +1. n -1. test. i. i =1. T. test. n -1. i. i =1. test. n. j. i. j = i +1. o. o. RH. 0. o. o. test. o. o. o. o. 1. o. i. test. o. i. 表 徐变系数对比结果. 2 Tab. 2 Comparison of the calculated creep coefficients by combination creep model and CEBFIP 1990 model. (, ) (, , ). 持 荷 时 间/ d.  test t t o -  t t o Δθ.  test t t o -  t t o Δθ /%  test t t o. (, ) (, , ) (, ).  test t t o -  t to. 60. 0. 02. 1. - 0. 13. 13. 100. 0. 01. 1. - 0. 03. 2. 200. 0. 07. 4. 0. 24. 13. 294. - 0. 10. 6. 0. 08. 5. 360. - 0. 03. 2. 0. 04. 2. 720. 0. 00. 0. 0. 04. 2. 920. 0. 11. 5. 0. 17. 8. 1 084. 0. 00. 0. 0. 04. 2. 从 图10 可以看出 ,(t,t ,Δθ)与 (t,t )在 .差 持 荷 后 期 表 现 出一定差异 异产生主要原因为 : 环 境 温 度 变 化 导 致 混 凝 土 内 部 温 度 状 态 改 变 ,需 要 由 外 (内 )至内(外)的温度转移过程实现 ;温度变 化 量 累 积 到 一 定 程 度 ,才 会 对 混 凝 土 徐 变 形 成 明 显 . o. test. o. (, ) (, ). ( ) (t,t )- (t,t )/ % t )  (t,.  test. o. o. test. o. 境 温 度在较短时间间隔内升降更替 ,阻 的 影 响. 环 碍 温 度 转 移 和 温 度 变 化 量 积 累 过 程 ,延 缓 和 削 弱 温 度 变 化 对 混 凝 土 徐 变 的 影 响. 同 时 存 在 环 境 相 对 湿 度 、水 泥 浆 体 的 物 理 变 化 和 收 缩 等 其 他 影 响 因 素 间 的 耦 合 作 用 ,使 环 境 温 度 变 化 对 于 混 凝 土 徐 变 的 影.

(16) 第6 期 杨永清,等:自然环境混凝土徐变试验和预测模型研究 983 响 存 在 滞 后 和 局 部 不 协 调 现 象 ,这 对 于 由 实 用 计 算 土 徐 变 的 影 响 存 在 滞 后 和 局 部 不 协 调 的 问 题 ,实 用 方 法 得 到 的 短 期变温条件下温度徐变系数的计算 计 算 方 法 对 短 期变温环境下混凝土温度徐变系数 精 度 会 产 生 一 定 影 响 ,但 对 于 季 节 总 体 趋 势 变 温 条 的 于 变 温 、 计 算 能 力 ,需 要 进 一 步 研 究 加 以 验 证. 对 件 下 温 度 徐 变 系 数 计 算 精 度 的 影 响 较 小 ,可 以 满 足 变 湿 因 素 与 其 他影响混凝土徐变的因素间耦合作 工 程 要 求. 用 和 湿 度 徐 变 系 数 定 量 方 法 ,需 要 进 行 进 一 步 试 验 研 究 和 理 论 分 析. 参考文献: . . . . [1] 黄国兴 ,惠荣炎 ,王秀军 凝土徐变与收缩[M ]. . 混 北 京 :中 国 电 力 出 版 社 ,2011:1118. [2] MARU S, ASFAW M, NAGPAL A K. Consistent.  .

(17) . . . procedure for creep and shrinkage effects in RC.  . .

(18) . . . . . . 图10 试 验 结 果 与 组 合 徐 变 模 型 和 CEBFIP(1990 )模 型 预 测 结 果 比 较 Fig. 10 Comparison of experimental results with the calculated ones by combination creep model and CEBFIP 1990 model. ( ). 5 . 结 论. 通 过 本 文 开展的混凝土徐变试验研究得出如 下 结 论 : (1)自 然 环 境中随时间不断变化的温度和湿 度 ,导 致 现 行 徐 变 模 型 的 预 测 结 果 与 实 际 的 徐 变 变 形 存 在 显 著 差 异. 由于自然环境中温度 、湿度具有 季 节 性 变 化 的 特 点 ,由 其 引 起 的 混 凝 土 附 加 徐 变 将 随 季 节 更 替 而 周 期 性 增 减 交 替 变 化. 准 确 把 握 混 凝 土 徐 变 对 桥 梁 结 构 行 为 的 影 响 规 律 ,应 考 虑 环 境 温 度 、湿 度 对 混 凝 土 徐 变 的 影 响 . (2)同 现 行 徐 变 模型相比 ,本文提出的组合徐 变 模 型 通 过 计 入变温 、变湿因素的影响 ,提高对结 构 混 凝 土 徐 变 的 预 测 精 度 ,使 应 用 该 徐 变 模 型 得 到 的 桥 梁 结 构 徐 变效应分析结果能够更为贴近工程 实 际. 但 需 要 明 确的是 ,组合徐变模型的预测能力 依 赖 于 确 定 基 准徐变系数所采用的徐变试验数据 或 所 选 择 的 既 有 徐 变 模 型 ,组 合 徐 变 模 型 对 数 据 要 求 比 现 行 徐 变 模 型 要 高. (3)使 用 本 文建立的实用计算方法组合徐变 模 型 得 出 的结果与试验结果和CEBFIP (1990 )模 型 计 算 结 果 的 对 比 分 析 表 明 ,实 用 计 算 方 法 对 季 节 总 体 趋 势 变 温 环境下混凝土温度徐变系数的计算 精 度 可 以 满 足 工 程 要 求. 由 于 自 然 环 境 温 度 对 混 凝 . [] ,2001, 127 (7 ):726732. [3] 李 传 习 ,夏 桂 云 跨 度 桥 梁 结构计算理论[M]. 北 . 大 京 :人 民 交 通 出 版 社 ,2002:520. [4] 邹 立 群 凝 土收缩徐变引起大跨度连续刚构桥长 . 混 期 下 挠 分 析 [D]. 北 京 :北 京 交 通 大 学 ,2010. . 连 [5] 徐 锦 续 梁 桥的混凝土收缩徐变试验研究及效应 分 析 [D]. 重 庆 :重 庆 交 通 大 学 ,2008. . 大 [6] 汪 剑 ,方 志 跨 预 应 力 混 凝 土 箱 梁 桥 收 缩 徐 变 效 应 测 试 与 分 析[J ]. 土木工程学报 ,2008,41 (1 ):70 frames J . Journal of Structural Engineering. . 81. WANG. Jian. , FANG. Zhi.. Analysis. and. field. measurement of concrete box girder bridges for shrinkage. [] , ( ):7081. [7] SAKATA K,AYANO T.. and creep effects J . China Civil Engineering Journal. ,. 2008 41 1. Effect of ambient temperature. []. and humidity on creep and shrinkage of concrete C ∥ Adam Neville Symposium. : Creep. and Shrinkage. :. Structural Design Effects. Farmington Hills American. , :. Concrete Institute 2000 215235.. [8] BAZANT Z P, WANG T. S. Practical prediction of. cyclic humidity effect in creep and shrinkage of. []. , , ( ):. concrete J . Materials and Structures 1985 18 4 247252.. [9] VANDEWALLE L.. Concrete creep and shrinkage at. []. cyclic ambient conditions J .. , ,:. Cement & Concrete. Composites 2000 22 201208.. [10] COMITE. EUROINTERNATIONAL. DU. BETON.. : Design Code[S]. London:Thomas Telford Services Ltd. ,1993 :5357.. CEBFIP Model Code 1990. [11] ACI COMMITTEE 209. ACI 209R92 prediction of creep,shrinkage and temperature effects in concrete structures[S]. Farmington Hills:American Concrete Institute,1997 :39.. (下转第1010 页).

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参照

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