第六章混凝土收缩徐变效应分析详解

6.1.2 混凝土收缩徐变的机理及其影响因素
混凝土收缩徐变对桥梁结构的影响： （1）结构在受压区的徐变将引起变形的增加； （2）偏压柱由于徐变使弯矩增加，增大了初始偏心，降 低其承载能力； （3）预应力混凝土构件中，徐变导致预应力损失； （4）结构构件表面，如为组合截面，徐变引起截面应力 重分布； （5）超静定结构，引起内力重分布。 （6）收缩使较厚构件的表面开裂。
大跨度桥梁设计
第6章
混凝土收缩徐变效应分析
本章的主要内容
6.1 混凝土收缩徐变的基本概念 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.3 徐变应力应变关系
6.4 基于位移法的混凝土徐变效应分析
6.5 混凝土的收缩效应
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
6.1.1 混凝土收缩徐变基本概念
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.1 徐变系数的定义
4）从时刻 开始对混凝土作用轴向单位常应力，在时 刻t产生的总应变，一般称为徐变函数Jc(t, )，徐变函数可表 示为:
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.2 徐变系数的数学表达式
国内外对混凝土徐变的分析存在不同的理论，考虑的 因素不尽相同，采用的计算模式也各不相同。 1）将徐变系数表达为一系列系数的乘积，每一个系数表 示一个影响徐变值的重要因素，如英国BS5400（1984）、 美国ACI2019（1982）等。 2）将徐变系数表达为若干个性质互异的分项系数之和， 如CEB-FIP(1978)、我国桥梁规范等。
徐变、收缩是混凝土这种粘弹性材料的基本特 性之一，它不但对桥梁结构影响大，而且持续的时 间长，且其变化过程复杂，不易把握。
徐变：指混凝土结构在长期荷载作用下，混凝土的变形随时 间增长的现象。结构徐变变形可达弹性变形的1.5~3倍以上。
收缩：指由于水泥浆的凝缩和因环境干燥所产生的干缩现象。
混凝土徐变
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.1 徐变系数的定义
混凝土的徐变大小，通常采用徐变系数(t, )来描述。目前 国际上对徐变系数有多种不同的定义。 1）线性徐变 徐变应变c与弹性应变e成线性关系，其比例系数为徐变 系数，它与持续应力的大小无关。 即：徐变系数是从加载 龄期τ 到某时刻t，徐变应变值与弹性应变值之比。
c (t , )
s ( )
E28
(t , )
CEB-FIP标准规范（1978及1990）及英国BS5400(1984) 均采用这种定义方式。 3）徐变系数的另一种定义为:
s ( ) c (t , ) (t , ) E ( )
这一定义是美国ACI209委员会报告（1982）所建议的。
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
6.1.2 混凝土收缩徐变的机理及其影响因素
收缩徐变影响因素主要包括： 1)混凝土的组成材料及配合比；
2)混凝土的龄期；
3)应力的大小和性质； 4)构件周围环境的温度、湿度、养护条件； 5)构件的截面面积 6)混凝土碳化等。
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
6.1.1 混凝土收缩徐变基本概念
徐变内力 1）两根悬臂梁
均布荷载q作用下 M根=-ql2/2，M悬臂端=0 随 t 增长，混凝土徐变发生 影响，悬臂端将发生向下的 竖向挠度△t 和转角θt； 静定结构变形不受约束，变 形不产生内力，徐变完成后 其内力图不发生变化，徐变 前后弯矩图不变。
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
6.1.2 混凝土收缩徐变的机理及其影响因素
（1）收缩机理 1）自发收缩：水泥水化作用（小） 2）干燥收缩：内部吸附水蒸发(大) 3）碳化收缩：水泥水化物与CO2反应 （2）徐变机理(ACI209, 1972) 1）在应力和吸附水层润滑的作用下，水泥胶凝体的 滑动或剪切产生的粘稠变形； 2）应力作用下，由于吸附水的渗流或层间水转动引 起的紧缩； 3）水泥胶凝体对骨架弹性变形的约束作用所引起的 滞后弹性应变； 4）局部发生微裂、结晶破坏及重新结晶与新的连结所 产生的永久变形。
徐变度：
（t, τ）= c / e c = /E
适用性：桥梁结构中，混凝土的使用应力一般不超过其 极限强度的40~50%，试验发现，当混凝土柱体应力不大于 0.5fck时，徐变变形与弹性变形之比与应力பைடு நூலகம்小无关的假定是 成立的。
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.1 徐变系数的定义
长期荷载作用下，结构在弹 性变形△e 以后，随时间增 长而持续产生的那部分变形 量△c，称为徐变变形。
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.2 徐变系数的数学表达式
徐变系数 徐变系数计算 较为复杂，与加载 龄期t0、材料性质、 构件尺寸、环境湿 度等因素相关。 04桥规中的徐变 系数计算公式见右。
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.2 徐变系数的数学表达式
规律表明，推迟混凝土加载龄期，加强混凝土保湿养护，提高 混凝土强度等级，可以减小徐变对结构的影响。
徐变应变： 单位长度的徐变变形 称为徐变应变εc 。 瞬时应变： 瞬时应变又称弹性应变εe 。
§ 6.2 徐变系数模型与徐变理论
6.2.1 徐变系数的定义
2）令时刻 开始作用于混凝土的单轴向常应力s()至时 刻t所产生的徐变应变为c(t, )，该种徐变系数采用混凝土 28d龄期的瞬时弹性应变定义，即:
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
6.1.1 混凝土收缩徐变基本概念
徐变内力 2）合龙后的固定梁
两根悬臂梁瞬时变形完成后， 将合龙段钢筋焊接，浇筑混凝 土，形成固定梁。 混凝土徐变使固定梁跨中发生 挠度△t ，由于结构对称性， 转角θt=0 原两根悬臂梁端部的转角变形 受到约束，跨中截面产生附加 弯矩Mt，固定端弯矩减小。
混凝土收缩
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念
6.1.1 混凝土收缩徐变基本概念
短柱加载至卸载的变形过 程： （1）加载时，产生瞬时弹 性应变 。 （2 ）混凝土随时间增长的 一直存在收缩应变 。 （3）长期荷载作用下，随 时间增长的附加应变，即 徐变 。
混凝土 总应变
§ 6.1 混凝土收缩徐变的基本概念