楊小冬 孟 江

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710068)

0 引言

近年來，國內(nèi)外眾多專家和學(xué)者對(duì)混凝土的收縮徐變進(jìn)行了大量研究工作，并且取得了一批重要的研究成果。但是預(yù)計(jì)混凝土的收縮徐變和控制混凝土的收縮徐變是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，國內(nèi)外不乏因?yàn)榛炷恋氖湛s、徐變影響結(jié)構(gòu)使用壽命，甚至造成工程事故的例子。

CEB調(diào)查了大量混凝土懸臂梁橋的變形資料，部分橋梁在建造完成8年～10年后撓度仍有明顯的增長趨勢，這些橋梁的后期撓度增長均由混凝土的收縮徐變效應(yīng)引起，所以研究混凝土收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響非常重要。一般情況下，缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，混凝土收縮應(yīng)變效應(yīng)的分析更多的依賴于已經(jīng)有的收縮徐變預(yù)測模型。

1 混凝土收縮徐變基本理論

1.1 收縮徐變機(jī)理

混凝土的收縮徐變是混凝土材料本身固有的特性，是對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算的一個(gè)非常重要的內(nèi)容。對(duì)于空間結(jié)構(gòu)橋梁工程而言，計(jì)算混凝土的收縮徐變更加重要，而且要求更高。混凝土的收縮、徐變在橋梁的使用年限內(nèi)一直存在，且收縮、徐變的大小與橋梁結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造截面組成方式以及施工方法等有密切關(guān)系。

混凝土的收縮是其在非荷載作用因素下體積變化而產(chǎn)生的變形。影響混凝土的收縮因素很多，變化幅度較大，一般難以準(zhǔn)確定量。但對(duì)于重大的大型混凝土結(jié)構(gòu)，需要對(duì)混凝土收縮變形值進(jìn)行定量分析，在條件允許的情況下，進(jìn)行混凝土試塊的短期收縮試驗(yàn)，可以推斷其收縮變形極值，如果條件不允許，則按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范提供的計(jì)算公式以及參數(shù)來進(jìn)行計(jì)算?；炷恋氖湛s大小由收縮應(yīng)變來反應(yīng)，通常采用收縮應(yīng)變終止于時(shí)間函數(shù)的乘積。

混凝土徐變是指在混凝土中應(yīng)力保持不變的情況下混凝土的應(yīng)變隨時(shí)間增長的現(xiàn)象。國內(nèi)外對(duì)混凝土徐變的計(jì)算、分析存在很多不同的理論，選取的參數(shù)和考慮的因素也大不相同。對(duì)于混凝土的徐變大小，通常采用徐變系數(shù)來描述。

1.2 影響混凝土收縮徐變的主要因素

影響混凝土收縮、徐變性能的因素很多，而且各個(gè)影響因素之間也是互相作用的。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及使用過程中所涉及的各因素都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。其主要影響因素為結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的相對(duì)濕度、混凝土成分和構(gòu)件的理論厚度等因素。而徐變的影響因素可分為內(nèi)部因素和外部因素兩類。內(nèi)部因素主要指:水泥品種、水灰比、灰漿率、骨料、外加劑等;外部因素主要指:加荷齡期、加荷應(yīng)力、持荷時(shí)間、環(huán)境溫度、濕度、試件截面尺寸和混凝土碳化程度等。

2 混凝土收縮徐變效應(yīng)主要影響因素分析

2.1 理論厚度計(jì)算模式

混凝土構(gòu)件與大氣接觸的濕周周長是影響理論厚度的重要參數(shù)。以預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)為例，根據(jù)不同的施工階段使用不同的計(jì)算模型。當(dāng)橋梁合龍后，箱梁閉合室內(nèi)的空氣相對(duì)濕度變化較小，導(dǎo)致箱梁閉合室內(nèi)表面混凝土與其所接觸空氣間的水分交換速率有所減小，因此，在計(jì)算其理論厚度時(shí)計(jì)算公式中的表面周長應(yīng)有所折減，與合龍前應(yīng)該有區(qū)別。當(dāng)橋面鋪裝層施工完后，箱梁頂板外表面與空氣間幾乎不存在水分的交換，這樣其理論厚度發(fā)生了顯著的變化，因此，對(duì)于大跨度橋梁合龍前和合龍后，所采用的理論厚度計(jì)算式見表1。

表1 箱梁理論厚度計(jì)算公式

在三種不同的理論厚度計(jì)算模式下，采用JTG D62-2004模型計(jì)算的混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)如圖1所示。

可以看出，構(gòu)件理論厚度對(duì)混凝土收縮應(yīng)變比較敏感，A模式比C模式的收縮應(yīng)變終值大30%左右;而徐變系數(shù)對(duì)構(gòu)件理論厚度敏感度較小。因而，徐變系數(shù)和收縮應(yīng)變隨構(gòu)件與大氣接觸周長增加而增大。

2.2 加荷齡期

加荷齡期是影響混凝土收縮徐變效應(yīng)的一個(gè)重要因素，對(duì)同樣截面的混凝土梁(各參數(shù)如前所述)的徐變系數(shù)和收縮應(yīng)變采用JTG D62-2004模型進(jìn)行計(jì)算，加荷齡期分別取為3 d，7 d，10 d，14 d，28 d，分析結(jié)果如圖2所示。

混凝土的收縮與水灰比、溫度、濕度、集料、水灰比、配筋等因素相關(guān)，與外荷載施加無關(guān)。而混凝土的徐變效應(yīng)隨著加荷齡期的增加而減小，當(dāng)加荷齡期由3 d增加到28 d時(shí)，混凝土徐變效應(yīng)終值減小80%左右。

2.3 相對(duì)濕度

在JTG D62-2004模型中已考慮了環(huán)境平均相對(duì)濕度的影響，對(duì)同樣截面的混凝土梁(各參數(shù)如前所述)的徐變系數(shù)和收縮應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算，相對(duì)濕度分別取為50%，60%，70%，80%，分析結(jié)果如圖3所示。

圖1 不同濕周計(jì)算模式對(duì)混凝土收縮徐變效應(yīng)影響

圖2 不同加載齡期對(duì)混凝土收縮徐變效應(yīng)影響

圖3 中可以看出，模型對(duì)環(huán)境平均相對(duì)濕度比較敏感，當(dāng)環(huán)境平均相對(duì)濕度從50%升至80%時(shí)，徐變系數(shù)減小近30%，而收縮應(yīng)變減小達(dá)50%。相比較而言，環(huán)境相對(duì)濕度變化對(duì)混凝土收縮效應(yīng)較徐變效應(yīng)更大。

圖3 不同相對(duì)濕度對(duì)混凝土收縮徐變效應(yīng)影響

3 結(jié)語

1)構(gòu)件理論厚度對(duì)混凝土收縮應(yīng)變比較敏感，而徐變系數(shù)對(duì)構(gòu)件理論厚度敏感度較小。因而，徐變系數(shù)和收縮應(yīng)變隨構(gòu)件與大氣接觸周長增加而增大。

2)混凝土的收縮與水灰比、溫度、濕度、集料、水灰比、配筋等因素相關(guān)，與外荷載施加無關(guān)。而混凝土的徐變效應(yīng)隨著加荷齡期的增加而減小，當(dāng)加荷齡期由3 d增加到28 d時(shí)，混凝土的徐變效應(yīng)終值減小80%左右。

3)收縮徐變效應(yīng)對(duì)環(huán)境平均相對(duì)濕度比較敏感，當(dāng)環(huán)境平均相對(duì)濕度從50%升至80%時(shí)，徐變系數(shù)減小近30%，而收縮應(yīng)變減小達(dá)50%。相比較而言，環(huán)境相對(duì)濕度變化對(duì)混凝土收縮效應(yīng)較徐變效應(yīng)更大。

［1］ 丁文勝，呂志濤，孟少平，等.混凝土收縮徐變預(yù)測模型的分析比較［J］.橋梁建設(shè)，2004(6):13-16.

［2］ 顏東煌，田仲初，李學(xué)文，等.混凝土橋梁收縮徐變計(jì)算的有限元方法與應(yīng)用［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2004，17(2):55-58.

［3］ 周 履，陳永春.收縮徐變［M］.北京:中國鐵道出版社，1994.

［4］ 惠榮炎，黃國興，易若冰.混凝土的徐變［M］.北京:中國鐵道出版社，1988.