混凝土变形差的力学研究

何健辉

（广州大学土木工程学院 广东省广州市 510000）

1 前言

收缩徐变是混凝土材料本身的固有特性，混凝土的收缩主要指由于混凝土的干燥引起体积收缩，而徐变是在混凝土中应力保持不变的条件下，混凝土的应变随时间增加的现象。收缩徐变会使混凝土结构的内力和变形随时间变化而变化，预应力混凝土结构会引起预应力的降低和截面抗裂性的降低。

目前对混凝土徐变的非线性行以及长期荷载对混凝土材料性能的劣化的研究还不足，开展此方面的研究具有非常大的理论意义和实用性价值。分析混凝土在持续荷载下的力学性能、强度降低的原因；进而建立徐变与损伤耦合模型，从而解释混凝土徐变在持续高应力的非线性表现，这些研究都具有相当理论研究价值。另外，通过模型的建立，可以为更加确切的计算混凝土在长期荷载下的混凝土变形，为实际应用中混凝土的设计提供有价值的力学参数。同时研究持续荷载大小与持荷时间对混凝土长期强度的影响可以为实际评价混凝土抗裂设计，为增加其设计寿命提供参考意义同时也为混凝土结构的安全性耐久性提供参考。

2 混凝土收缩徐变的国内外研究历史与现状

混凝土的收缩徐变是一个尚未被人们充分认识古老的问题。早在20世纪初，研究者就发现了混凝土的徐变现象，但直到20世纪30年代才开始对其徐变进行系统的研究，其在实际工程中的应用较晚。通过近十年来的试验数据的积累与实践经验，研究者对混凝土收缩、徐变的认识以及它们对结构影响的分析、计算理论和方法取得了较大的进步。目前许多国家、机构提出的混凝土设计规范或徐变理论，都具体考虑了混凝土的收缩徐变效应。但是，混凝土的收缩徐变理论仍存在很大发展空间，不同国家和组织对收缩徐变机理的认识，提出的收缩徐变计算表达式仍不尽相同，不仅计算式的表达方法不一样，而且所使用的基本原理也有着很大的区别。

近些年来，随着国内外土木工程材料、力学等领域的深入研究和发展，人们对混凝土徐变效应日益关注和重视，并且在一些方面也取得了较系统的研究成果和结论，主要包括以下三个方面：

（1）混凝土材料徐变机理、性质，影响因素及其规律分析；

（2）单向荷载长期作用下混凝土构件徐变性质的试验研究；

（3）混凝土徐变效应的预测及计算分析模型。

3 混凝土徐变预测的有关问题探讨

从近些年的研究成果来看，绝大部分的模型在进行徐变系数预测时大都按照双曲函数或双曲幂函数构造，并通过试验数据和理论分析调整模型的拟合参数。然而，双曲线函数在短时间内与实测值具有较高的线性关系，并能推算最终徐变值，但利用初期实测值求得的徐变终值小于长期实测值，而双曲幂函数则正好改进了这一缺点，因而在进行徐变系数预测时被广泛采纳，如ACI-209、CEB-FIP、GL-2000模型。此外，徐变度的估算大都采用对数函数或者多项幂函数与指数函数的乘积形式的表达式，对数函数在一定年限内有着较好的线性关系，但当持荷时间无限增加时，将徐变无限地增大，与实际中不相符合。多项幂函数与指数函数乘积形式的表达式虽然形式复杂，计算麻烦，但与试验结果吻合较好，用于有限单元法计算结构应力时，不必记录前期的应力，可以节省计算机存储单元和计算工作量的同时，也能满足现代工程结构计算机应力分析的要求，具有很好的实际应用价值。

对于混凝土徐变效应的研究通常集中在两方面：一方面是通过材料及构件的中、短期试验研究混凝土徐变成因机理，并通过数据回归预测混凝土的长期变形等性质；另一方面则主要通过理论研究和仿真分析，提出混凝土长期徐变的预测表达式或模型，以及混凝土长期应力应变关系的计算方法。目前常用统一的徐变系数来计算徐变变形，国内外相继提出了各种形式的徐变系数的表达式或函数，各布特点和优劣，但至今未有一个统一公认的预测模型。

4 结论

（1）混凝土在高持续荷载下，混凝土会产生损伤，损伤越大，波速衰减越大。非线性波的非线性系数也越大。

（2）混凝土非线性系数与荷载也呈明显的相关关系，混凝土非线性系数的相对值在混凝土加载至破坏的过程中有逐渐增大的趋势。

（3）混凝土的波速与所受荷载呈现明显的相关关系，持荷越高，波速降低的也越快。

[1]高原.干湿环境下混凝土收缩与收缩应力研究[D].清华大学，2013.

[2]孙璨.钢筋混凝土结构长期徐变收缩效应研究应用[D].哈尔滨工业大学，2010.

[3]侯景鹏，袁勇，柳献.混凝土早期收缩试验方法评价[J].混凝土与水泥制品，2003（5）：1～4.

[4]尹志府.混凝土强度等级与收缩的关系[J].混凝土，1991（6）：21～23.

[5]徐涛，林皋，唐春安，等.拉伸载荷作用下混凝土蠕变-损伤破坏过程数值模拟[J].土木工程学报，2007，40（1）：28～33.

[6]张子明，周红军，殷波.基于等效时间的混凝土徐变[J].河海大学学报（自然科学版），2005，33（2）：173～176.