混凝土收缩徐变对结构的影响

曾树佳，刘春花，陈 明

（1.广州建筑股份有限公司，广东 广州；2.广州一建建设集团有限公司，广东 广州）

随着我国经济的蓬勃发展，现如今我国大部分的房屋建筑采取混凝土结构。在结构施工过程中，建筑整体施工荷载、质量、几何形体都在随着时间不断的变化[1-2]，这种变化累积会导致竖向变形差逐渐增大[3]，从而产生较大的附加弯矩，影响构件的安装与使用，降低了结构的施工质量同时增大了结构分析的难度[4]。

传统混凝土结构设计整体分析时一般是一次成型的，在计算过程中未考虑结构补偿措施。结构构件在混凝土时变特性的影响下[5]，导致结构在不同施工阶段存在差异，在模拟分析时，要考虑结构的时变效应[6]。林其涛等[7]以某高层为研究对象，采取精准模拟法进行施工过程模拟分析，结果显示考虑收缩徐变分析与实测值复合较好；尹伟康等[8]以某超高层为研究对象，研究了结构在重力荷载长期作用下，混凝土收缩徐变对结构体系水平变形影响较小，对结构竖向变形影响较大，竖向变形最大值在中上部楼层。赵建[9]等以某超高层巨型混合结构为研究对象，分析了混凝土弹性模量发展对结构竖向变形的影响，结果显示混凝土收缩徐变对超高层结构的变形及内力影响较大。

为了使模拟分析更加的精确，本研究采取CEB-FIP（1990）[10]规范中的混凝土收缩徐变模型[11]，分别用一次加载法和精准模拟施工法对结构各个施工阶段进行模拟分析，使用生死单元技术一步一步激活”生死单元”，同时激活施工步骤对应的施工阶段荷载，并根据结果进行对比分析。

1 模拟分析方法

1.1 CEB-FIP（1990）徐变模型

根据规范CEB-FIP（1990）模型规定，徐变模型采取滞后弹性变形和塑性变形相加的徐变系数表达式。混凝土徐变系数的计算公式为：

混凝土徐变系数为：

图1 混凝土徐变系数模型

1.2 收缩应变（CEB-FIP 1990 模型）

根据规范CEB-FIP（1990）规定。素混凝土构件在未加载情况下的平均收缩（或膨胀）应变的计算式为：

式中：t 和ts为混凝土的龄期和开始收缩（或膨胀）时的龄期和天；Ac为构件的横截面面积，mm2；u 为与大气接触的截面周界长度，mm。混凝土收缩应变模型见图2。

图2 混凝土收缩应变模型

1.3 一次加载法和精准模拟施工法

根据结构的加载分析方式，结构施工模拟分析方法分为一次加载法和精准模拟施工法。一次加载法就是通过整体全部加荷载获得各个施工阶段变形响应之和。精准模拟施工法就是层数不断的增加，结构组、荷载组、边界组不断变化，每一个施工阶段结束后即对结构刚度矩阵进行重组，对结构变形进行补偿，仅反映某一阶段的变形情况。

2 工程概况

本工程某学校综合体育馆共五层，其中地上四层，地下一层，楼层标高18.6 m，混凝土等级采取C40，屋盖造型采用钢管桁架结构。本结构设计安全等级为二级，设计使用年限为50 年，地震设防烈度为7度，按中震弹性设计，水平地震影响系数最大值0.23，场地土类别为Ⅲ类，结构抗震设防类别为重点设防类(乙类)。基本风压（重现期100 年）:0.50 kN/m2，基本雪压（重现期100 年）：0.30 kN/m2，取雪荷载和活荷载中的大值。模型见图3。

图3 结构模型

3 模型建模

3.1 模型建立

模型梁板柱单元主要通过CAD 三维模型导入Midas/gen，并赋予结构单元、尺寸、材料和边界特性。

3.2 结构施工阶段划分

根据结构特点，模拟分析采取10 天一层，根据模型划分结果，CS1 至CS5 各施工阶段模型见图4。

图4 CS1 至CS5 施工阶段结构模型

4 施工模拟结果对比分析

模型在一次加载法和精准模拟施工法分别作用下的结构变形见图5、图6。其中图中包含徐变、弹性收缩、收缩、总变形四种变形。一次加载法变形见图5。精准模拟施工法见图6。

图5 一次加载法变形

图6 精准模拟施工法

从图5 可以看出变形呈逐渐增长的趋势，从图6中可以看出每个施工阶段变形呈现“中间大、两头小”的规律。

根据两种计算方法得到结构数据进行分析对比，见表1。

表1 模型结果对比

从表1 可以得出一次加载法峰值均在顶层，精准模拟施工法均在第2 层；一次加载法徐变、收缩、总变形均大于精准模拟施工法，并且变形值将近是精准模拟施工法的2倍。

结束语

根据CEBFIP 1990 模型，通过采取一次加载法和精准模拟施工法对结构进行模拟分析，结构表明：混凝土收缩徐变对施工过程中结构变形会有影响；采取精准模拟施工法最大竖向总变形值呈现“中间大、两头小”的规律，应该加强中间楼层变形的控制。