大跨径桥梁施工中混凝土的徐变收缩及其影响因素

大跨径桥梁施工中混凝土的徐变收缩及其影响因素

摘要：徐变是当荷载作用在混凝土构件上，试件首先发生瞬时弹性变形，随后，随时间缓慢地进一步增加变形。这种缓慢增加的变形称为混凝土的徐变变形。收缩是在无荷载情况下，混凝土构件发生随时间缓慢变形，这种变形称为混凝土的收缩变形。它们对大跨径桥梁有着重要影响，因此，本文对它们进行研究的同时，也着重对其影响因素作出分析。

关键词：大跨径桥梁施工；徐变；收缩；影响因素

在实际混凝土结构中，徐变、收缩与温度应变是混杂在一起的.从实测的应变中，应扣除温度应变和收缩应变，才能得到徐变应变。在分析计算中温度应力与温度应变往往单独考虑。而徐变与收缩则可在一起考虑。

混凝土的徐变，通常采用徐变系数 来描述。目前国际上对徐变系数有两种不同的定义。如在时刻 开始作用于混凝土的单轴向常应力 至时刻t所产生的徐变应变为 ，第一种徐变系数采用混凝土在28天时的瞬时弹性应变定义，即 。采用这种定义的是CEB一FIP标准规范(1990年版)及英国标准BS5400第四部分(1984年版)。徐变系数的另一种定义可表示为 ,这一定义是由美国ACI209委员会报告所建议的(1982年版)。在该建议中，混凝土的标准加载龄期 ，对于潮湿养护的混凝土为7天，对于蒸汽养护的混凝土为1-3天。

从时刻 开始对混凝土作用单轴向单位应力，在时刻t所产生的总应变通常定义为徐变函数 。对于上述两种徐变系数的定义方法，徐变函数可分别表示为 与 。

混凝土的收缩是混凝土凝固由于所含水分的蒸发及其它物理化学的原因(但不是由于应力的原因)产生的体积的缩小。与收缩相反的是混凝土凝固因含水量的增加也导致其体积的增加。混凝土的收缩应变，一般表达为 的函数形式。混凝土收缩应变终值的预计，主要依据环境条件、混凝土成分及构件尺寸。DIN4227指南、CFB-FIP建议、ACI209委员会建议及BS5400规范都有相应计算方法。

混凝土的徐变、收缩对桥梁结构的影响表现在:

(l)在钢筋混凝土、预应力混凝土等配筋构件中，随时间而变化的混凝土徐变、收缩受到内部配筋的约束将导致内力的重分布。预应力损失实际上也是预应力混凝土构件内力重分布的一种。

(2)预制的混凝土梁或钢梁与就地灌筑的混凝土板组成的结合梁，将由于预制部件与现场浇筑部件之间不同的徐变、收缩值而导致内力的重分布。同样，梁体的各组成部分具有不同的徐变、收缩特性者亦将由于变形不同、相互制约而引起内力或应力的变化。

(3)分阶段施工的混凝土超静定结构，如连续梁、刚架、斜拉桥、拱桥等，

在施工过程中发生体系转换时，从前期结构继承下来的应力状态所产生的徐变受到后期结构的约束，从而导致结构内力与支点反力的重分布。

(4)外加强迫变形如支座沉降或支座标高调整所产生的约束内力，也将在混凝土徐变的过程中发生变化，部分约束内力将逐渐释放。

(5)徐变对细长混凝土压杆会产生的附加挠度。

混凝土的徐变、收缩及其对结构性能影响的预计和控制，是十分复杂又难以获得精确答案的问题。正如美国混凝土学会第209委员会1982年的报告所指出的那样，几乎所有影响徐变、收缩的因素，连同它们所产生的结果本身就是随机变量，它们的变异系数最好也要达到巧15%-20%左右。因此，对于一些特别重要的工程，应该通过模型试验或实物测量的方法来校核计算中所用的参数，以提高计算结果与实际接近的程度。

混凝土徐变是在应力作用下产生的，而混凝土收缩的产生则与应力无关。徐变、收缩虽各有自身的特点，但它们都可以与混凝土内水化水泥浆的特性联系起来。化学成分截然不同的水泥制造的混凝土，所反映的徐变、收缩性能并没有本质上的差异，这说明徐变、收缩的机理在于混凝土水化水泥浆的物理结构，而不在于水泥的化学性质。

1.混凝土收缩的原因及机理:自发收缩,这是在没有水分转移下的收缩，其原因是水泥水化物的体积小于参与水化反应的水泥和体积，因此是一种水化反应所产生的固有收缩，这种收缩的量值较小；干燥收缩，这是混凝土内部吸附水的消失而产生的收缩，也是混凝土收缩应变的主要部分；碳化收缩，这是由混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应而产生，碳化收缩是不久以前才发现的现象。

2.混凝土徐变的原因和机理

关于混凝土徐变机理的各种理论和假设，迄今为止还没有一种能被广泛接受。美国混凝土学会209委员会在1972年的报告中将徐变的主要机理分为:在应力和吸附水层的润滑作用下，水泥胶浆体的滑动或剪切所产生的水泥石的粘稠变形；在应力作用下，由于吸附水的渗流或层间水转移而导到的紧缩；在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变形；由于局部发生微裂及结晶破坏以及重新结晶与新的联结而产生的永久变形。

3.影响混凝土徐变与收缩的因素

根据混凝土徐变、收缩的机理及原因，影响混凝土徐变与收缩的因素是与荷载条件无关的部分，但对混凝土徐变与收缩均有影响的因素，其作用不尽相同。

对于混凝土徐变，另一项重要的影响因素就是荷载条件。在徐变试验中施加于构件的应力一般取低于混凝土强度45%左右的单轴向压应力。大量试验结果表

明，当压应力小于混凝土强度的50%时，徐变应变可以被认为与所施加应力具有线性关系。超过这一应力，将导致非线性关系。这种现象被认为是由于骨料与凝固水泥浆交界面上出现的微裂所致。当应力小于混凝土强度的50%时，拉力徐变与所施应力呈线性关系，拉力徐变初始速度较大但降速快，最终徐变可能小于压力徐变。混凝土徐变泊松比一般可视为与弹性泊松比相等。

参考文献:

【1】王玉昌，大跨钢构桥施工控制研究【J】，现代物业，2011,02

【2】田仲初，高速铁路大跨度连续梁桥边跨步设合龙段的温度效应分析【J】，交通科学与工程，2011,03

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。