第六章---混凝土的徐变、收缩、温度效应理论ppt课件.ppt
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1、高等桥梁结构理论高等桥梁结构理论第二篇第二篇 钢筋混凝土及预应力混凝土钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁计算理论桥梁计算理论第六章第六章 混凝土的徐变、收缩、温度效应理论混凝土的徐变、收缩、温度效应理论我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物混凝土的徐变、收缩、温度效应理论混凝土的徐变、收缩、温度效应理论w 6.1 6.1 混凝土的徐变、收缩理论混凝土的徐变、收缩理论6.1.1 6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素6.1.2 6.1.2 徐变、收缩的数学模型徐变、收缩的数学模型6.1.3
2、6.1.3 徐变、收缩的分析方法徐变、收缩的分析方法6.1.4 6.1.4 小结小结w 6.2 6.2 混凝土的温度效应理论混凝土的温度效应理论6.2.1 6.2.1 温度分布与温度荷载温度分布与温度荷载6.2.2 6.2.2 温度应力分析温度应力分析6.2.3 6.2.3 小结小结我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物w 1919世纪世纪2020年代水泥工厂化生产年代水泥工厂化生产,从此就开始了,从此就开始了一个混凝土结构在世界范围内的发展时期。一个混凝土结构在世界范围内的发展时期。w 混凝土混
3、凝土徐变与收缩现象徐变与收缩现象被认识和重视始于被认识和重视始于2020世世纪初纪初,而对它的,而对它的系统研究系统研究则始于则始于2020世纪世纪3030年代年代,其应用于实际结构则更晚。其应用于实际结构则更晚。w 直到直到2020世纪世纪4040年代后期年代后期,多数设计人员认为混,多数设计人员认为混凝土徐变、收缩只是一个单纯的属于材料科学凝土徐变、收缩只是一个单纯的属于材料科学范围的范围的学术问题学术问题。6.1 混凝土的徐变、收缩理论混凝土的徐变、收缩理论我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的
4、生物w 经过研究试验资料的积累与几十年的实践经验,经过研究试验资料的积累与几十年的实践经验,人们对徐变、收缩的认识和对徐变、收缩对结人们对徐变、收缩的认识和对徐变、收缩对结构影响分析方法的研究,已经得到了很大发展。构影响分析方法的研究,已经得到了很大发展。w 目前国际预应力协会目前国际预应力协会欧洲混凝土委员会欧洲混凝土委员会(CEB-FIP)提出的提出的混凝土结构设计与施工混凝土结构设计与施工的国际建议的国际建议及许多国家的设计规范对混凝土及许多国家的设计规范对混凝土的徐变、收缩都给予了详细考虑。的徐变、收缩都给予了详细考虑。6.1 混凝土的徐变、收缩理论混凝土的徐变、收缩理论我吓了一跳,蝎
5、子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物w 2020世纪世纪3030年代年代,F.DischingerF.Dischinger提出了由混凝土提出了由混凝土徐变、收缩所导致的混凝土与钢截面应力重分徐变、收缩所导致的混凝土与钢截面应力重分布与结构内力重分配计算的布与结构内力重分配计算的微分方程解微分方程解。这种。这种方法延续了几十年。方法延续了几十年。w 19671967年,年,H.TrstH.Trst教授引入了当时被他称为教授引入了当时被他称为松弛松弛参数参数的概念,提出了由徐变导致的应力与应变的概念,提出了由徐变
6、导致的应力与应变之间关系的之间关系的代数方程表达式代数方程表达式。6.1 混凝土的徐变、收缩理论混凝土的徐变、收缩理论我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物w 19721972年,年,Z.P.BazantZ.P.Bazant对对H.Trst的公式进行了严的公式进行了严密的证明,并将它推广应用到变化的弹性模量密的证明,并将它推广应用到变化的弹性模量与无限界的徐变系数。与无限界的徐变系数。w Trst-BazantTrst-Bazant的按龄期调整的有效模量法的按龄期调整的有效模量法与有与有限单元法相
7、结合,使得混凝土结构的徐变、收限单元法相结合,使得混凝土结构的徐变、收缩计算能够采用更逼近实际的缩计算能够采用更逼近实际的有限单元、逐步有限单元、逐步计算法计算法。6.1 混凝土的徐变、收缩理论混凝土的徐变、收缩理论我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物w 2020世纪世纪5050年代年代,我国我国在预应力混凝土在预应力混凝土简支梁简支梁的的预应力损失和上拱度预应力损失和上拱度的设计计算中开始的设计计算中开始考虑徐考虑徐变、收缩变、收缩的影响。的影响。w 2020世纪世纪6060年代年代,对混凝土
8、收缩、徐变性能进行,对混凝土收缩、徐变性能进行了较系统的了较系统的试验研究试验研究,提出了,提出了数学计算模式数学计算模式。6.1 混凝土的徐变、收缩理论混凝土的徐变、收缩理论我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物w 超静定结构超静定结构徐变、收缩分析的徐变、收缩分析的国内文献国内文献,以,以19641964年劳远昌年劳远昌教授的教授的专著专著与与张忠岳张忠岳研究员等的研究员等的试验报告试验报告为最早,但为最早,但应用应用于实际结构则在于实际结构则在2020世世纪纪7070年代中期以后年代中期以后
9、。w 近近2020年来年来,我国我国在混凝土结构的徐变、收缩效在混凝土结构的徐变、收缩效应分析方面,也应分析方面,也取得取得了了丰硕丰硕的研究的研究成果成果。6.1 混凝土的徐变、收缩理论混凝土的徐变、收缩理论我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n在实际结构中,在实际结构中,徐变、收缩与温度应变是混杂在一起徐变、收缩与温度应变是混杂在一起的。的。从实测应变中,应扣除温度应变和收缩应变,才能得到从实测应变中,应扣除温度应变和收缩应变,才能得到徐变应变。而在分析计算中温度应力与温度应变往往单徐变应变
10、。而在分析计算中温度应力与温度应变往往单独考虑,徐变与收缩则往往在一起考虑。独考虑,徐变与收缩则往往在一起考虑。n根据年根据年CEB-FIP标准规范,在标准规范,在时刻时刻 承受单轴向、不变承受单轴向、不变应力应力 的混凝土构件,在的混凝土构件,在时刻时刻t t的总应变的总应变可分解为:可分解为:6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素1 . 徐变与收缩徐变与收缩我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物式中:式中:6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素1 .徐变与收缩徐变与
11、收缩我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n在不包括温度应变时,在不包括温度应变时,混凝土混凝土的应变应变可进一步分解为可进一步分解为6.1.1 徐变、收缩及影响因素1 .徐变与收缩徐变与收缩式中:式中:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物混凝土的应变6.1.1 徐变、收缩及影响因素1 .徐变与收缩徐变与收缩我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉
12、快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素1 .徐变与收缩徐变与收缩n 混凝土的徐变,通常采用混凝土的徐变,通常采用徐变系数徐变系数来描述来描述。 第一种定义:第一种定义: 根据根据CEB-FIP标准规范标准规范及英国标准,若及英国标准,若在时刻在时刻 开始作用于开始作用于混凝土的混凝土的单轴向常应力单轴向常应力 至时刻至时刻 t 所产生所产生徐变应变徐变应变为为 ,则则徐变系数徐变系数采用采用 2828天天龄期混凝土的龄期混凝土的瞬时弹性应变瞬时弹性应变定义,即:定义,即: 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美
13、丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素1 .徐变与收缩徐变与收缩n 混凝土的徐变,通常采用混凝土的徐变,通常采用徐变系数徐变系数来描述来描述。 第二种定义:第二种定义: 美国美国ACI209委员会报告所建议(委员会报告所建议(19821982年版)。在该建议中,年版)。在该建议中,混凝土的标准加载龄期混凝土的标准加载龄期 ,对于,对于潮湿养护潮湿养护的混凝土为的混凝土为7 7天天,对于,对于蒸蒸汽养护汽养护的混凝土为的混凝土为1-31-3天天。徐变系数徐变系数定义为定义为 ),()()(),(tEtc我吓了一
14、跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素1 .徐变与收缩徐变与收缩 从从时刻时刻 开始对混凝土作用开始对混凝土作用单轴向单位应力单轴向单位应力,在,在时时刻刻t t所产生的所产生的总应变总应变通常定义为通常定义为徐变函数徐变函数 。 对于上述对于上述两种徐变系数两种徐变系数的定义方法,的定义方法,徐变函数徐变函数可分可分别表示为:别表示为:, tJ),(1)(1),(28tEEtJ),(1)(1),(tEtJ我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把
15、它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素1 .徐变与收缩徐变与收缩n 混凝土混凝土收缩,收缩,是硬固混凝土由于所含是硬固混凝土由于所含水份蒸发水份蒸发及其它及其它物理化学原因物理化学原因(但(但不是应力原因不是应力原因)而产生的)而产生的体积缩小体积缩小。n 凝固混凝土因凝固混凝土因含水量增加含水量增加也会导致也会导致体积增加体积增加。n 混凝土的混凝土的收缩应变收缩应变,一般表达为,一般表达为 函数形式函数形式。n 混凝土混凝土收缩应变终值收缩应变终值的预计,主要依据的预计,主要依据环境条件环
16、境条件、混混凝土成份凝土成份及及构件尺寸等构件尺寸等,DIN4227指南、指南、CEB-FIP建议、建议、ACI209委员会建议及委员会建议及BS5400规范都有相应计算方法。规范都有相应计算方法。),(ts我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素2 .徐变、收缩对桥梁结构的影响徐变、收缩对桥梁结构的影响n 配筋构件配筋构件中,随时间而变化的混凝土徐变、收缩将导中,随时间而变化的混凝土徐变、收缩将导致致截面内力重分布截面内力重分布。混凝土徐变、收缩
17、引起的。混凝土徐变、收缩引起的预应力损预应力损失失,实际上也是预应力混凝土构件,实际上也是预应力混凝土构件截面内力重分布的一截面内力重分布的一种种。n 预制预制的的混凝土混凝土梁梁或钢或钢梁与梁与就地灌筑的混凝土板就地灌筑的混凝土板组成的组成的结合梁结合梁,将由于预制部件与现场浇筑部件之间不同的徐,将由于预制部件与现场浇筑部件之间不同的徐变、收缩规律而导致变、收缩规律而导致内力的重分布内力的重分布。以下现象是现代混凝土结构设计所必须考虑的问题:以下现象是现代混凝土结构设计所必须考虑的问题:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜
18、测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素2 .徐变、收缩对桥梁结构的影响徐变、收缩对桥梁结构的影响n 同样,同样,梁体梁体的的各组成部分各组成部分若有不同的徐变、收缩特性,若有不同的徐变、收缩特性,亦将由于变形不同、相互制约而亦将由于变形不同、相互制约而引起内力或应力变化引起内力或应力变化。n 分阶段施工分阶段施工的预应力的预应力混凝土超静定结构混凝土超静定结构,在,在体系转换体系转换时,从时,从前期结构前期结构继承下来的应力状态所产生的徐变受到继承下来的应力状态所产生的徐变受到后期结构后期结构的约束,从而导致结构的约束,从而导致结构内力重分布内力重分
19、布与支点反力与支点反力的重分配。的重分配。以下现象是现代混凝土结构设计所必须考虑的问题以下现象是现代混凝土结构设计所必须考虑的问题:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素2 .徐变、收缩对桥梁结构的影响徐变、收缩对桥梁结构的影响n 外加外加强迫变形强迫变形如支座沉降或支座标高调整所产生的约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,也将在混凝土徐变的过程中发生变化,部分约束束内力将逐渐释放内力将逐渐释
20、放。n 徐变对徐变对细长混凝土压杆细长混凝土压杆所产生的附加挠度是验算压杆所产生的附加挠度是验算压杆屈曲屈曲稳定稳定所不能忽视的问题。所不能忽视的问题。 应注意:应注意:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素2 .徐变、收缩对桥梁结构的影响徐变、收缩对桥梁结构的影响n徐变、收缩的徐变、收缩的变异系数变异系数最好也有最好也有15%-20%15%-20%。对于一些。对于一些特特别重要的工程别重要的工程,应该通过,应该通过模型试验或实物测量模型试验或实
21、物测量的方法来的方法来校核校核计算中所用的参数,以提高计算结果与实际接近的计算中所用的参数,以提高计算结果与实际接近的程度。程度。应注意:应注意:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素3 .影响徐变、收缩的因素影响徐变、收缩的因素n 自发收缩自发收缩。这是在。这是在没有水份转移的收缩没有水份转移的收缩,其原因是,其原因是水泥水泥水化物的体积小于水化反应的水泥和水的体积水化物的体积小于水化反应的水泥和水的体积,因此是一种水化反应所产生的固有收缩。这
22、种收缩的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量值较小。 混凝土收缩的原因及机理:混凝土收缩的原因及机理:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素3 .影响徐变、收缩的因素影响徐变、收缩的因素n 干燥收缩干燥收缩。这是混凝土内部。这是混凝土内部吸附水的消失而产生的吸附水的消失而产生的收缩收缩。也是混凝土收缩应变的。也是混凝土收缩应变的主要部分主要部分。n 碳化收缩碳化收缩。这是由混凝土中的水泥。这是由混凝土中的水泥水化物与空气中水化
23、物与空气中的二氧化碳化学反应所产生的二氧化碳化学反应所产生。碳化收缩是不久以前发。碳化收缩是不久以前发现的现象。现的现象。混凝土收缩的原因及机理:混凝土收缩的原因及机理:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素3 .影响徐变、收缩的因素影响徐变、收缩的因素n 在应力和吸附水层的在应力和吸附水层的润滑作用润滑作用下,水泥胶凝体的下,水泥胶凝体的滑动滑动或剪切或剪切所产生的水泥石的所产生的水泥石的粘稠变形粘稠变形。n 在应力作用下,由于在应力作用下,由
24、于吸附水渗流或层间水转移吸附水渗流或层间水转移而导致而导致的的紧缩紧缩。ACI 209ACI 209 委员会在报告中将徐变的委员会在报告中将徐变的主要机理主要机理分为:分为:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素徐变、收缩及影响因素3 .影响徐变、收缩的因素影响徐变、收缩的因素n 在水泥胶凝体对在水泥胶凝体对骨架弹性变形骨架弹性变形的约束作用所引起的的约束作用所引起的滞滞后弹性变形后弹性变形。n 由于局部发生由于局部发生微裂及结晶破坏微裂及结晶破坏以及重新结晶与新的
25、联以及重新结晶与新的联结而产生的结而产生的永久变形永久变形。ACI 209ACI 209 委员会在报告中将徐变的委员会在报告中将徐变的主要机理主要机理分为:分为:我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6.1.1 徐变、收缩及影响因素3 .影响徐变、收缩的因素影响徐变、收缩的因素影响混凝土徐变与收缩的内部因素内部因素:内部因素12345678910骨料种类水泥品种配合比水灰比外加剂构件外形尺寸搅拌捣固养护时间养护湿度养护温度材料性质构件几何性质制造养护构件性质我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,
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