国内外超长混凝土结构收缩模型的比较.pdf
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1、2 0 1 4年 第9期 (总 第 2 9 9 期) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 9 0 1 1 国内外超长混凝土结构收缩模型的比较 程曦 ,徐 田雨 ,陈勇 ( 中国建筑东北设计研究 院有限公司,辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 6 ) 摘要: 通过对 国内外几种收缩预测模型的深入研究 , 分析了其基本原理与计算方法; 以
2、 C 3 0 混凝土为研究对象 , 在统一条件下 分别对每种预测模型进行 了实例计算 , 并对预测结果进行了对 比分析 , 找出了国内在混凝土收缩裂缝计算上的问题与缺陷并提出解 决方法。 同时, 提出以温度当量的形式表示收缩应变, 由此可以将收缩应变与温度应变合并考虑 , 为结构非应力应变的数值模拟分析 提供便利, 为超长混凝土结构的裂缝控制提供理论支持。 关键词 : 超长混凝土结构 ;收缩;徐变 ;温度 当量;预测模型 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 0 4 5 0 4 C omp
3、 a r a t i v e a n a l y s i s o f l o n g - s p a n c o n c r e t e me mbe r s h r i n k a g e pr e di c t i o n mo d e l s d e v e l o p e d i n Ch i na , Eu r o p e, a n d No r t h Am e r i c a CHENG Xi , XU Ti a n y u, CHEN Yo n g ( C h i n a No r t h e a s t A r c h i t e c t u r a l De s i g n
4、 a n dR e s e a r c hI n s t i t u t eC o , L t d , S h e n y a n g 1 1 0 0 0 6 , Ch i n a ) Ab s t r a c t : n a n a l y z e d s e v e r a l i n t e rna t i o n a l l y r e c o g n i z e d c o n c r e t e s h r i n k a g e p r e d i c t i o n mo d e l s b y i n d e p t h i n v e s t i g a t i o n T
5、 h r o u g h t h e印一 pl i c a t i o n of a p r e d i c t i on c a l c ul a t i o n, a n d c o mp a r i n g t h e r e s u l t s be t we e n e a c h mo d e l , the i s s u e s hi d d e n i n Ch i ne s e s hri nk a g e c r a c k p r e ve n- t i o n c a l c u l a t i o n h a v e be e n f o u n d a n d w
6、a y s t o o ve r c o me s u c h i s s u e s ha ve b e e n s u g g e s t e dI t a l s o s u g g e s t e d the a p p l i c a t i o n of e q ui v a l e nt t e mpe r a tur e v a r i a t i o n t o a c c o u n t for the s h r i nk a g e s t r a i n, wh i c h wo u l d c r e a t e a n a l t e ma t i v e o f
7、 c o mb i ne d l o n g t e r m e f f e c t o f c o n c r e t e s t r a i n, a swe l l a spr o v i d i n g c o n v e n i e n c efor c o mp u t e rmo d e l i ng o fl o n g s pa n s t r u c tur e s , c r e a t i n gt he o r e t i c a l ba c k b o n efort he c r a c k c o n t r o l o v e r l on g s p a
8、n c o n c r e t e me mb e r s Ke yw o r d s : l o n g s p a n c o n c r e t eme mb e r ; s h r i n k a g e ; c r e e p ; e q u i v a l e n t t e mp e r a t u r ev a ri a t i o n; p r e d i c t i o nmo d e l 随着我国建筑业不断发展及现浇混凝土技术的成熟, 越来越多 的超大超长混凝土建筑结构得到成功应用 , 从而 避免 了按照我 国 混凝土结构设计规范 1 规定设置伸缩缝 , 造成的对结构的整
9、体性 、 防水、 保温、 建筑面积等造成影响 与浪费网 。 由于混凝土收缩变形是超长结构混凝土裂缝产 生 的重要原因, 因此合理 准确 的计算收缩量对超长混凝土 结构设计具有重要意义 。 目前 , 国内外对于收缩变形 的计算模型多种多样 , 没有 统一的计算方法。 笔者针对 当前国内外应用 比较广泛 的几 种收缩应变预测模型进行 了系统详细的研究 、 计算与对 比 分析 。 在此基础上 , 针对 欧美 当前流行 的收缩徐变模 型进 行了本土化探索, 提出了将收缩徐变转化为温度当量的计 算方式 , 可 以较 为准确 的预测 混凝 土的收缩 徐变量 , 从而 将此计算结果 应用于超长混凝土结构 中
10、, 通过相应的配筋 调整 , 将可以有效地避免裂缝的生成与发展 。 收稿 日期 :2 O 1 4 _ J0 3 _ J0 4 基金 项 目 :中国建筑千米级摩天大楼结构研究( C S C EC 一 2 0 1 0 一 z O 1 一 O 2 ) 1 国内外混凝土收缩徐 变预测模 型研 究 当前 国内外关 于混凝 土收缩徐变 的预测模 型有很多 种 , 常用 的几种模型基本原理大致相 同, 几种模型的基本 原理及计算方法在此进行了相应的研究。 1 1 我国超长结构设计中的收缩徐变模型翻 针对混凝土的收缩徐变 , 首先找到标准状态下的最大 收缩值和最大徐变值 , 再将处于其他状态下的混凝土用 各
11、种不 同的系数加以修正。 任意状态下最大( 最终 ) 收缩值 与最 大( 最终 ) 徐变值 按 以下计算式 : ( ) : s ? ( 。 。 ) M1 ( 1 ) s ( o 。 ) : ( ) Kxg 3 K ( 2 ) 式中: 与 K实际混凝土不 同于标准条件下的调整 参数 。 在此基础上, 将上式代人并添加时间参数, 可得某时 间点的最终收缩值为 : 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m e r ( t ) = 3 2 4 1 0 ( 1 一 e 。 。 。 ) 1 I ( 3 ) 单位应力引起的最终徐变变形称为徐变度 , 以 c 。 表示 , 不 同强
12、度 的混凝土的徐变度为 : 表 1 标准极限徐变度 混凝土强度等级 C 1 0 C1 0 C1 5 C2 O C3 O C4 0 C5 0 C6 O C9 O C1 0 O 将徐变度代入以下计算式 , 可求得标准状态下最终徐 变( 即极限徐变) 量 : ( 。 。 ) = C o o r ( 4 ) 当构件承受随时间变化的应力 ( ) 作用时, 则在计 算时间内的应变为 : + C (t,7 1 南 ) 由于混凝土在浇筑 2 0 d 后已足够成熟, 从而产生约束 变形 , 在 此基础上对徐变进行 了简化处理 , 利用松弛系数 ( 珏 ) ) 对徐变的计算进行了简化处理 , 可以将常规算出的 弹
13、性应力乘以松弛系数, 求得最后的徐变值。 1 2 北美混凝 土收缩徐 变计算模型( AC I ) 研 究H 该模型 以时间为参数将收缩徐变模拟为一条渐近线 , 该渐近线将无限接近于一个固定数值, 该模型将此值定义 为最终收缩 徐变值( U l t i ma t e V a l u e ) 。 模型对收缩 和徐变 的预测基于一个标准状态 , 并依据非标准状态设置修正系 数 。 该模型首先通过对混凝土 2 8 d 强度以及按照其配合比 所决定的重度, 求得该混凝土的设计弹性模量。 在此时同 时定义了混凝土的最终收缩应变 : 在此基础上 , 通过考虑不 同的混凝土条件 , 计 算出总 体收缩参数 :
14、 曲= s l I ,n s h ,R f ) s h ,v s sh , , , s ll, m , 嘲 ( 6 ) 以最终收缩为基础 , 将得到 以时间为参数 的最终 收缩 计算式 : s I l( , 。 ) = 而 ( 7 ) 对于徐变 , 该模型以混凝土 2 8 d 加载时的强度和弹性 模量为基础, 给出了单位应力作用下徐变的计算式。 通过以 上 的方式 , 建立 A C I 混凝 土徐变模型 , 在获得构件长期应 力 的基础上 , 对混凝土进行徐变预测 , 计算式如下 : f t s 。 ( ) ( r ) 1 嘶 + ( f , ) 一 +J 1 ( , t o ) , ( 8
15、) 在获取收缩徐变总预测的基础上 , 可以求得计算 时间 内的总应变值 : ( t ) : ( t ) 。 ( t ) ( 9 ) 4 6 1 3 欧洲混凝土( C E B F I P ) 收缩徐 变计算模型 ( C E B MC9 0 ) 研 究8 1 在欧洲规范( C E B F I P ) 中, 采用的 C E B MC 9 0 模型与 A C I 模型类似 , 亦无 限趋近于最终徐变值 , 主要适用 范围 为标准强度混凝 - k f c 1 0 0 MP a 。 模型首先根据混凝土 2 8 d 的标准强度建立强度参数阀 , 并 以此为基础 , 通过对 自发收缩及干燥收缩的预测细化 收
16、缩效应所分别造成的形变值进行综合 , 从而求得总体收缩 的计算式 : s ( , t 。 ) : s 。 ( t ) + S o d s ( f , t 。 ) ( 1 O ) 对于徐变 , 该模型参照混凝土强度、 周边相对湿度、 体 表比、 以及浇灌温度而对徐变提出了一个调整参数。 在此 基础上 , C E B F I P 模型考虑了温度影响及高强混凝土的性 质, 在经过调整后可得出整体徐变参数。 由此, 可得出单位 应力作用下的总体徐变: J ( t , t o ) : + ( 1 1 ) 也讲幻 Ed 8 通过以上的三个主要部分, C E B F I P混凝土徐变模型 得以建立 , 而在
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