淺析等強(qiáng)條件下混凝土收縮徐變?cè)囼?yàn)研究與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

尹仕萍

【摘要】熟悉并掌握混凝土收縮徐變特性，有利于提高混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。本文探討了混凝土收縮徐變特性的影響因素，分析了混凝土收縮徐變特性影響因素參數(shù)，找出不同參數(shù)對(duì)收縮徐變特性的影響規(guī)律，在混凝土結(jié)構(gòu)施工的設(shè)計(jì)和實(shí)施方面有著重要的指導(dǎo)意義，期望能給人們提供一定的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】混凝土；收縮徐變；影響因素；變參數(shù)分析

當(dāng)前，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)公路的要求越來(lái)越高，許多原有的公路已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的交通量了，路面過(guò)窄，路況過(guò)差，這都是當(dāng)前公路交通中出現(xiàn)的問(wèn)題，那么，拓寬路面和翻新加固就成為了目前公路交通的重要任務(wù)。而橋梁拓寬也是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，那么新舊混凝土梁的橫向拼接就是他們主要進(jìn)行的工作。

1 收縮徐變效應(yīng)

橋梁拓寬過(guò)程中會(huì)涉及到梁的橫向拼接問(wèn)題，對(duì)于普通混凝土梁來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行橫向拼接時(shí)，水平面內(nèi)主梁的長(zhǎng)期效應(yīng)是收 縮徐變所引起的。但是，舊梁在使用多年以后，混凝土原有的收縮徐變已經(jīng)完成，而進(jìn)行拼接時(shí)，新梁的混凝土是新的，所以其收縮徐變還在進(jìn)行中，而拼接之后新梁的混凝土徐變所引起的梁體變形會(huì)受到橫向鋼筋的約束，則結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致新舊梁內(nèi)力重分布現(xiàn)象的出現(xiàn)。新梁收縮一定會(huì)在舊梁內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，也就是給舊梁添加了預(yù)應(yīng)力，這對(duì)舊梁來(lái)說(shuō)是有利受力，但是新梁則會(huì)呈現(xiàn)一種受拉力的狀態(tài)，而且這一時(shí)期混凝土收縮力還在進(jìn)行，所以很容易因?yàn)槔^(guò)大而產(chǎn)生收縮裂縫。所以，我們?cè)谶M(jìn)行橫向拼接時(shí)，一定要充分考慮收縮徐變效應(yīng)。

在新舊梁成功拼接之后，新梁會(huì)產(chǎn)生收縮效應(yīng)，但是在舊梁和梁端鉸的約束下，舊梁會(huì)受到壓力，因此，我們可以用彈性力學(xué)中的理論對(duì)新舊梁的受力狀況進(jìn)行分析，并且假設(shè)新舊梁上沒(méi)有車輛的重量，沒(méi)有物體在新舊梁接觸面上滑動(dòng)。新舊梁在拼接之后，新舊梁會(huì)同步發(fā)生撓曲變形。在排除自重以及車重情況下，可以假設(shè)新梁在橫向跨度較小的情況下是均勻受力的，在距離梁固定鉸支端截取一段微元，該微元的橫截面積是 ，而拼接處的梁高一般設(shè)為h，新梁所受的均勻內(nèi)力是N，舊梁的剪力為V，同時(shí)根據(jù)平衡方程可得出：-V=0。在新舊梁拼接之后的變形中，因?yàn)榛炷列熳冏饔?，所以?huì)出現(xiàn)新梁的應(yīng)變?yōu)椋?/p>

而在這個(gè)公式中：所表示的是新梁和舊梁的拼接時(shí)刻，而則是新梁中最原始的應(yīng)力，通常對(duì)于普通的鋼筋混凝土梁來(lái)說(shuō)，在拼接時(shí) 的值一般為0，而則是混凝土在時(shí)所產(chǎn)生的彈性模量，所表示的是徐變系數(shù)，所表示的是一個(gè)取值范圍，那么，的含義就是徐變系數(shù)在到這一范圍內(nèi)的值，而就表示的是從到時(shí)的徐變系數(shù)值。通過(guò)采用積分中值定理對(duì)公式進(jìn)簡(jiǎn)化分析以及轉(zhuǎn)化可得出新梁中應(yīng)力所帶來(lái)的縱向位移、由新梁收縮所產(chǎn)生的縱向位移等參數(shù)，同時(shí)還根據(jù)剪切彈性系數(shù)，邊界條件等數(shù)據(jù)，最終可演算出，的表示公式，那么，此時(shí)，只要知道均勻剪切彈性系數(shù)就能夠計(jì)算出來(lái)沿著新梁縱向方向所產(chǎn)生的應(yīng)力，以及新梁和舊梁拼接的地方所產(chǎn)生的剪力。

2 混凝土收縮徐變計(jì)算理論

隨著科技水平的提高，我國(guó)工程建設(shè)項(xiàng)目中越來(lái)越多的應(yīng)用了先進(jìn)的計(jì)算軟件和程序，比如，在混凝土收縮徐變中就應(yīng)用了有限元計(jì)算軟件，這個(gè)軟件不僅能夠進(jìn)行一般的結(jié)構(gòu)性分析，還能夠進(jìn)行混凝土收縮徐變的計(jì)算。

2.1對(duì)結(jié)構(gòu)的分析

通常情況下的結(jié)構(gòu)分析，是需要對(duì)單元進(jìn)行劃分的，劃分單元之后再通過(guò)有限元理論進(jìn)行計(jì)算。而有限元計(jì)算軟件首先會(huì)對(duì)預(yù)算力作用進(jìn)行等效荷載的考慮，對(duì)每一個(gè)單元的等效荷載進(jìn)行分別的計(jì)算，之后，再根據(jù)一般荷載計(jì)算程序進(jìn)行預(yù)應(yīng)力作用的計(jì)算。其次，對(duì)收縮徐變作用的計(jì)算也采用等效荷載的方式來(lái)進(jìn)行計(jì)算，也就是說(shuō)要根據(jù)徐變系數(shù)和單元上的應(yīng)變對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行等效劃分，把徐變分為等效軸向變形荷載和截面曲率荷載，同時(shí)還把收縮等效為軸向的變形荷載。

2.2對(duì)截面的分析

對(duì)截面計(jì)算原理分析如下：第一，在荷載作用正常的情況下，是根據(jù)截面上材料的特性而進(jìn)行分別計(jì)算的，分別計(jì)算出不同材料上截面的內(nèi)力；第二，一般情況下，收縮徐變會(huì)引起截面應(yīng)力的重新分布，那么，這時(shí)就要進(jìn)行截面應(yīng)變協(xié)調(diào)，從而計(jì)算出混凝土收縮徐變所帶來(lái)的部分內(nèi)力變化，以及截面曲率、縱向應(yīng)變等變化；第三，截面曲率的變化以及縱向應(yīng)變變化可以當(dāng)做是收縮徐變等效荷載，同時(shí)按照一般的應(yīng)力計(jì)算公式把次內(nèi)力所帶來(lái)的次應(yīng)變計(jì)算出來(lái)，并且還要根據(jù)有限元理論計(jì)算出結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的次內(nèi)力；第四，就是要把之前所計(jì)算出來(lái)的荷載應(yīng)力、次內(nèi)力作用、截面應(yīng)力的重分布等作用相加，這樣就得出了截面應(yīng)力。

3 算例簡(jiǎn)述

對(duì)算例進(jìn)行簡(jiǎn)單的敘述能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)算公式的深入了解以及應(yīng)用原理的掌握，因此，我們?cè)谌粘９ぷ骱蜕钪芯蛻?yīng)該加強(qiáng)對(duì)新舊混凝土梁橫向拼接中收縮徐變力計(jì)算案例的分析，以此來(lái)強(qiáng)化自身的實(shí)踐能力和理論知識(shí)的掌握。

3.1縱向應(yīng)力計(jì)算分析

收縮徐變作用之下，新板和舊板相拼接的地方，新板一般是外側(cè)受壓的，那么在混凝土受到的壓力位負(fù)、拉力為正時(shí)我們可以得出這樣的結(jié)論：首先，新舊板拼接時(shí)混凝土齡期的長(zhǎng)短與板所承受的縱向應(yīng)壓力成反比例。也就是說(shuō)混凝土的齡期越長(zhǎng)，板所承受的應(yīng)壓力越小。那么，會(huì)出現(xiàn)新板存放300天時(shí)，所計(jì)算出來(lái)的新板拉應(yīng)力比存放28天地新板中拉應(yīng)力小19%。如果，新板在存放28天后進(jìn)行拼接，新板所承受的最大拉應(yīng)力大約為2.28MPa；而新板在存放300天之后拼接，新板所承受的最小拉應(yīng)力大約為1.57MPa。其次，縱向配筋率與縱向應(yīng)力成正比。新板配筋率越大，其應(yīng)力也就越大，當(dāng)新板配筋率為3%時(shí)，新板和舊板拼接處所承受的拉應(yīng)力比未配筋時(shí)要大17%。同時(shí)，配筋率對(duì)新板的外側(cè)邊緣受力影響也是較大的。

3.2剪應(yīng)力計(jì)算分析

新板和舊板在同樣配筋時(shí)，拼接處的剪應(yīng)力幾乎不會(huì)受到配筋率的影響。計(jì)算時(shí)通常會(huì)采用線性剪應(yīng)力分布形式，因此，最大的剪應(yīng)力出現(xiàn)在板的自由端，剪應(yīng)力為0的現(xiàn)象出現(xiàn)在板鉸支端，再根據(jù)之前論述的理論，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，新板存放28天在板自由端所產(chǎn)生的剪應(yīng)力最大，存放300天地剪應(yīng)力最小。混凝土材料的收縮與外界受力無(wú)關(guān)，徐變是在外力和自重的影響下逐漸產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。徐變、收縮雖各有自身的特點(diǎn)，但它們都可以與混凝土內(nèi)水化水泥漿的特性聯(lián)系起來(lái)?；瘜W(xué)成分的不同，其它條件相同下，材料所反應(yīng)的徐變、收縮性能在本質(zhì)上沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的差異，這也說(shuō)明了材料的徐變、收縮的機(jī)理在于混凝土水化水泥漿的物理結(jié)構(gòu)，而不在于水泥的化學(xué)性質(zhì)。

4 總結(jié)

總之，為了提高道路橋梁擴(kuò)建時(shí)的成功率，我們必須對(duì)新舊混凝土梁的橫向拼接收縮徐變效應(yīng)進(jìn)行深入分析，以此來(lái)提高拼接質(zhì)量，盡量減少資源的浪費(fèi)，我們?cè)趹?yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行收縮徐變計(jì)算的同時(shí)，還要工作人員對(duì)縱向應(yīng)力和剪應(yīng)力進(jìn)行人工分析和把握。

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