基于混凝土收缩实验的混凝土拉伸名义徐变系数计算方法

摘要

本发明涉及一种基于混凝土收缩实验的混凝土拉伸名义徐变系数计算方法，包括以下步骤：1)构建混凝土收缩实验系统并且制作混凝土试件，所述的混凝土试件分为实验组和对照组；2)将实验组和对照组的混凝土试件放入混凝土养护箱内养护3天，并放入恒温恒湿箱内；3)分别测量实验组和对照组的混凝土试件两端的位移，并记录对应的时间和测量变形；4)计算拉伸名义徐变系数。与现有技术相比，本发明仅需进行混凝土收缩实验，无需外荷载和加载装置，计算过程需求数据简单，能够计算每一天的拉伸徐变名义系数。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土试验领域，尤其是涉及一种基于混凝土收缩实验的混凝土拉伸名义徐变系数计算方法。

背景技术

混凝土由于可塑性高、取材方便、价格低廉、性能优异，广泛应用于工业与民用建筑中，如住宅、桥梁、大坝、核电站，在土木工程界有着不可替代的位置。从上世纪混凝土发明以来，大量学者对其进行了深入研究，并取得了显著的成果，对混凝土的材料特性、影响参数、适用环境等有着深刻的认识，并通过添加不同材料以改善混凝土的使用性能。

虽然混凝土性能优异，但也存在许多缺陷，其中主要缺陷之一便是会产生收缩变形和徐变变形，这对结构的使用性能和安全性能产生了负面影响，在普通建筑中，收缩变形和徐变变形一般被忽略，但在超高层建筑、大型桥梁、大坝或核电站等重要建筑中，必须在设计和施工时考虑混凝土的徐变变形和收缩变形，因为混凝土并不是一种理想的完全弹性材料，在长时间的使用中，收缩将使其体积在一定程度上减少，而徐变将使混凝土在恒载作用下的变形逐渐增加，这将对建筑的内力分布和耐久性造成负面影响。

在计算混凝土徐变变形的过程中，人们通常认为混凝土的受压徐变和受拉徐变具有相同的变化规律，但各国学者在实验中仍然观察到其中存在差别，所以有必要对混凝土的拉伸徐变进行研究，徐变是混凝土在持续荷载下的持续变形，当混凝土承受外荷载时，会产生一个瞬时弹性变形，随着加载时间的增加，虽然外荷载大小不变，但混凝土的变形量依然会缓慢增加，其中随时间增加的变形为混凝土的徐变变形。混凝土徐变测试方法包括压缩测试和拉伸测试，压缩测试实验较为简单，是研究混凝土压缩徐变最常用的方法，但拉伸测试由于加载困难、变形不易被测量等原因研究很少，且混凝土在徐变过程中还会持续产生收缩，造成测量误差，由于目前拉伸徐变研究很少，当前在计算混凝土拉伸徐变时普遍认为其与压缩徐变具有相同的规律，这会带来显著误差。

徐变系数是混凝土徐变计算中常用的一个参数，表示混凝土任意时刻的徐变变形与加载时弹性变形的比值，该系数随着加载时长和加载龄期变化，徐变系数一般表示为名义徐变系数与系数发展函数的乘积形式，系数发展函数一般认为已知。为了计算混凝土拉伸徐变，必须获得混凝土任意时刻的拉伸名义徐变系数，但是混凝土存在抗拉强度低、易开裂、加载装置复杂，且变形不易测量等困难和问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于混凝土收缩实验的混凝土拉伸名义徐变系数计算方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于混凝土收缩实验的混凝土拉伸名义徐变系数计算方法，包括以下步骤：

1)构建混凝土收缩实验系统并且制作混凝土试件，所述的混凝土试件分为实验组和对照组；

2)将实验组和对照组的混凝土试件放入混凝土养护箱内养护3天，并放入恒温恒湿箱内；

3)分别测量实验组和对照组的混凝土试件两端的位移，并记录对应的时间和和测量变形；

4)计算拉伸名义徐变系数。

所述的混凝土收缩实验系统包括用以测量混凝土试验试件变形量的线性可变式差分位移计、用以架设混凝土试验试件的支座以及恒温恒湿箱，所述的混凝土试验试件两端埋设预埋件作为作线性可变式差分位移计的测量点。

所述的混凝土试件为矩形试件，实验组的混凝土试件内部加入钢筋，对照组的混凝土试件为与实验组同尺寸的素混凝土试件。

所述的步骤4)具体包括以下步骤：

41)对于第t天，分别获取对照组混凝土试件的测量变形L

42)根据实验组混凝土试件的测量变形L

43)根据弹性力F(t)计算实验组混凝土试件产生的徐变变形L

44)计算徐变应变ε

45)根据CEB-1990徐变模型和徐变系数计算第t天的名义徐变系数φ

46)对于第t+1天，重复步骤41-44)获取第t+1天下的名义徐变系数，依次完成全部时间下对名义徐变系数的计算。

所述的步骤42)中，钢筋产生的弹性力F(t)的计算式为：

其中，L为混凝土试件的原始长度，E

所述的步骤43)中，实验组混凝土试件产生的徐变变形L

其中，E

所述的步骤44)中，徐变应变ε

新增应力的计算式为：

其中，ε

所述的步骤44)中，根据得到的徐变应变ε

…

其中，ε

具体为：

首先，分别计算第二天的徐变应变ε

然后，再计算第三天的徐变应变ε

最后，对于第t天，重复之前的迭代计算过程最终得到第t天的名义徐变系数φ

所述的步骤46)中，在CEB-1990的徐变模型中，徐变系数φ(t,t

φ(t,t

其中，β

假设实验组混凝土试件在第一天仅存在弹性变形，则ε

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、仅需进行混凝土收缩实验，无需外荷载和加载装置。

二、计算过程需求数据简单，可利用已有混凝土收缩实验结果进行计算。

三、可计算出混凝土每一天的拉伸徐变名义系数。

四、可计算出混凝土收缩实验中产生的拉伸徐变。

附图说明

图1为实验组试件截面(含有钢筋)。

图2为对照组试件截面(素混凝土)。

图3为实验组试件侧面(含有钢筋)。

图4为对照组试件侧面(素混凝土)。

图5为实验组装置图。

图6为对照组装置图。

图7为试件变形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提供一种基于混凝土收缩实验的混凝土拉伸名义徐变系数计算方法，该方法在实验时仅需进行混凝土收缩实验，无需加载装置和外荷载，不仅能够进行混凝土拉伸徐变和拉伸名义系数的计算，也能够利用大量满足特定条件的已有的收缩实验数据进行拉伸名义徐变系数计算，进而推导混凝土拉伸徐变计算模型。

1、实验设备和材料

本发明进行混凝土收缩实验所需设备和材料包括：

LVDT(线性可变式差分位移计)、预埋件、支座、混凝土、恒温恒湿箱和电脑。

2、实验试件

实验试件一般为矩形试件，试件尺寸为100mm×100mm×400mm，也可为其他尺寸。

如图1-4所示，在实验组试件内部加入钢筋，对照组试件为同尺寸素混凝土试件，在试件两端埋入预埋件，用作LVDT的测量点。

3、实验流程和装置

本发明的混凝土收缩实验的流程如下：

1)制作混凝土试件，分为实验组和对照组，并在试件两端埋入预埋件。

2)将实验组和对照组的混凝土试件放入混凝土养护箱内养护3天，并放入恒温恒湿箱内。(如图5和图6所示)；

3)将电脑与LVDT连接，并使用LVDT测量试件两端位移，记录试件两端位移和时间。

4、拉伸名义徐变系数计算过程

对于对照组试件，其内部没有钢筋骨架，只产生收缩变形。通过LVDT测量得到其变形为L

因为两组试件放置在恒温恒湿箱内，环境条件相同，因此具有完全相同的收缩变形，但是由于实验组试件内部存在钢筋，当混凝土收缩时，钢筋会随着混凝土一起产生变形，此时钢筋会产生弹性力，在第t天，钢筋产生的弹性力F(t)可由式(1)计算：

其中，L为试件长度，E

混凝土受到的拉力与钢筋产生的弹性力大小相等，方向相反，则第t天试件的徐变变形量L

由于实验组测量得到的变形L

F＝ΔF

计算混凝土徐变变形时，徐变系数是衡量弹性变形与徐变变形的比值，其值随着时间的增加而增加，即在恒荷载作用下，混凝土徐变会逐渐增大，徐变系数也将随之增大，因此，如何求解徐变系数是计算混凝土徐变的关键，在徐变预测模型中，徐变系数一般表示为名义徐变系数与系数发展函数的乘积形式，例如在CEB-1990的徐变模型中，徐变系数φ(t,t

φ(t,t

由于徐变计算符合线性叠加原理，开始测量时，试件第1天至第t天的徐变应变可由式(6)-式(9)计算得到：

其中，ε

综上，拉伸名义徐变系数的计算步骤如下：

1)根据实验记录得到为t时刻对照组混凝土的测量变形L

2)根据式(1)计算出任意时刻钢筋和混凝土受到的弹性力F(t)；

3)根据式(2)计算出任意时刻实验组混凝土产生的徐变变形L

4)根据式(10)和式(11)将实验数据进行转换得到徐变应变ε

5)根据式(6)～(9)计算混凝土各时刻(按天计算)的名义徐变系数φ