混凝土徐變理論分析研究

一、前言

在荷載的長期作用下，混凝土的變形隨時間增長的現象稱為徐變。徐變是混凝土在長期荷載作用下的一種固有特性，是荷載和時間的函數。20世紀50年代，自我國在預應力混凝土簡支梁的預應力損失和上拱度的設計計算中開始考慮徐變、收縮的影響，國內外的研究者就一直在關注徐變的問題。徐變分析的實質是求既有初內力持續作用下變形發展及內力重分布的效應，故結構的當前狀態與以往的應力歷史有關。

二、徐變對結構的影響

混凝土材料的徐變一般可分為可恢復徐變和不可恢復徐變兩部分。受荷載長期作用的混凝土試件，在卸載后將產生瞬時彈性應變和隨時間發展的徐變恢復。徐變恢復應變與卸載前施加的常應力成正比，而單位應力的徐變恢復稱為彈性后效。混凝土的徐變不僅與當前應力有關而且與應力歷史有關，混凝土徐變變形同收縮混凝土收縮一樣，初始增長很快，以后逐漸緩慢，一般在5-15年后其增長逐漸達到一個極限值。一般說來，混凝土的徐變和收縮對結構的變形、內力分布和內截面(在組合截面情況下)的應力分布會產生很大的影響。概括歸納為(1)結構在受壓區的徐變和收縮會增大撓度(如梁、板)。(2)徐變會增大偏壓柱的彎曲，由此增大初始偏心，降低柱的承載能力。(3)預應混凝土結構中，徐變和收縮會導致預應力的損失。(4)對于超靜定結構，混凝土徐變將導致結構內力重分布，即徐變將引起結構的次內力。(5)受拉徐變使混凝土拉應力減小，從而延緩收縮裂縫的出現，以及減小由于支座不均勻沉降產生的應力等。

三、混凝土徐變機理

1、粘彈性理論 粘彈性理論是把水泥漿體看成為彈性的水泥凝膠骨料，其空隙充滿著粘彈性液體構成的復合體。加給水泥漿的荷載起初一部分被固體空隙中的水所承受，這樣推遲了固體的瞬時彈性變形。當水從壓力高處向低處流動時，固體承受的荷載就逐漸加大，增大了彈性變形。荷載卸除后，水就流向相反方向，引起徐變恢復。與這個過程有關的水，僅是毛細管空隙和凝膠空隙中的水，而不是凝膠微粒表面的吸附水。

2、滲出理論 混凝土徐變的滲出理論由利奈姆(C.G.Lynam)于1934年首先提出的。該理論認為混凝土徐變是由于凝膠粒子表面吸附水和這些粒子之間的層間水(在荷載作用下)的流動引起的。水泥漿體承受壓縮荷載后，凝膠微粒之間的吸附水和層間水就緩慢地排出而產生變形。當水被擠出后，凝膠微粒承受的應力增加，而作用于水的壓力相應減小，結果導致水滲出速度的減小。徐變是在凝膠與周圍介質達到新的濕度平衡時的一種現象。因此，這里必須強調該理論滲出的水是凝膠水(吸附水和層間水)，而不是毛細水和化學結合水。由于凝膠水被擠出，使微粒之間距離縮短而處于微粒間力的作用范圍內。在外荷載作用下，水分子進一步接近，使微粒之間的表面能降低，而且引起一部分化學結合，這就增加了凝膠的穩定性。

3、粘性流動理論 粘性流動理論由托馬斯(F.G.Thomas)于1937年首先提出。他認為，混凝土可分成兩部分，一部分是在荷載作用下產生粘性流動的水泥漿體;另一部分是在荷載作用下不產生流動的惰性骨料。當混凝土受荷時，水泥漿體的流體受到骨料的阻礙，結果使骨料承受較高的應力，而水泥漿體承受的應力隨時間而減小。由于水泥漿體的徐變與加荷應力成正比，因此，隨著加荷應力逐漸從水泥漿體轉移到骨料來承受，從而徐變速率將逐漸減小。蘇聯學者謝依金認為，由結晶的連生接觸點連接起來的結晶水化物，組成了結晶連生體，它是完全彈性，并具有很高的塑性抗剪強度。而托勃莫來石凝膠的彈性極限低，隨時間而增加.在應力作用下，這種凝膠具有粘性流動的性質。

4、塑性流動理論 該理論認為，混凝土徐變類似于金屬材料晶格滑動的塑性變形。當加荷應力超過金屬材料的屈服點后，塑性變形就發生。福格脫(F.Vo gt)觀測到混凝土變形某些方面類似于鑄鐵和其它易碎金屬。金屬材料塑性變形是晶格沿最大剪切面移動的結果，是沒有體積變形的;而混凝土的剪切能力比拉伸能力強。因此，混凝土因剪切發生前的拉伸而破壞。

5、微裂縫理論 在多相混凝土組成材料的界面上，受荷前就有粘結微裂縫存在，這是由混凝土硬化過程中骨料沉降、拌合水析出及干縮應力引起的。對正常工作應力范圍，裂縫界面通過摩擦連續傳遞荷載，微裂縫僅稍微增加一些徐變。當荷載超過正常工作應力時，界面上粘結微裂縫就會擴展并逐漸產生新的微裂縫;當荷載再增加，還會產生少量穿越砂漿的裂縫、甚至產生穿越骨料的裂縫，最后各種裂縫迅速發展并逐漸貫通。蘇聯學者別爾格是蘇聯最早用裂縫的產生和發展來解釋徐變的研究者之一。

6、內力平衡理論 內力平衡理論認為水泥漿體的徐變是由于荷載破壞了開始存在于水泥漿體中的內力平衡狀態，并達到了新的平衡的變化過程。當加荷應力超過正常工作應力時，徐變速率又迅速增大，應力一一應變呈非線性關系，這可用塑性理論和微裂縫理論來解釋。不過，該階段徐變在實際結構中很少發生，通常混凝土結構的徐變最終將趨于穩定。

四、結語

本文詳細闡述了混凝土徐變對結構的影響、及目前國內的混凝土徐變理論，有的理論還在實際結構中得到了應用。但我們應該清楚的認識到這些理論大部分還停留在理論或試驗研究階段，要真正達到實際工程應用則還有比較大的距離。因此，需要我們再深入細致地開展研究，探索更為有效的理論，為早日運用到實際工程中去而努力。