轴拉荷载下混凝土徐变性能的研究

　　轴拉荷载下混凝土徐变性能的研究王德法张浩博2（。西安交通大学，710049西安；2.西安理工大学）破坏试验，观测了混凝土在不同应力水平下的轴拉徐变变形过程，通过分析得到了对应于不同轴拉应力水平时的混凝土的徐变变形规律。当持荷应力低于徐变长期强度时，混凝土在持续拉伸荷载作用下变形速度缓慢，并且不发生徐变破坏；当持荷应力高于徐变长期强度时，混凝土在持续拉伸荷载作用下的徐变变形随时间的增长不断增加，直至发生徐变破坏。这类徐变变形过程一般可以分为3个价段（即徐变减速阶段、稳定徐变阶段和徐变加速阶段）。根据试验结果进得到了混凝土在轴拉荷载作用下的徐变变形表达式。

　　大学建筑工程系，讲师。

　　基金项目：水利部水利水电科学基金资助项目（92068573）。

　　混凝土作为建筑工程中应用广泛的人造石材，其发展极为迅速，己经成为建筑工程中一种不可缺少的材料。人们在对混凝土的研究中发现，混凝土在持续荷载作用下会发生徐变变形。徐变的存在会使混凝土结构的强度降低，缩短其使用寿命。因此，对混凝土在持续荷载作用下的力学特性进行研究就显得十分必要，并且具有实际的应用价值。

　　众所周知，混凝土是一种主要用于承受压力的脆性材料，其抗压强度远远高于抗拉强度t2.以往人们对混凝土的研究主要是针对承压混凝土进行的，得到的结果也只能适用于压应力作用下的混凝土构件。然而，从节约材料、减轻自重、经济设计和充分发挥材料各项承载能力出发，越来越多地对混凝土提出了抗拉性能的要求，特别是对钢筋混凝土结构受拉区混凝土的开裂情况的估算（如蓄水建筑物和有特殊耐久性要求的结构等）完全依赖于混凝土的受拉性能。不仅如此，混凝土的抗裂性能、结构的受剪破坏等都取决于混凝土的受拉性能。对于混凝土在轴向高应力拉伸条件下的徐变破坏的研究，由于混凝土材料的复杂性及试验工作难度较大等原因，国内外资料有限，有待进一步丰富。本文用轴向受拉混凝土试件进行了高应力水平下的徐变破坏的试验研究，观测了在轴拉条件下混凝土徐变变形的过程，得到了对应于不同应力水平时的混凝土的受拉变形，通过分析得到了轴拉混凝土徐变变形规律。

　　另外，根据试验结果进一步得到了混凝土轴拉时的徐变变形表达式。

　　1试验设计1.1试件的原材料及配合比试件所用水泥为秦岭牌普通425号水泥；河中砂，级配良好；河卵石，其大径粒为15mm；混凝土配合比：水泥：砂子：石子：水为1：2.35：4.18：0.67；试件养护龄期为30d.用做试验的混凝土受拉试件为250mmX 50mmX50mm的长方体试件。

　　1.2试件分组本试验中的试件每次成型6个（另有3块立方体抗压试块），连续2次成型，12个为一批，其中拿出4个试件来分别测得其极限抗拉强度，然后取其平均值作为该批试件的瞬时极限抗拉强度，现将试验中混凝土试件的瞬时极限抗拉强度列于表1.表1混凝土试件的强度试验结果平均值抗压强度/MPa抗拉强度/MPa极限应变X106将不同应力水平的试件分散编排在不同批试件平的试验，其约定破坏时间为1个月。如果到约定破坏时间试件未断，则认为该应力水平为非破坏应力水平。

　　1.3加荷及量测设备为了保证混凝土试件轴心受拉，尽量减少偏心的影响，在试验中对混凝土受拉试件两端的加荷固定采用了球形拉杆和平行钢板等装置，如所示。

　　根据持荷应力水平及持荷时间的长短，一般在较高应力水平下、估计24h内能破坏的，在万能材料试验机上进行。在应力水平较低且持荷时间较长的情况下，则采用杠杆持荷装置，通过砝码及杠杆将荷载传递到试件上。试验证明，该装置运行正常、操作方便、性能良好。

　　应变采用Y6D3A型动态电阻应变仪和7V 08数据采集仪测量。破坏时间采用秒表和7V08自动计时装置记录。

　　2轴拉混凝土的徐变变形规律2.1轴拉混凝土徐变曲线轴拉混凝土试件上的应变片可以记录不同应力水平下的受拉变形过程，通过试验得到了对应不同应力水平时的徐变变形曲线。这些曲线反映了应力水平、应变与破坏时间之间的关系。经综合分析后可以看出，全部徐变曲线可以归纳为2种类型：一种类型对应应力水平相对较低时的徐变变形规律；另一种类型对应较高应力水平时的徐变变形规律。本文以具有代表性的徐变曲线和分别来代表这两种类型的徐变曲线。对应的拉应力水平为70对应的拉应力水平为85.中先咀力水平平的试验后进行较低应力水Hshing根据轴拉混凝土土徐变具有的这A2种类型曲线，bookmark1 2.2徐变变形规律我们可以将其徐变变形规律总结如下。

　　（1）当应力水平相对较低时（如），在持续荷载作用下，其变形虽然随着时间的增加而有所增长，但增长速度缓慢，试件在持续荷载作用下历时一个月而未破坏。这可能是由于存在某一应力水平（长期强度），当持续荷载在这一应力水平以下时，构件不会发生徐变破坏。

　　（2）当在较高应力水平时（如），其变形随时间的增加不断增长，直至构件发生徐变破坏。这类徐变曲线一般可以分为3个阶段：在第1阶段，徐变速率随时间的增长逐渐减小，该阶段是混凝土由瞬时弹性阶段向徐变变形转化的过渡阶段，称为徐变减速阶段；在第2阶段，徐变速率随时间的增加变化很小，徐变曲线接近直线，称之为稳定徐变阶段，混凝土内部的微裂缝在该阶段开始萌生与扩展；到了第3阶段，微裂缝得到进一步扩展并贯通为宏观裂纹，该阶段中的徐变速率随时间的增加不断增大，并终导致材料破坏，称之为徐变加速阶段。

　　3总变形及徐变曲线表达式1持荷应力水平低于长期强度时的变形表达式这种类型的曲线以为代表，其本构关系式（t）为徐变系数，即徐变变形与弹性变形之比，可用复合指数形式表示如下现以对应的试验结果为例，确定r和s.由试验结果知则贝I，总变形表达式为根据试验所得s~t曲线，经优化法处理得r=贝i，总应变表达式为其中徐变变形为形；（t）为反映徐变第3阶段（徐变加速阶段）的变形。）；/为徐变第3阶段的起始时间（min）；为参数，由试验资料确定；int为取整符号。

　　现以对应的试验结果为例，确定参数r、s、k、n.由e~t关系曲线可知e 106由第3阶段起始时间为70min可以得到k=70/78=0.90 1，即进入徐变加速阶段（第3阶段）。

　　=0，则处于稳定阶段（第2阶段），g（t）=0. ~t关系曲线，经优化处理得（上接第94页）式（8）中t的单位为min.根据式（8）计算所得到的变形值与试验结果对照列于表3.表3较高应力水平下总应变实测值与计算值持荷时实测值X106计算值X106由表3可知，按式（8）所得到的变形值与试验结果吻合得很好4结束语本文通过对轴心受拉混凝土试件在高应力条件下的徐变特性的研究，得到了对应不同拉应力水平时的混凝土的徐变变形规律。可以看出，轴拉混凝土徐变变形可以归纳为对应于应力水平低于长期强度和应力水平高于长期强度2种情况：①当应力水平低于长期强度时，轴拉混凝土在持续荷载作用下，其变形虽然随着时间的加而有所长，但长速度缓慢，试件在持续荷载作用下不发生徐变破坏；②当应力水平高于长期强度时，其变形随时间的加不断长，直至构件发生徐变破坏，这类徐变曲线一般可以分为徐变减速阶段、稳定徐变阶段和徐变加速阶段。

　　根据试验结果进一步得到了轴拉混凝土的徐变变形表达式，利用此表达式得到的结果与试验结果吻合较好。