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《混凝土结构徐变效应理论》基本概念阐述清晰, 公式推导详尽, 便于自学. 可供土木、交通、市政等系统的桥梁与结构设计、研究、教学人员参考, 亦可作为相关专业本科生和研究生的参考书.
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| 內容簡介： |
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《混凝土结构徐变效应理论》系统、深入地阐述了混凝土结构徐变效应基本概念及计算方法, 主要内容包括：混凝土结构徐变效应基本概念, 预应力混凝土梁徐变效应分析的全量形式自动递进法, 自动递进法与有限元法相结合的徐变效应混合分析,预应力混凝土桥梁徐变效应近似分析的钢筋影响系数法, 考虑剪力滞、徐变、预应力筋松弛影响的预应力混凝土箱梁徐变效应分析, 考虑徐变和收缩影响的钢筋混凝土梁长期变形和裂缝宽度计算, 以及钢筋混凝土板的徐变效应分析等.
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| 目錄：
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前言
第1章混凝土徐变及徐变效应分析基本概念1
1.1混凝土徐变1
1.1.1混凝土徐变的概念1
1.1.2混凝土徐变特性描述1
1.1.3混凝土徐变对结构的影响7
1.2混凝土结构徐变效应分析方法8
1.2.1混凝土的应力应变关系8
1.2.2混凝土结构徐变效应分析方法9
参考文献18
第2章预应力筋长期预应力损失统一计算22
2.1预应力筋长期预应力损失现有计算方法简介22
2.1.1预应力筋长期预应力损失基本概念22
2.1.2部分设计规范预应力筋长期预应力损失计算方法简介23
2.2预应力筋长期预应力损失统一计算方法28
2.2.1截面时变变形分析28
2.2.2预应力筋长期预应力损失统一计算31
2.2.3松弛折减系数的计算33
2.2.4讨论36
2.3算例37
2.3.1公路桥梁算例37
2.3.2铁路桥梁算例39
2.3.3预应力筋松弛折减系数影响因素讨论44
2.3.4关于欧洲混凝土结构设计规范EN1992公式中系数0.8的讨论47
参考文献49
第3章预应力混凝土简支梁徐变效应分析的全量形式自动递进法52
3.1概述52
3.2任意时刻截面内混凝土全量形式的应力、应变关系53
3.2.1任意时刻全量形式混凝土的应力、应变关系53
3.2.2任意时刻考虑截面内力平衡与变形协调的混凝土应力、应变方程54
3.3全量形式自动递进计算57
3.3.1一次加载时全量形式徐变效应分析的广义计算式57
3.3.2多次加载时全量形式徐变效应分析的通用计算式58
3.3.3卸载反向加载时全量形式计算式59
3.3.4梁体长期变形计算61
3.4算例62
参考文献65
第4章预应力混凝土桥梁徐变效应混合分析法68
4.1概述68
4.2预应力混凝土桥梁的单元模型及其刚度矩阵69
4.2.1组合梁单元的位移模式70
4.2.2混凝土对组合单元刚度的贡献70
4.2.3普通钢筋对组合单元刚度的贡献71
4.2.4预应力筋对组合单元刚度的贡献72
4.2.5有限元计算时组合梁单元刚度矩阵的调整74
4.3预应力筋的初始有效应力及其等效节点荷载75
4.3.1预应力筋的初始有效应力75
4.3.2预应力筋等效节点荷载78
4.4混合分析法的思路、步骤及ASUMACS程序79
4.4.1混合分析法的思路和步骤80
4.4.2基于混合分析法的徐变效应分析程序ASUMACS85
4.5算例85
4.5.1预应力混凝土简支梁85
4.5.2预应力混凝土连续梁87
参考文献88
第5章预应力混凝土结构徐变效应近似分析——钢筋影响系数法91
5.1概述91
5.2钢筋对结构徐变效应约束影响系数的计算91
5.2.1钢筋对徐变应变约束影响系数的计算91
5.2.2钢筋对徐变曲率约束影响系数的计算93
5.3预应力混凝土结构徐变效应近似分析94
5.3.1任意时刻混凝土应变、应力的近似计算94
5.3.2任意时刻钢筋应力及挠度增量的近似计算95
5.3.3超静定结构徐变次内力近似计算97
5.3.4关于约束影响系数的讨论98
5.4算例与讨论99
5.4.1基于模型试验梁的钢筋对徐变应变约束影响系数理论值的讨论99
5.4.2基于模型试验梁的钢筋对徐变曲率约束影响系数理论值的讨论100
5.4.3钢筋约束对徐变次内力计算值的影响101
5.4.4徐变上拱试验结果与理论计算值的比较102
参考文献104
第6章等截面预应力混凝土简支箱梁徐变效应分析105
6.1概述105
6.2分布荷载作用下初始时刻考虑钢筋影响的剪力滞效应分析107
6.2.1加载时刻箱梁结构总势能107
6.2.2加载时刻的基本方程111
6.2.3加载时刻应力和挠度计算112
6.3端弯矩作用下的剪力滞效应114
6.4考虑剪力滞和钢筋影响的时变效应分析115
6.4.1任意时刻混凝土、钢筋、预应力筋应力115
6.4.2任意时刻截面内力平衡方程117
6.4.3任意时刻梁体变形和应力求解123
6.5轴向压力作用下截面应力分析125
6.6任意时刻混凝土和钢筋的总应力125
6.7算例126
参考文献131
第7章钢筋混凝土受弯构件长期裂缝宽度计算133
7.1概述133
7.2短期裂缝宽度计算134
7.2.1短期荷载作用下截面应力计算134
7.2.2短期裂缝宽度计算138
7.3长期裂缝宽度计算138
7.3.1未开裂截面徐变效应分析138
7.3.2开裂截面徐变效应分析140
7.3.3长期裂缝宽度计算141
7.4算例143
参考文献146
第8章钢筋混凝土矩形板徐变效应分析149
8.1概述149
8.2任意时刻薄板弹性曲面微分方程的建立149
8.2.1截面时变变形分析150
8.2.2钢筋的应力及弯矩151
8.2.3弹性曲面微分方程152
8.3考虑典型边界的矩形板挠度解152
8.3.1四边简支矩形薄板的挠度解152
8.3.2四边夹支矩形薄板的挠度解154
8.4算例155
参考文献158
附录A公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004
徐变系数、收缩及预应力筋松弛计算公式160
A.1混凝土徐变系数计算公式160
A.2混凝土收缩计算公式161
A.3预应力筋松弛应力计算公式162
附录B铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范TB10002.3-2005徐变系数、收缩及预应力筋松弛计算公式163
B.1混凝土徐变系数计算公式163
B.2混凝土收缩计算公式165
B.3预应力筋松弛应力计算公式165
B.4混凝土弹性模量计算公式166
附录C混凝土结构设计规范GB50010---2010徐变系数、收缩及预应力筋松弛计算公式167
C.1混凝土徐变系数计算公式167
C.2混凝土收缩计算公式168
C.3消除应力钢丝、钢绞线的应力松弛计算公式169
附录DCEB-FIPMC2010徐变系数、收缩及混凝土弹性模量计算公式171
D.1混凝土徐变系数计算公式171
D.2混凝土收缩计算公式173
D.3混凝土弹性模量计算公式174
D.4徐变柔量计算公式175
附录EACI209R-92徐变系数、收缩及混凝土弹性模量计算公式176
E.1混凝土徐变系数计算公式176
E.2混凝土收缩计算公式177
E.3混凝土弹性模量计算公式179
E.4徐变柔量计算公式179
附录FAASHTOLRFD2007徐变系数、收缩及混凝土弹性模量计算公式180
F.1混凝土徐变系数计算公式180
F.2混凝土收缩计算公式181
F.3混凝土弹性模量计算公式181
附录GB3与B4徐变与收缩模型182
G.1混凝土徐变柔量计算公式182
G.2混凝土收缩计算公式183
G.3B4模型185
附录HGL2000徐变与收缩模型186
H.1混凝土徐变系数计算公式186
H.2混凝土收缩计算公式186
H.3混凝土弹性模量计算公式187
索引188
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第1章混凝土徐变及徐变效应分析基本概念
1.1混凝土徐变
1.1.1混凝土徐变的概念
混凝土在恒荷载持续作用下，其变形随时间延续而增加的现象称为徐变.徐变是混凝土的固有特性，所有受荷载作用的混凝土必将发生徐变现象，徐变对混凝土结构的影响称为徐变效应将贯穿混凝土结构建造至整个服役期，且徐变效应依时而变.
由于产生混凝土徐变的机理至今尚没有完全被人们所认识，从1907年Hatt[1]发现混凝土徐变现象至今的一个多世纪内，提出了混凝土徐变机理的各种理论和假设，如黏弹性理论、黏弹性流动理论、塑性流动理论、微裂缝理论、渗流理论、内力平衡理论、固结理论等[2.5]，虽然迄今为止尚没有一种被广泛接受，但普遍地认为，徐变的产生主要与混凝土中水分的迁移、水泥胶凝体的变形、集料的延迟弹性变形有关[5].研究表明，影响混凝土徐变的因素可分为内部因素和外部因素[2;5;6]，内部因素包括材料特性骨料种类、水泥品种、配合比、水灰比、外加剂等、制作养护养护方法、养护时间、养护湿度和温度等和构件几何特性等，外部因素包括混凝土工作环境环境湿度、温度、荷载特征加载时混凝土龄期、持荷时间、荷载应力、反复作用荷载的循环特征等.
对于一般的混凝土结构，徐变应变徐变引起的混凝土应变通常为加载时产生的初始弹性应变的1.3倍，在较干燥环境条件下可能更大Brooks[7]长期试验研究中部分徐变应变为弹性应变的4倍以上，因此，徐变将对混凝土结构的工作性能产生不可忽视的影响.
混凝土受荷载作用后，徐变前期发展快、后期发展慢，持荷30年仍可观测到徐变现象[7].对于混凝土徐变是否有终极值目前尚无定论，但对一般结构来说，一定时间如20年或30年后发生的徐变值对结构的影响很小，可以忽略不计.
1.1.2混凝土徐变特性描述
混凝土徐变特性通常用徐变系数creepcoe±cient、比徐变speciˉccreep和徐变柔量creepcompliance来描述.
徐变系数是指在恒应力作用下，某一时刻混凝土徐变应变与加载时刻弹性应变
之比，用''t;t0表示：
式中，.ct0为混凝土龄期t0时刻加载引起的混凝土应力;"cet0为t0时刻由加载引起的混凝土弹性应变;"crt;t0为t0时刻加载至ttt0时刻的徐变应变;Ec为混凝土弹性模量.
由于混凝土弹性模量随时间而变化，为计算方便尤其采用规范计算公式及相应参数时，规范对徐变系数定义中的Ec取值进行了规定，典型方法有两种：欧洲混凝土委员会{国际预应力协会规范CEB-FIPModelCode1978―2010等[8.11]取为混凝土养护28天时的弹性模量Ec28;美国混凝土协会ACI209委员会报告[12.14]取为加载时刻混凝土的弹性模量Ect0美国混凝土结构设计规范ACI318-08、美国公路桥梁设计规范AASHTOLRFD2007等采用[15.17].
比徐变是指在单位应力作用下某一时刻混凝土的徐变应变，用Ct;t0表示：徐变柔量是指在单位应力作用下某一时刻混凝土的总应变，徐变柔量又叫徐变函数，用Jt;t0表示：
由于影响混凝土徐变特性的因素众多，且一些因素相互耦合作用，因而建立具有良好预测精度的徐变特性表达式的关键是在徐变模型中合理选取影响因素及处理各因素间的相互关系.ACI209.2R-08报告认为[14]，徐变、收缩模型至少应包含下列信息：①混凝土配合比或力学性能如强度或弹性模量;②环境相对湿度;③加载龄期;④干燥持续时间;⑤持荷时间;⑥构件尺寸.
同时徐变、收缩模型还应具有下列功能：①允许用混凝土强度和弹性模量测试值替换;②能够将测试得到的徐变、收缩值通过扩展得到其长期值;③可获得对输入参数值不敏感且易于使用的数学表达式.
水分迁移混凝土内部水分迁移及混凝土中水分与体外环境的交换是产生徐变现象最重要的原因之一，因而水分迁移速率成为影响徐变特性的重要因素，而水分迁移速率不仅与环境湿度有关，还与构件截面几何特性有关，因此，徐变模型中必须有环境湿度参数;通过引入水力半径"过水断面面积与湿周之比的概念，采用构件理论厚度"构件截面积与半周长之比[8.11;18]或\构件体表比"构件体积与表面积之比[12.17]，来体现构件截面几何特性对水分迁移速率的影响.对于骨料种类、水泥品种、配合比、水灰比等内部影响因素，少部分徐变模型将它们单独考虑[3;4]，大部分徐变模型则用混凝土抗压强度来综合考虑[8.18].湿养护结束前后混凝土水分迁移状况发生变化，因而湿养护结束时间往往是应单独考虑的因素，而制作养护其他因素的影响可通过混凝土抗压强度来体现.加载时混凝土龄期、持荷时间对徐变影响明显，必须单独考虑.因此，环境湿度、构件理论厚度或构件体表比、混凝土抗压强度、湿养护结束时间、加载时混凝土龄期及持荷时间等是目前常用徐变模型中的主要参量[8.18]，少部分徐变模型则单独考虑了水泥品种、配合比、水灰比、温度等影响因素[3;4].
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