混凝土收缩徐变对结构的影响.pdf

2023.23 科学技术创新混凝土收缩徐变对结构的影响曾树佳1，刘春花1，陈明2（1.广州建筑股份有限公司，广东 广州；2.广州一建建设集团有限公司，广东 广州）随着我国经济的蓬勃发展，现如今我国大部分的房屋建筑采取混凝土结构。在结构施工过程中，建筑整体施工荷载、质量、几何形体都在随着时间不断的变化1-2，这种变化累积会导致竖向变形差逐渐增大3，从而产生较大的附加弯矩，影响构件的安装与使用，降低了结构的施工质量同时增大了结构分析的难度4。传统混凝土结构设计整体分析时一般是一次成型的，在计算过程中未考虑结构补偿措施。结构构件在混凝土时变特性的影响下5，导致结构在不同施工阶段存在差异，在模拟分析时，要考虑结构的时变效应6。林其涛等7以某高层为研究对象，采取精准模拟法进行施工过程模拟分析，结果显示考虑收缩徐变分析与实测值复合较好；尹伟康等8以某超高层为研究对象，研究了结构在重力荷载长期作用下，混凝土收缩徐变对结构体系水平变形影响较小，对结构竖向变形影响较大，竖向变形最大值在中上部楼层。赵建9等以某超高层巨型混合结构为研究对象，分析了混凝土弹性模量发展对结构竖向变形的影响，结果显示混凝土收缩徐变对超高层结构的变形及内力影响较大。为了使模拟分析更加的精确，本研究采取CEB-FIP（1990）10规范中的混凝土收缩徐变模型11，分别用一次加载法和精准模拟施工法对结构各个施工阶段进行模拟分析，使用生死单元技术一步一步激活”生死单元”，同时激活施工步骤对应的施工阶段荷载，并根据结果进行对比分析。1模拟分析方法1.1CEB-FIP（1990）徐变模型根据规范 CEB-FIP（1990）模型规定，徐变模型采取滞后弹性变形和塑性变形相加的徐变系数表达式。混凝土徐变系数的计算公式为：混凝土徐变系数为：（1）式中：t0为开始加载时的混凝土龄期；按混凝土抗压强度（）计算的参数；取决于加载龄期（t0，天）的参数；为取决于环境的参数。徐变随应力持续时间的变化系数为：（2）式中：取决于相对湿度和构件尺寸。混凝土徐变系数模型见图 1。摘要：混凝土具有收缩徐变的时变特性，对施工过程中结构的竖向变形造成影响。一般混凝土结构设计整体分析往往采取一次成型整体验算，未对结构采取补偿措施，不能很好的反应混凝土在施工阶段的力学性能。为了探究混凝土收缩徐变对结构竖向变形的影响，以某结构为研究对象，采取 CEB-FIP（1990）规范中的混凝土收缩徐变计算模型，考虑混凝土收缩徐变、施工荷载以及结构自重等影响，分别用一次加载法和精准模拟施工法对结构进行施工模拟分析，最后根据分析结果进行比较。结果表明：施工过程中混凝土收缩徐变会对结构竖向变形造成影响，精准模拟施工法采取混凝土补偿值呈现“中间大、两头小”的规律，计算结果更接近实际情况。关键词：混凝土收缩徐变；结构竖向变形；一次加载法；精准模拟施工法；施工荷载中图分类号院TU745.1文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤23-0157-04基金支持：广州市建筑集团有限公司科技计划项目-合同编号：2023-KJ002、2023-KJ003。作者简介：曾树佳（1969-），男，本科，高级工程师，主要从事施工生产管理方面的工作。157-科学技术创新 2023.23图 1混凝土徐变系数模型1.2收缩应变（CEB-FIP 1990 模型）根据规范 CEB-FIP（1990）规定。素混凝土构件在未加载情况下的平均收缩（或膨胀）应变的计算式为：（3）式中名义收缩系数（即极限收缩变形）取为：取决于水泥品种；取决于环境的相对湿度。收缩应变随时间变化的系数取为：（4）式中：t 和 ts为混凝土的龄期和开始收缩（或膨胀）时的龄期和天；Ac为构件的横截面面积，mm2；u 为与大气接触的截面周界长度，mm。混凝土收缩应变模型见图 2。图 2混凝土收缩应变模型1.3一次加载法和精准模拟施工法根据结构的加载分析方式，结构施工模拟分析方法分为一次加载法和精准模拟施工法。一次加载法就是通过整体全部加荷载获得各个施工阶段变形响应之和。精准模拟施工法就是层数不断的增加，结构组、荷载组、边界组不断变化，每一个施工阶段结束后即对结构刚度矩阵进行重组，对结构变形进行补偿，仅反映某一阶段的变形情况。2工程概况本工程某学校综合体育馆共五层，其中地上四层，地下一层，楼层标高 18.6 m，混凝土等级采取C40，屋盖造型采用钢管桁架结构。本结构设计安全等级为二级，设计使用年限为 50 年，地震设防烈度为 7度，按中震弹性设计，水平地震影响系数最大值 0.23，场地土类别为类，结构抗震设防类别为重点设防类(乙类)。基本风压（重现期 100 年）:0.50 kN/m2，基本雪压（重现期 100 年）：0.30 kN/m2，取雪荷载和活荷载中的大值。模型见图 3。图 3结构模型3模型建模3.1模型建立模型梁板柱单元主要通过 CAD 三维模型导入Midas/gen，并赋予结构单元、尺寸、材料和边界特性。3.2结构施工阶段划分根据结构特点，模拟分析采取 10 天一层，根据模型划分结果，CS1 至 CS5 各施工阶段模型见图 4。4施工模拟结果对比分析模型在一次加载法和精准模拟施工法分别作用下的结构变形见图 5、图 6。其中图中包含徐变、弹性收缩、收缩、总变形四种变形。一次加载法变形见图 5。精准模拟施工法见图 6。从图 5 可以看出变形呈逐渐增长的趋势，从图 6158-2023.23 科学技术创新图 4CS1 至 CS5 施工阶段结构模型中可以看出每个施工阶段变形呈现“中间大、两头小”的规律。根据两种计算方法得到结构数据进行分析对比，见表 1。从表 1 可以得出一次加载法峰值均在顶层，精准模拟施工法均在第 2 层；一次加载法徐变、收缩、总变形均大于精准模拟施工法，并且变形值将近是精准模拟 施 工 法 的 2倍。结束语根据 CEB-FIP 1990 模型，通过采取一次加载法和精准模拟施工法对结构进行模拟分析，结构表明：混凝土收缩徐变对施工过程中结构变形会有影响；采取精准模拟施工法最大竖向总变形值呈现“中间大、两头小”的规律，应该加强中间楼层变形的控制。参考文献1王忠良,刘德辉,郭智华，等.考虑混凝土收缩徐变的超高层复杂结构施工全过程模拟J.建筑结构,2023,53(11):137-142.图 5一次加载法变形图 6精准模拟施工法徐变变形 收缩变形 总变形 参数 层数 最大值/mm 层数 最大值/mm 层数 最大值/mm 一次加载法 5 1 5 0.2 5 1.7 精准模 拟施工法 2 0.52 2 0.08 2 0.85 表 1模型结果对比159-科学技术创新 2023.23Effects of Concrete Shrinkage Creep onStructuresZeng Shujia1，Liu Chunhua1,Chen Ming2（1.Guangzhou Construction Co.,Ltd.,Guangzhou,China;2.Canton One Construction Group Co.,Ltd.,Guangzhou,China）Abstract:Concrete has the time-varying property of shrinkage and creep,which affects the verticaldeformation of the structure during construction.The overall analysis of general concrete structure designtends to take the overall calculation of one-time moulding,without taking compensatory measures for thestructure,which cant respond well to the mechanical properties of concrete in the construction stage.Inorder to investigate the effect of concrete shrinkage creep on the vertical deformation of the structure,astructure as the object of study,take the CEB-FIP(1990)specification of the concrete shrinkage creepcalculation model,taking into account the effects of concrete shrinkage creep,construction load and structuralweight,respectively,with a loading method and accurate simulation of construction method of constructionsimulation analysis of the structure,and finally based on the results of the analysis for comparison.Theresults show that the concrete shrinkage creep during the construction process willaffectthe verticaldeformation of the structure,and the accurate simulation construction method adopts the law that thecompensation value of concrete shows“big in the middle and small at both ends”,and the calculation resultsare closer to the actual situation.Key words:concrete shrinkage creep;structural vertical deformation;single loading method;accuratesimulation of construction method;construction loads2Shu-cai Li,Cong Hu,Li-ping Li,Shu-guang Song,YiZhou,Shao-shuaiShi.BidirectionalconstructionprocessmechanicsfortunnelsindippinglayeredformationJ.TunnellingandUndergroundSpaceTechnologyincorporatingTrenchlessTechnologyResearch,2013,36.3贾红学,张旭乔,白洁，等.施工速度对超高层结构竖向变形的影响J.建筑结构,2021,51(S1):2254-2257.4宋博翰.混凝土收缩徐变对超高层结构竖向位移的影响研究J.中国水运(下半月),2023,23(5):131-132.5燕乐纬,程瀛,陈洋洋,等.基于时变力学分析的某高层框架-核心筒结构施工模拟J.建筑科学,2017,33(3):107-112.6李瑞礼,曹志远.结构工程施工分析的材料时变效应J.同济大学学报(自然科学版),2003(8):926-930.7林其涛,汪渲淋,王箫童，等.混凝土收缩徐变对珠海铁建大厦施工阶段的影响 J.土木工程与管理学报,2022,39(1):94-99，107.8尹伟康,徐麟,彭林海，等.超高层项目重力荷载作用下收缩徐变分析J.建筑结构,2021,51(S1):186-192.9赵建,周定松,周佳，等.混凝土收缩徐变对超高层巨型混合结构竖向变形和关键构件内力的影响与控制J.建筑结构,2020,50(1):44-51.10CEB-FIP model code 1990 S.London:ThomasTelford Ltd,1990.11张花杰,马少春,赵跃港，等.核心筒领先层数对超高层结构竖向变形影响的分析J.河南大学学报(自然科学版),2022,52(3):337-347.160-