高性能混凝土收缩预测模型的选用.pdf

2 0 1 1年 第 5期 (总 第 2 5 9 期 ) Nu mb e r 5 i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 1 4 高性能混凝土收缩预测模型的选用 宋灿 ，何大治 ，徐伟 2 ( 1 华北水利水电学院 土木与交通学院 ，河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ；2 同济大学 土木工程学 院 ，上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘要 ： 通过对几种常见收缩模型在预测高性能混凝土 收缩时的准确性进 行比较 ，分析各模型预测精度不同的原因， 评价出适合高性能 混凝土收缩预测 的模型 ， 并为结 构分析及设计中收缩模型 的选用提出了一些建议 。 关键词： 收缩；结构分析；预测模型；高性能混凝土 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 4 0 0 3 Se l e c t i on o f pr e di c t i on model f or t h e s hr i nk a ge o f hi gh pe r f or ma nc e con c r e t e S ON G Ca n ， HE Da - z h i ， XU W e i ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n dC o mmu n i c a t i o n ， N o r thC h i n a U n i v e r s i t yo f Wa t e r C o n s e r v a n c ya n d E l e c t r i c P o w e r ，Zh e n g z h o u4 5 0 0 1 1 ， Ch i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， T o n g i i U n i v e r s i t y ， S h a n g h m 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： By c o n t r a s t i n g t h e a c c u r a c y o f d i ff e r e n t p r e d i c t i o n mo d e l wh e n u s e d t O p r e d i c t t h e s h r i n k a g e o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ( HP C) ， t h e r e a s o n wh y t h e r e i s a d i f f e r e n c e i n t h e a c c u r a c y o f p r e d i c t i o n m o d e l s wa s a n a l y z e d a n d p r e d i c t i o n mo d e l s u i t a b l e t O p r e d i c t the s h r i n ka g e o f HP C wa s o b t a i n e d a n d a l s o s o me s u g g e s t i o n s we r e g i v e o n t h e s e l e c t i o n o f p r e d i c t i o n mo d e l d u r i n g s t r u c t u r a l a n a l y s i s a n d d e s i g n Ke y wor ds ： s h rin k a g e ； s t ruc tur a l a n a l y s i s ； pr e d i c t i o n mo d e l ； h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e 0 引言 收缩是混凝 土所固有的一种依 时变形特性 。 研究 表明 ： 混 凝土的收缩会导致大跨结构及高层建筑结构产生较大的竖向 变形以及不同构件间的内力重分布， 因此有必要评价混凝土的 收缩对大跨结构和高层建筑结构的影响， 并将此作为结构设计 和分析中必不可少的内容l J 。 在评价混凝土收缩对大跨结构和 高层建筑结构的影响时， 准确预测混凝土的收缩是至关重要的。 一 般来说， 在结构分析计算 中由收缩预测而引起的偏差， 较之 在结构分析方法中采用简化方法所带来的偏差更大， 尤其是对 于收缩较为敏感的结构( 超高层建筑 ， 大跨径细长桥梁等) ， 因 此如果在收缩数 据输入 中， 未采用一个 理想的收缩模 型 ， 使用 有限元分析或其他精确的计算方法所得的结论是没有意义的翻 。 然而影响混凝土收缩 的因素较 多 ， 除了混凝土组成材 料本身的 随机性以及环境温度 、湿度等外界条件的随机性等因素外， 施 工现场浇筑和养护方法也会影响到混凝土的收缩【3 j ， 因此要准 确预测混凝土的收缩是很困难的。 另外， 由于目前高性能混凝土 广泛应用于工程结构 中， 而 目前各种规范采用的收缩模型大都 仅适用于普通混凝土， 因而准确预测高性能混凝土的收缩变得 更加困难。如何充分考虑各种因素的影响， 使高性能混凝土收 缩的预测能尽可能地反映实际情况 ， 成为长期困扰广大结构没 计和分析工程师 的难题。 混凝土收缩预测模型一般是通过实测试验数据回归分析得 出， 预测模型的表达式有双曲线函数式、 指数函数式和对数函数式 几大类。 当前主要的收缩预测模型有： B 3 、 AC I 2 0 9 ( 8 2 ) 、 C E B1 9 9 0 以及基于此模型 的 C E B1 9 9 0 ( 9 9 ) 等。 本研究将 通过对几种常见 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 2 1 9 40 模型在预测高性能混凝土收缩时的准确性进行比较， 评价出适 合高性能混凝土收缩预测的模型， 为结构分析及设计中收缩模 型的选用提供合理的建议。 1 混 凝 土 收 缩预 测模 型 1 1 B3 截面的平均收缩应变为： ( t ， t o ) = 一 P k h S ( t ) 式中： s 收缩终值； 湿度影响系数， 按下式取值： f 1 - h O 9 8 k h = 一 2 h = l 水中 ； 内插值0 9 8 h 1 5 ( ) 时间曲线 函数 。 式中各参数的意义及计算见文献【 2 。 1 2 ACI 2 0 9 ( 8 2) 潮湿养护 7 d以后的 自由收缩 ： ( ) 斋 蒸汽养护 l d以后的自由收缩： s m “ 击 式中： 养护终了以后的天数。 ， ：78 O y h y xl 0 ram ton i 各参数的计算见文献 4 。 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 值和标准差。 各个预测模型提出时， 也都给出了评估模型与试验 值符合情况的方法 ， 这些方法相对复杂 ， 但包含了更多的数学 分析和对比较对象更为仔细、 更为合理的考虑。 在众多评估方法 中大 家 较 为 认 可 的 是 B a z a n t和 B a w e j a在 评 估 R I L E M B 3 ( 1 9 9 5 ) 模型时采用的方法 ， 称 为 B 3变异系数法 。 在 B 3变异系数中， 对于第 组试验数据 ， 模型计算值与试 验值之间的误差用变异系数来面 ， 表示。 ， 的定义如下 ： 1 ( A ) ( 9 ) ) m i L l o ) = 一 ( 1 11 1 ) L J n d n I r a l 】= 1 ( ) ( 1 2 ) 式中： n 第 组数据总的数据点数： n 。 第 k时段的数据点数 ； n d 第 组数据所包含的时段数； 选 用数据 的总组数 ： 第 组数据中第 i 个数据点的试验值( 测量值 ) ； 第 组数据中第 i 个数据点的试验值( 测量值) 与相 应的模型预测值 的绝对差值 ； 第 组 数据 中第 i 个数据点 的权重 ； 面 ， 对第 组数据 的变异系数 ； 预测模型相对于所有选用数据组的总体特征变异 系数。 从式 ( 9 ) ( 1 2 ) 可以看 出 ， B 3变异 系数 法得 出的实际上是 模 型预测值与实测值差值对实测值的一种总体相对误差 。 对某 一 个预测模型而言， 总体特征变异系数越小， 则该模型预测值 的相对误差越小 ， 与试验数据符合的程度越高， 计算精度越高。 ( 2 ) 几种常见模型计算精度比较。 为了评估几种常见收缩模 型在预测高性能混凝土时的精度 ， 利用前文 中模型预测结果及 所选取的试验数据， 并采用 B 3 变异系数法计算了各个模型相对 于每组试验数据的变异系数历， 及其相对于所有数据组的总体 特征变异系数历 由于评估模型时所选取的试验数据均为高性 能混凝 土收缩数据 ， 因此 ， 模型评估 结果代表 了该模 型在预测 高性能混凝土收缩的适合性。 表 1 分别列出了预测模型在预测 高性能混凝土收缩时的变异系数。 表 1 几种收缩预测模型精度 比较 从 表 1列 出的几种 收缩预 测模 型的总体 变异 系数来看 ， C E Bl 9 9 0 ( 9 9 ) 和 A C I 2 0 9 ( 8 2 ) 在预测高性能 混凝 土收缩时表 现 最好 ， 得到的预测结果较为理想 ； 采用 B 3模型得到的预测结果 次之， 而采用C E B 1 9 9 0 模型得到的预测结果最不理想。 产生这一 结果 的原因主要是 ： 与普通混凝土 的收缩 相 比， 高性能混凝 土 的自生收缩在整个收缩值中所占的比例大大增加， 具有早期收 缩值较 大的特点 ， 而只有 C E B 1 9 9 0 ( 9 9 ) 模 型考虑这一影 响 ， 因 此精 度最好 ； AC I 2 0 9 ( 8 2 ) 模型高估 了普通混凝土 的收缩 ， 同时 由于其不考虑混凝土的自生收缩， 因而由此模型得到的高性能 混凝土收缩预测值与试验值比较来看， 早期符合程度反而较好， 但两者的后者符合程度较差。 总体来看 ， 由于混凝土组成材料特性以及影响高性能混凝 土的收缩因素的高度随机性 ， 高性能混凝土的收缩预测精度不 大， 变异系数均大于 1 5 。 在实际工程中如需准确预测高性能混 凝土的收缩， 除选取合适的预测模型外， 建议通过开展实验室试 验来对预测模型的若干参数进行修正， 以提高收缩预测的精度。 3结 论 ( 1 ) 在预测 高性能混凝土的收缩时 ， 几种常见收缩预测模型 的结果 与实测值相符程度不一 ， C E B 1 9 9 0 ( 9 9 ) 和 AC I 2 0 9 ( 8 2 ) 预 测结果与实测值吻合较好， B 3模型的吻合程序次之， C E B1 9 9 0 模型的吻合程度较差 。 ( 2 ) 通过采用 B 3变异 系数 法对各收缩 预测模 型的精度进 行对比可知， C E B1 9 9 0 ( 9 9 ) 和 A C I 2 0 9 ( 8 2 ) 的总体特征变异系 数比较接近且均较小， 而B 3和 C E B1 9 9 0的总体特征变异系数 较大， 说明采用后两个模型预测高性能混凝土收缩时的相对误 差越小 ， 预测精度差。 4 2 ( 3 ) 与普通混凝土相比， 高性能混凝土的自生收缩在整个 收缩值中所 占的比例较大， 具有早期收缩值较大的特点， 而只 有 C E B1 9 9 0 ( 9 9 ) 模型考虑这一影响 ， 因此该 收缩模 型的预测结 果较为理想 。 ( 4 ) 由于混凝土组成材料特性以及影响高性能混凝土的收缩 因素的多样性， 商性能混凝土的收缩预测精度不大， 在实际工程应 用中应对模型参数进行合理的修正以提高收缩的预测精度。 参考文献 ： 1 王润富， R o b e r t L Y u a n 高层建筑的垂直变形分析【 J 建筑结构学报， 1 9 9 0 ( 1 1 ) ： 2 3 2 9 2 】B A Z AN T Z P， B A WE J A S C r e e p a n d s h r i n k a g e p r e d i c t i o n mo d e l f o r a n a l y s i s a n d d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s - mo d e l B3， RI LEM ic o lT ll n e n d a t i o n J Ma t e r i a l a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 9 5 ( 2 8 )： 3 5 7 3 6 5 3 张巍， 杨全兵 混凝土收缩研究综述叨低温建筑技术， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 4 - 6 【 4 周履 ， 陈永春 收缩徐变【 M 】 C 京： 中国铁道出版社 ， 1 9 9 4 ： 3 2 8 3 3 2 【 5 】G R 1 B N I AK V， K AK L A U S K AS G， B A C I NS K AS D s h ri n k a g e i n r e i n f o r c e d c o m c r t e t e s t r u c t u r e s ： a c o m p u t a t i o n a l a s p e e t J j o u r n al o f c i v i l e n g i n e e r i n g a n d ma n a g e me n t ， 2 0 0 8 ， 1 4 ( 1 ) ： 5 1 - 5 3 6 1 宋康 S R C超高层建筑竖向依8 寸 变形差异的研究分析 D 】 上海： 同济 大学土木工程学院 ， 2 0 0 2 7 李家和， 刘铁军， 吕毅 高强混凝土收缩及补偿措施研究咖 混凝土， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 2 8 2 9 8 1 周建民 考虑时间因素的混凝土结构分析方法 D 】 上海 ： 同济大学土 木工程学院， 2 0 0 6 【 9 19 李益进， 周士琼， 尹建 ， 等 超细粉煤灰高性能混凝土的力学性能【 J J 建筑材料学报 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 2 3 2 9 作者简介： 宋灿( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 博士， 讲lJ 币， 研究方向： 结构工程、 土木工 程施工 。 联系地址： 河南省郑州市北环路 3 6 号 华北水利水电学院土木与交 通学院 ( 4 5 0 0 1 1 ) 联系电话 ： 0 3 7 1 - 6 5 7 9 0 8 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m