混凝土桥梁徐变影响因素敏感性分析.pdf

第 3 9卷 ， 第 2期 2 0 1 4年 4月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 9，No 2 Ap r， 2 0 1 4 混凝土桥梁徐变影响因素敏感性分析 秦煜 ， 刘来君 ，徐长春。 ， 秦光祥 ， 易志坚 ( 1 中国中铁二院重庆勘察设计研究 院有 限责 任公 司，重庆4 0 0 0 2 3 ； 2 重庆交通大学 ， 重庆4 0 0 0 7 4 ； 3 长安 大学 公路学院 ， 陕西 西安7 1 0 0 6 4 ) 摘要 徐变是 混凝土桥梁结构耐久性和安全性的重要影 响因素 ， 同时 混凝土徐 变特性 又受到诸多 内部 和 外界 因素影 响。基 于主成分分析法 ， 建立 混凝 土桥 梁徐 变影 响因素指标体 系， 选取 5 4组 混凝 土徐变试验数 据作 为 样本数 据 ， 分析混凝土桥梁徐变影响因素敏感性。研究 结果表 明： 主成 分分析方 法可得 出各项 因素对混凝 土桥梁 徐变影 响力度 ， 适用于混凝土徐变影 响因素敏感性 分析 ； 水 泥用量 、 集料含 量 、 水 灰 比和构 件有效 厚度等 因素对 混 凝 土桥 梁徐变影响最 大 ； 减水剂含量对混凝土桥梁徐变影响则甚小。 关键词 桥梁工程 ；混凝土 ；徐变 ； 影响 因素 ；敏感 性 中 图分类号 】U 4 4 4 文献标识码 】A 文章编号 】1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 5 4 0 5 S e n s i t i v i t y An a l y s i s f o r Co n c r e t e Br i dg e Cr e e p QI N Y u ， LI U L a i j u n ， XU C h a n g c h u n ， QI N Gu a n g x i a n g ， YI Z h i j i a n ( 1 C R E E C ( C h o n g q i n g ) S u r v e y ，D e s i g n a n d R e s e a r c h C o L t d ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 2 3 ，C h i n a ； 2 Ch o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 7 4，C h i n a ； 3 S c h o o l o f Hi g h wa y ，C h a n g a n U n i v e r s i t y ， X i a n ，S h a n x i 7 1 0 0 6 4， C h i n a ) A b s t r a c t C r e e p i s a n i mp o r t a n t f a c t o r f o r t h e d u r a b i l i t y a n d s a f e t y o f c o n c r e t e b r i d g e s A n d c r e e p i s a f f e c t e d b y n u me r o u s i n t e r na l a n d e x t e r n a l f a c t o r s Th e i n de x s y s t e m o f c o n c r e t e c r e e p i s e s t a b l i s he d Th i s p a p e r a n a l y z e t h e s e ns i t i v i t y o f f a c t o r s i n flu e n c i ng c o n c r e t e b r i d g e c r e e p b y P r i nc i p a l Co mp o n e n t A- n a l y s i s ( P C A)i n t h e b a s e o f 5 4 g r o u p s s a m p l e d a t a T h e r e s u l t s s h o w t h a t P C A c a n c a l c u l a t e t h e i m p a c t o f f a c t o r s for c o n c r e t e br i d g e c r e e p；e e l n e n t c o nt e n t ，a g g r e g a t e c o n t e n t ，wa t e r c e me n t r a t i o a n d e f f e c t i v e t h i c k n e s s ha s a g r e a t e r i mp a c t o n t h e c o n c r e t e b r i d g e c r e e p a n d s u p e r p l a s t i c i z e r h a s a l e s s i mp a c t Ke y w o r d s b r i d g e e n g i n e e r i n g ； c o n c r e t e ； c r e e p ； f a c t o r ； s e n s i t i v i t y 1 概述 徐变是混凝土最基本最重要的特性之一。混凝 土徐变对桥梁结构变形、 内力和应力分布有很大的 不利影响 ， 进而影响到桥梁耐久性和安全性。而混 凝土徐变特性又受到诸多 内部 和外界因素的影响。 因此 。 有必要对混凝土徐变影响因素展开深入研究 ， 以减小徐变对桥梁结构的不利影响。 关于混凝土桥梁徐 变影响因素问题 ， 国内外 已 进行了相关研究。孙海林等人对高强轻骨料混凝土 收缩和徐变进行了研究， 试验证 明轻骨料含水率直 接影响混凝 土收缩 发展速 度、 而对 徐 变影 响则较 小 。邢万里等人通 过试验考察 了应力水 平等 因 素对混凝土高温短期徐变 的影响 ， 结果表 明混凝土 高温短期徐变与持荷时间具有幂 函数关 系， 与加载 温度 呈 抛 物 线形 正 相关 ， 随 应 力 水平 提 高 而 增 加 。美国 U l m等人 从纳米尺度研究 了水化 硅 酸钙徐变 ， 证明混凝 土徐变率很有可能取决于 自由 体积颗粒纳米尺度极限排列密度的重新组合。柯敏 勇等人基于双轴十字交叉箱梁试验研究了高强混凝 土双轴徐变特性 ， 结果表明双轴应力组合对高强混 凝土徐变影响 巨大 。 目前 已有研究工作 主要集 中在采用室内或现场试验方法 ， 分析混凝 土原材料 及组成 、 制造养护工艺、 外部影响因素及微细观结构 变化对混凝土徐变的影响规律 ， 探讨各项影 响因素 收稿 1 3 期 】2 0 1 3 一 l 1 2 0 【 基金项 目】国家西部交通建设科技项目 ( 2 o o 9 3 1 9 8 i 2 0 5 0 ) ； 甘肃交通科技项目( 2 0 0 9 一 o 5 ) ； 中铁二院工程集团有限责任公司科研项目( 1 4 1 2 6 1 4 6 ) 作者简介】秦煜( 1 9 8 3 一) ， 男 ， 甘肃敦煌人 ， 工程师 ， 博士 ， 研究方 向为桥梁结构理论。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 秦煜 ， 等 ： 混凝土桥梁徐变影响 因素敏 感性 分析 5 5 作用机理和混凝土徐变产生的本质原 因 引。但关 于混凝土徐变影响因素敏感性分析的相关工作尚较 为少见 ， 需进一步研究 。 本文基于主成分分析法 ， 综合考虑 内部 和外部 影响因素 ， 遵循可测性 、 完备 性等原则建立 指标体 系 ， 选取混凝土徐变试验样本数据 ， 进行样本数据处 理及分析 ， 揭示混凝土桥梁徐变影响因素的敏感性。 2主成分分析方法 主成分分析法是通过构建原始评价指标 的某种 线性组合 ， 得出若干互不相关的新综合指标 ， 从 中选 取少数新综合指标并使之含有大部分原始评价指标 表达的信息 ， 进而实现少数全新 的综合指标代替原 始评价指标分析问题和解决 问题 。 在样本数据标准化处理之后 ， 通过数学变换将 原有的多个因素因子转化为少数几个相互线性无关 的主要分量 ， 实现主成分 的选择。主成分分析法基 本计算流程为 ： 确定样本观测值。 r p 1 设样本数据矩阵X为X= I i I 【 。 D 兀 J 式中： x lj 为 的元素， i =1 2 ， ， P ， _ =1 ， 2， ， n 。 数据标准化 。 为消除量纲不同带来 的影响， 用 Z - s c o r e 法对数 据进 行标 准化 变换 ： 1， 2， ， 2， ( 1 ) 式 中 ： X i 音 ； s ( 一 百) ( 一 ) 。 r ， ，- - 1 从 而 得 到 标 准 化 矩 阵 ： Y l ； i I L y - J 计算样本相关阵。 通 过式 ( 2 ) ： Yij Yi k 士n 1 毫 S S 一 ； L l= l J R =I ： ： l L l n D nJ Q R Q = A1 则 A 。 ， A ， ， A 为 的 P个 特征值。设按从 大到t l , y aJ 有 ：A 。 A 2 A P0 。Q的各列 a = 【 a r， ：l ， 2 ， ， P ， 即为 A 所对应的 正规 化 特征 向量 。 建立主成分。 主成分分析法 的基本思想就是选 取尽量少的 K 个主成分 ( K1 0 8 5 ， 选 j =1 j ：1 取六个主成分 ： F 。 、 F 、 F ， 、 F 、 F 、 F 。各 主成 分对 应 的特征 向量 见表 4 。 因此 6个 主成 分可 表示 为 ： FI=01 08 1 C，一0 4 1 0 3 C +0400 5 R c+ 表 4特征 向量 T a b l e 4 Ei g e n v e e t o r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 公路工程 3 9卷 0 4 2 0 4 R c一0 2 7 9 7 c+0 4 2 5 7 尺2 一 0 3 7 8 9 R 一0 21 2 7 R 一0 1 40 6 T+ 0 1 2 2 0 R，0+0 0 0 2 8 S F2= 一0 3 8 8 6 C， ， 一0 3 0 9 3 C +0 3 2 7 3 R c一 0 1 0 4 2 R c+0 3 5 8 7 R c一0 1 61 8 R2 + 0 0 0 0 8 R +0 3 5 6 2 RH一0 5 27 0 T一 0 01 4 0 R|o+0 2 7 5 0 S L F3=0 1 6 4 7 Cr一0 0 5 8 1 C +0 0 4 2 9 R c一 0 0 2 3 1 R c+0 0 3 7 6 R c+0 0 3 6 4 R2 + 0 0 9 4 2 R 一0 3 4 5 5 R +0 0 3 0 6 T一 0 7 31 0 Rm+0 5 4 8 5 S L F4= 一0 0 4 6 3 Cr一0 0 8 2 3 C +0 0 9 9 0 R c+ 0 31 7 4 R c一0 3 9 5 3 Rw R c+0 1 61 0 R2 s+ 0 5 9 5 6 Rm +0 5 31 8 R +0 1 1 0 0 T一 0 21 7 6 R 一0 0 3 6 3 S L F5= 一0 4 9 8 1 Cr+0 1 9 8 5 C 一0 2 5 5 3 R c+ 0 2 7 9 9 R c一0 0 2 6 3 R c+0 1 9 8 7 R2 + 0 0 2 8 7 R 一0 0 9 6 3 R+0 1 9 3 1 T+ 0 3 5 9 4 R10+0 5 9 3 6 SL F6： 一0 6 9 7 6 Cr+0 0 8 4 3 C 一0 0 1 4 6 R c+ 0 1 67 3 Rr c一0 1 2 2 2 R R c一0 1 0 2 9 R2 5 0 I 3 6 6 R 一0 2 4 8 6 R 一0 01 8 2 T一 0 41 6 4 Rm一0 4 4 5 3 SL 4 3样本 分析 结果 分析表 3 、 表 4可得到： 第 1主成分的贡献率达到 3 5 ， 主要包含水泥 用量、 集料含量、 水灰 比和构件有效厚度等因素。前 3项属于混凝土材料性质的组成部分 。有效厚度是 混 凝土 构件几 何特性 的主要指 标 。 第 2主成分体现了环境温度的影响。第 3主成 分主要与加载龄期相关。第 4主成分集 中体现了养 护湿度和环境湿度的作用。养护湿度代表混凝土制 造养护工艺 ， 而环境湿度集 中体现了外部因素对混 凝土收缩的影响。第 5主成分突出了应力水平的影 响。第 6主成分突出了水泥品种的作用。同时需注 意到 ， 减水剂含量没有体现出来。 通过对 比分析 可知 ，5 4组混凝 土徐变试验样 本数据敏感性分析结果与文献 1 2一l 8所得结论大 致相同， 说明本方法可以简要有效地分析混凝土徐 变影 响因素敏感性 。 5 结论 本 文将 主成分分析法 引入到混凝土桥梁徐 变影响因素敏感性研究中， 提出了 1 1个单项组成的 指标体系。 通过分析 5 4组混凝土徐变试验样 本数据， 得出各项因素对混凝土徐变影响力度， 揭示混凝土 桥梁徐变的主次影响因素， 进 而为减小徐变对桥梁 结构不利影响提供理论依据。 主成分分 析方法适用于混凝土徐变影响 因 素敏感性分析 ， 且理论 清晰、 操作性强； 若样本量更 大 ， 混凝土徐变影响因素敏感性分析精确度可更高。 参考文献 1 孙海林 ， 叶列平 ，丁建彤 ， 等 高 强轻骨料混凝土收缩 和徐变 试验 J 清华大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 7 ， 4 7 ( 6)： 7 6 5 7 6 7， 7 8 0 2 邢万里 ，时旭东，倪健刚 ，等 基于试验的混凝土高 温短期徐 变计算模型 J 工程力学 ， 2 0 1 1 ， 2 8 ( 4 )： 1 5 81 6 3 3 Ma t t h i e u V a n d a mm e ，F r a n zJ o s e f U l mN a n o g r a n u l a r o r i g i n o f c o n c r e t e c r e e p J P r o c e e d i n g s o f t h e N a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e s ， 2 0 0 9，1 0 6 ( 2 6 ) ： 1 0 5 5 21 0 5 5 7 4 柯敏勇 ， 刘 海祥 ，陈松桥用高 强混凝 土双轴徐 变试验 研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 I 2 ， 3 3 ( 6 ) ： 1 1 61 2 2 5 张运涛 ， 盂少平 ， 惠卓 ， 等苏通大桥连续刚构桥主梁混凝 土徐 变试验研究 J 公路交通科技 ， 2 0 1 0， 2 7 ( 4 ) ： 1 0 1 1 0 7 6 慕儒 ，田稳苓 ，白彦 岗干燥失 水对混凝土 徐变的影 响 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ，( 1 0 ) ： 3 1 3 3 7 赵庆新 ， 孙伟 粉煤灰掺量和水胶 比对高性能混凝 土徐变性 能 的影响及其机理 J 土木工程学报 ， 2 0 0 9 ， 4 2 ( 1 2 ) ： 7 6 8 2 8 邓宗才 ，徐海宾 ，李辉，等高性 能混凝土徐变规律的试验研 究 J 北京工业 大学学报 ， 2 0 1 3 ， 3 9( 6 ) ： 8 9 7 9 0 1 9 余锦华 ， 杨维权多元统计分析与应用 M 中山 ：中山大学 出版社 ， 2 0 0 5 ：1 9 71 9 8 1 0 张红 ，林 荫 ， 刘 平 基于主成分分 析的房地产上市公 司盈 利 能力分析 与预测 J 清 华大学学报 ： 自然科学 版，2 0 1 0， 5 0 ( 3 ) ： 4 7 04 7 3 1 1 李波 ， 韩森 ， 徐鸥明 ， 等 基于主成分分析法的沥青路面使用 性 能评价 J 长安大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 9， 2 9( 3 )： 1 5 一 l 8 1 2 B u r g ，R G ，Os t ，B W“ E n g i n e e r i n g P r o p e r t i e s o f C o m me r e i a l l y Av a i l a b l e Hi g h S t r e n g t h Co nc r e t e s ” Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t B ul l e t i n RD 1 0 4 T， P o r t l a n d Ce me n t As s o e i a t i o n Z S k o k i e ， I l l i n o i s( 1 9 9 2 ) 1 3 H a n，N ，Wa l r a v e n， J C “ C r e e p a n d S h r i n k a g e o f Hi g h S t r e n g t h Co n c r e t e a t Ea rly a n d No r ma l Ag e s ” Ad v a n c e s i n C on c r e t e T e c h n o l o g y，Pr o c e e di n g s o f S e c o n d CANMET ACI I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m ，L a s Ve g a s ， e di t e d b y VM Ma l - h o rt a Z Am e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e 。S P 1 5 4 ，( 1 9 9 5 )7 3 9 4，De t r o i t ，US A 1 4 We s e h e ，K ；S c h r a g e ，I ；v o m B e r g ，W C r e e p a n d R e l a x a t i o n T e s t s o n V e r y O l d C o n c r e t e J D t s e h A u s s c h u s s ( 下转第 7 1页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 徐 伟 ， 等 ： 再生沥青混合料沥青胶浆微观状态测试方法研究 7 l 化锌颗粒分布分辨率可作为示踪剂分析再生沥青胶 浆的新旧沥青混合状态 。 基质沥青掺有 4 纳米氧化锌后， 其针人度、 软 化 点、 延 度 ( 1 0 o C和 1 5) 、 粘 度 ( 6 0 和 1 3 5 o C) 变化不明显 ， 基本不影响沥青性能。 统计分析表明 R A P集料表面沥青胶浆厚度 约 1 0 03 0 0 I x m， 通过测试 1 0 03 0 0 Ix m范围内示 踪剂纳米氧化 锌在 沥青 胶浆 中 的分 布状 态， 采 用 S E M及能谱仪测试 纳米氧化锌在在再生沥青胶浆 中分布状态( 另文介绍) ， 从 而分析新 旧沥青相融状 态 。 本文研究表明 ， 纳米氧化锌可以作为示踪剂来 标记新沥青 ， 采用扫描电镜和能谱仪测试示踪剂分 布 ， 以分析再生沥青胶浆中新旧沥青混合状态 ， 为后 续研究再生沥青混合料 中新旧沥青混合状态和混合 机理提供 了直接测试分析手段。 参考文献 1 刘琳 ，高及阳就地热再生路 面中再生沥 青的研究 J 】 公路 工程 。 2 0 1 1 ， 3 6 ( 3 ) ： 3 8 4 1 2 杨毅文 ， 马涛 ， 卞国剑， 等 老化沥青热再生有效沥青 率检测方 法 J 。 建筑 材料学报 ， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 3 ) ： 4 1 84 2 2 ， 3 I ma d L A 1 Q a d i ，S a mu e l HC a r p e n t e r ， e t D e t e r m i n a t i o n o f Us a b l e Re s i d u a l As p h a l t Bi n d e r i n RAPHW A I CT- 0 931 z I l l i n o i s C e n t e r f o r T r a n s p o r t a t i o n ， U n i v e r s i t y o f I l l i n o i s a t Ur b a n a Ch a mp a i g n，Ur b a n a，I L，2 0 0 9 4 A I Q a d i ，I L ，ME l s e i fi， S HCa r p e n t e r ， Re c l a i me d A s p h a l t P a v e me n t A Li t e r a t u r e Re v i e w FHW A I CT- 0 7- 0 01 I l l i - n o i s C e n t e r fo r T r a n s p o r t a t i o n z U n i v e r s i t y o f I l l i n o i s a t U r - b a na - Ch a mp a i g n，Ur b a n a，I L，2 0 0 7 5 薛茹君无 机纳米 材料 的表面修 饰改性 与物性 研究 D 合 肥 ： 合肥 工业大学 ， 2 0 0 8 6 付晶晶 K 5 7 5 D X溅射镀 膜仪 反应溅 射制备 Z n O薄膜的研 究 D 天津 ： 天津大学材料与工程学院 ， 2 0 1 1 7 张玲洁 ，郭兴 忠 ，杨辉 ， 等S E M E D S分 析纳 米 T i N颗 粒在 S i C陶瓷中 的分 布状 况 J 材 料科 学 与工 程学 报 ， 2 0 0 9 。 2 7 ( 6 ) ： 8 3 48 3 6 8 肖鹏 ， 李雪 峰 纳米 Z n O S B S改性 沥青 微观 结构 与共混 机理 J 江苏大学学报 ( 自然科学版)， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 6 ) ： 5 4 85 5 1 9 吴泽 媚 ， 高 培伟 ，陈东丰 ， 等 氯 盐融雪剂对沥青混合 料低温 抗裂性的影响 J 公路工程 ， 2 0 1 2 ， 3 7 ( 4 ) ： 2 6 2 9 1 0 赵丽华 ， 徐 刚矿物纤维对沥青 混合料路用性 能影 响及机理 分析 J 公路工程 ， 2 0 1 3 ，3 8 ( 1 ) ： 2 0 4 2 0 7 ( 上接 第 5 8页) 1 7 S t a h l b e t o n，1 9 7 8，n 2 9 5，P 6 7 1 5 6 1 5 B r o o k s ，J J ，Wa i n w r i g h t P J “ P r o p e r t i e s o f u l t r a h i g h 1 6 s t r e n g t h c o n c r e te c o n t a i n i n g s u p e rp l a s t i c i z e r ” J M a g a z i n e o f Co n c r e t e Re s e a r c h Vo 1 3 5，No 1 2 5 ，( 1 9 8 3 )2 0 5 2 1 3 Ha mme r 。T A “ Th e Ma l u r a t i o n o f M e c h a n i c a l P r o p e rtie s o f Hi g h St r en g t h C o n c r e t e Ex p o s e d t o Di f for e n t Mo i s t u r e Co n d i t i o n s ” Pr o c e e di n g s o f S y mp o s i u m o f Ut i l i z a t i o n o f Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e z e d it e d b y I H o l l a n d a n d E S e l l e v o l d ，L i l l e h a mme r ，( 1 9 9 3 )1 0 8 41 9 0 1 1 8 Yu e，L ，T a e r we ，LR “Emp i r i c a l I n v e s t i g a t i o n o f Cr e e p a nd S h r i n k a g e o f Hi g h S t r e n g t h Co n c r e t e ” Pr o c e e d i n g s o f S y m p o s i u m o f U t i l i z a t i o n o f H i g hS t r e n g t h C o n c r e t e z e di t e d b y I Ho l l a n d a n d E S e l l e v o l d， L i l l e h a mme r ， ( 1 9 9 3 )1 0 8 41 0 9 1 S e h we s i n g e r ，P，a n d Eh l e rt，G，”Cr e e p o f Co n c r e t e a t E1 e v a t e d T e mp e r a t u r e s a n d Bo u n d a r y Co n di t i o n s o f Mo i s t u r e” z C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h V o 1 1 7 ， ( 1 9 8 7 ) 2 6 3 2 7 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m