基于均匀试验的混凝土收缩徐变影响因素分析

张清旭宁晓骏周兴林董福民陈旭刘兴顺

昆明理工大学建筑工程学院

摘要：混凝土收缩徐变的影响因素主要有环境湿度、强度等级、理论厚度和初始加载龄期。本文以云南某实心板桥为例，利用Midas/Civil建立有限元模型进行参数分析，研究以上主要因素对混凝土收缩徐变的影响，并采用均匀试验设计法分析各影响因素的参与程度。结果表明，环境湿度对混凝土收缩徐变的影响最大，其次是加载龄期，然后是强度等级，理论厚度影响最轻微。

关键词：收缩徐变;影响因素;均匀试验;

收缩徐变是混凝土的重要特性，其成因非常复杂。根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)附录K，影响混凝土收缩徐变的主要因素有环境湿度、混凝土强度、理论厚度和初始加载龄期。本文以云南某实心板桥为依托，利用有限元软件MIDAS/Civil进行参数分析，研究以上主要因素对混凝土收缩徐变的影响。

1 有限元仿真模型

1.1 工程概况

本文以云南某现浇连续板桥为例，跨径为2*10 m，上部结构为现浇空心板，下部结构为花瓶墩。桥址处抗震设防烈度8度，地震峰值加速度0.2g。

1.2 构建模型

本文采用Midas/Civil建立实心板桥整体空间模型，共划分47个节点，40个单元以及6个边界条件。混凝土材料参数为线膨胀系数α=1×10-5，弹性模量E=3.25×107k Pa，泊松比0.2。该桥承受荷载主要有恒载和活载两大类，恒载主要指结构自重，自重系数取-1.04，活载主要指人群荷载，按5k N/m2计。所建模型如图1所示。

图1 有限元计算模型下载原图

为研究各因素对混凝土收缩徐变的影响，建立模型N1—N21进行比较分析。

表1 模型计算参数下载原图

2 各因素对混凝土收缩徐变的影响

2.1 环境湿度

建立模型N1—N6，针对性研究环境湿度对混凝土收缩徐变的影响。

图2为不同环境湿度下，该桥跨中节点10处的竖向位移随混凝土龄期变化情况。从图2中可以看出，环境湿度对混凝土收缩徐变影响较为明显，收缩徐变引起的竖向位移与环境湿度成反比。40%环境湿度下混凝土与90%环境湿度下相比，竖向位移减小约29.7%。

图2 不同环境湿度下节点10竖向位移下载原图

2.2 混凝土强度

建立模型N1、N7—N11，保证其他因素不变，研究强度等级对混凝土收缩徐变的影响。

图3 不同混凝土强度下节点10竖向位移下载原图

图3为不同混凝土强度下，该桥跨中节点10处的竖向位移随混凝土龄期变化情况。由图3可知，强度等级对收缩徐变有较大影响。收缩徐变引起的竖向位移与强度成反比。C30砼与C55砼相比，10年龄期竖向位移减小约31.1%。另外，混凝土强度在C30到C45之间时，对收缩徐变影响较大;当强度超过C45后，对收缩徐变的影响逐渐变小。

2.3 理论厚度

建立模型N1、N12—N16，针对性研究理论厚度对混凝土收缩徐变的影响。

图4 不同理论厚度下节点10竖向位移下载原图

图4为不同理论厚度下，该桥跨中节点10处的竖向位移随混凝土龄期变化情况。从图中可以看出，理论厚度对混凝土收缩徐变有影响，尤其从100mm到300mm之间，随着理论厚度的增大，收缩徐变引起的竖向位移不断减小，且幅度较大。理论厚度从100mm增加到500mm时，10年龄期混凝土竖向位移减小约22.9%。

2.4 加载龄期

建立模型N1、N17—N21，针对性研究加载龄期对混凝土收缩徐变的影响。

图5 不同加载龄期下节点10竖向位移下载原图

图5为不同初始加载龄期下，该桥跨中节点10处的竖向位移随混凝土龄期变化情况。从图中可以看出，加载龄期对混凝土收缩徐变影响比较明显，随着加载龄期的增加，竖向位移逐渐减小。加载龄期7d的砼和120d的相比，10年龄期混凝土竖向位移减小约28.7%。另外，加载龄期在60d以上时，对收缩徐变的影响程度不断减小。

3 均匀试验分析各因素的影响

均匀设计法采用“均衡分散”的优化设计方法，可以大大缩减试验次数。均匀设计法的主要步骤有:1、确定试验目的，选择试验指标;2、选择合适的因素和相应的水平数;3、选择适当的均匀设计表，并将不同的因素安排在设计表上;4、进行结构分析，得出试验结果;5、确定最优试验组合。

本文选取环境湿度、强度等级、理论厚度和加载龄期作为试验因素，选用U6*(64)作为设计表，研究这些因素对混凝土收缩徐变影响的敏感程度。均匀试验方案如表2和3所示，采用SPSS软件对均匀试验的结果进行回归分析，收缩徐变权重见表4。

表2 均匀试验使用表下载原图

根据表4中贡献值计算结果，可以得出此试验中贡献值从大到小的顺序依次为:环境湿度、加载龄期、强度等级、理论厚度。一般来说，回归分析的贡献值越大，该因素对试验的参与程度越深，影响也就越大。对本试验来说，影响混凝土收缩徐变的最主要因素为环境湿度，次要因素为加载龄期，然后是强度等级，影响程度最轻微的是理论厚度。其中环境湿度为显著性因素，用√表示。

表3 收缩徐变均匀试验因素与方案下载原图

表4 收缩徐变权重分析下载原图

4 结论

本文以云南某板桥为依托，利用有限元分析软件对结构进行整体建模和参数分析，研究四大主要因素对混凝土收缩徐变的影响。主要结论有:1、通过有限元分析可知，环境湿度、混凝土强度、理论厚度、加载龄期均与收缩徐变引起的竖向位移成反比;2、通过均匀试验和回归分析可知，对混凝土收缩徐变影响程度从大到小排序依次为环境湿度、加载龄期、强度等级和理论厚度。

参考文献

[1] GB50010-2010，混凝土结构设计规范．

[2] 曾庆响．大跨度预应力混凝土箱梁桥收缩徐变及温度效应的数值试验研究．2015．

[3] 张玥，李志成．单箱多室变截面连续宽箱梁桥梁格模型研究．计算机仿真，2018,35(04):223-227．

[4] 张亮亮，曾泽润，何建宏．大跨度PC连续刚构桥徐变预测模型．土木建筑与环境工程，2017,39(3):28-34．

[5] 罗学睿．钢管混凝土系杆拱桥收缩徐变效应研究．长安大学，2015．

[6] 马俊杰．混凝土收缩徐变参数影响分析．土木建筑工程信息技术，2017(2).