循环荷载下混凝土徐变特性的宏细观分析

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发布时间：2021-09-03

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循环荷载下混凝土徐变特性的宏细观分析
陈松k ，王岩，宁聪
(1 重庆交通大学河海学院，重庆400074；2 重庆市水库大坝安全监测中心，重庆401147)
摘要为研究循环荷载加大混凝土徐变的内因，以循环荷栽和恒荷载下混凝土徐变试验结果为基础，基于多
孔介质理论的混凝土徐变模型，编制了徐变模拟分析程序，在细观尺度下模拟了受循环荷载作用的混凝土内部骨料、
砂浆与水的耦合过程，得到了宏观尺度下模型内部节点位移过程图、细观尺度下水分流速分布图、孔隙压力消散过程
图、等效应力变化图。研究结果表明：(1)数值模拟方法可以描述细观尺度下混凝土内部骨料、砂浆、水分的运动规
律；(2)与恒定荷栽相比，循环荷栽通过影响水分的运动，加快了骨料与砂浆的内力重分布速度，推进了混凝土固相的
受力均匀化的过程，从而加大混凝土徐变。
关键词混凝土徐变宏细观数值模拟循环荷载
中图分类号：TU375 文献标识码：A DOI：10．11896／j．issn．1005—023X．2016．12．033
M acro-M eso Analysis for Features of Concrete Creep Under Cyclic Load
CHEN Song ，W ANG Yan ，NING Cong
(1 Hehai College，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074；2 Reservoir Dams Safety Monitoring
Centre of Chongqing，Chongqing 401147)
Abstract In order to explore the concrete creep rule under cyclic load。the concrete creep model based on the
theory of porous media was supposed tO compile the creep analysis program，the program simulates the interaction be—
tween aggregate，mortar and water at meso-leve1．The node displacement rule at macro-level and the distribution rule
of liquid flowing rate，pore pressure，equivalent stress from numerical simulation were analyzed by comparing the labo—
ratory test date with numerical simulation results．The results show that the finite element program which combined
theory is capable of describing the movement rule of aggregate，mortar and water inside the concrete at meso-level；
Compared with numerical simulation results under static load，the speed of water，aggregate and mortar appears more
faster is the main cause for increasing concrete creep under cyclic 1oad．
Key words concrete creep，macro-meso，numerical simulation，cyclic load
0 引言
徐变效应是大跨度预应力混凝土结构下扰的重要原因
之一，同时徐变效应贯穿于大跨度混凝土结构的建造和服役
期，日照及施工过程中大跨度预应力混凝土结构会产生循环
荷载效应，循环荷载作用会明显加大预应力混凝土的徐变。
已有研究表明可蒸发的水分是影响混凝土徐变的主要因
素-1]，而以数值模拟方法研究混凝土细观结构的演变过程与
宏观性能关系的细观力学方法已得到发展[2 ]，因此有必要
综合考虑循环荷载、水分、骨料及砂浆等因素的影响，研究细
观徐变机理与宏观徐变现象之间的联系。
赵启林等[5]开展了循环荷载作用下高强混凝土标准试
件徐变收缩性能试验，研究表明早期施工循环荷载是造成徐
变预测模型的预测值小于实测值的重要原因。唐云清等
开展了高强混凝土小梁收缩徐变试验研究，研究表明加卸载
过程具有明显的非线性特征，且在循环荷载作用下混凝土内
部孔隙减少、颗粒受到压缩是弹性模量提高的原因。陈松
等[7,83基于多孔介质理论提出了徐变有限元模型，该模型能
够解释混凝土内部可蒸发的水分对宏观徐变的影响，并建立
了高强混凝土徐变的细观力学模型，在细观尺度下研究了长
期恒定荷载下的高强混凝土砂浆一骨料体系的应力分布变化
规律。然而，在细观尺度研究循环荷载作用下混凝土徐变机
理的文献尚未见报道。
混凝土作为典型的多孔介质，本研究将混凝土视为由骨
料、砂浆、水分组成的三相复合材料。考虑水分流动对骨料
与砂浆应力分布的影响，开展循环荷载下混凝土徐变特性的
数值模拟。基于多孔介质理论的徐变模型编制了徐变模拟
分析程序，模拟了受循环荷载作用的混凝土徐变运动过程，
尝试在细观尺度下从骨料、砂浆、水分三者之间的耦合作用
解释循环荷载加大混凝土徐变的原因。
*重庆市自然科学基金计划项目(cstc2012jjA00025)
陈松：男，1980年生，博士，副教授，高级工程师，研究方向为水工结构 E-mail：chensong621002@163．corn 王岩：男，1989年生，
硕士生，研究方向为水工结构E-mail：1114174650@qq．com