问题描述:
如以下左图所示,两端固定的等截面混凝土梁在温度作用(升温 100℃ )下产生轴向压力。如以下右图所示,利用阶段施工分析考虑混凝土徐变效应,1000 天后的混凝土梁为什么会产生轴向拉力呢?从直观的理解出发,徐变效应肯定会减小梁的轴向压力,但不可能转变为拉力。
解答:
徐变是长期荷载作用下的混凝土变形之一,特指“应力保持不变但应变随时间的增长而增大”的力学现象。从以下徐变系数(徐变系数 = 徐变应变 / 瞬时应变)随时间变化的曲线中可以看出,加载龄期为 28 天,1000 天后的徐变应变大概是瞬时应变的 2.4 倍。据此计算 1000 天后混凝土梁的轴向拉力值为: 3483.86*(2.4036-1.0)=4890,与以上右图中的数值基本一致。
但是,上述计算建立“应力保持不变”的前提下,仅适用于直接荷载作用下的静定结构。对于超静定结构,结构整体会随着应变的变化而发生应力重分布,新的应力值会影响瞬时应变。如果压应力减小为零,瞬时应变和后续的徐变应变也会减小为零,但不会也不应该产生拉应力。
上述错误的计算结果是由持时阶段的单个增量步造成的,用户应修改为更多的增量步,以此获取应力和应变的渐变过程。如下所示,如果修改持时阶段的增量步数为 1000,混凝土梁的轴向压力会显著减小,但不会出现错误的轴向拉力。在大型结构的非线性分析中,增量步数的增加会影响计算效率。此时可以将一个施工阶段拆分为多个,前期的持时较短(如 100 天),后期的持时较长(如 900 天),然后不同阶段采用较小的增量步数(如 100)。