混凝土构件的形状和尺寸作为其固有特性,关系到如何依据实验室内的收缩徐变试验数据推测实际结构的收缩徐变规律的问题,一些研究资料证明,徐变随构件尺寸的增大而减小,当构件的厚度超过0.9m时,尺寸因素可忽略不计。构件尺寸决定了介质温度和湿度影响混凝土体内温度和水分逸出的程度,因此,它不仅影响混凝土收缩徐变的终极值,还影响收缩徐变随时间发展的进程,但当混凝土与周围环境达到湿度平衡时,尺寸效应将消失。一般在加载初期,尺寸对徐变的影响是最大的,超过几个星期以后,各种尺寸试件的徐变速率是相同的[126]。试验研究表明,仅前100d内,徐变的发展速率受构件形状和尺寸的影响,而100d以后,具有不同形状和尺寸构件的徐变发展速率与基本徐变的发展速率基本相等,也就是说混凝土构件与周围环境的湿度交换以及引起的附加干燥徐变仅在加载初期发生[127]。混凝土构件的形状主要影响其湿度的分布,如棱柱体试件沿对角线方向与垂直表面方向上的相对湿度分布是不同的。因此,在体表比相同的情况下,棱柱体产生的收缩(或总徐变)比圆柱体小。有研究证明,十字形断面的初期徐变速率较相同断面积的圆形断面高,但其极限徐变值相差很小。在BP系列的收缩徐变预测模型中,对此因素有所考虑,但总的来说,形状因素与尺寸因素相比,是无关紧要的。因此,用体表比或理论厚度来反映混凝土构件的形状和尺寸对收缩徐变的影响,是能够满足工程实际需要的。
构件截面尺寸的大小对混凝土徐变有较大的影响,因为混凝土内部水分是从裸露表面蒸发散失的,在同一环境条件下,构件的截面尺寸越大,混凝土徐变越小。国内外表示构件尺寸大小的方法有很多,ACI209系列模型和GL2000模型采用构件体积与表面积之比(V/S),CEN Eurocode 2(1991)和CEB Model Code 90(1993)模型采用理论厚度(h 0=构件横截面面积/与大气接触的半周长),还有的采用构件横截面的水力半径倒数值(τ=S/A,S为横截面周长)。本书中的基本状态徐变系数数据样本来源于拓展模型,其拓展模型也是采用理论厚度h 0来反映构件尺寸对混凝土收缩变形的影响。
取不同的理论厚度(h 0)及持荷时间,将其他因素控制在基本状态下,利用拓展模型计算相应的混凝土徐变系数,并以同一持荷时间下理论厚度为75mm(由基本状态中规定的试件尺寸计算得到)的计算值为基准,计算徐变系数相对值(即构件理论厚度的影响系数)。不同构件理论厚度下徐变系数相对值见表2.7。将构件理论厚度的影响系数随构件理论厚度的关系作图,如图2.6所示。
表2.7 拓展模型构件理论厚度徐变影响系数
续表
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图2.6 不同持荷时间下相对徐变系数的平均值与构件理论厚度的关系
从表2.7可知,75mm理论厚度时的90d徐变系数值为900mm理论厚度时的2.03倍;理论厚度为75mm构件的30年徐变系数为900mm的1.40倍,可见混凝土构件厚度对徐变量大小及过程有很大影响,厚构件比薄构件有较小的极限徐变量。从图2.6可以看出,随着理论厚度的增加,构件厚度对徐变的影响逐渐减小,其影响速率逐渐减慢,当构件理论厚度大于900mm时,厚度影响系数基本恒定。本书将其他因素控制在标准条件下,按不同持荷时间下相对徐变系数的平均值来拟合构件理论厚度影响函数,拟合公式为
经过拟合确定系数a、b、c分别为-0.572、2.881、0.14,RSq=1,回归拟合的效果达到最好,于是构件理论厚度影响函数确定为
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