問題描述:
如以下左圖所示,兩端固定的等截面混凝土梁在溫度作用(升溫 100℃ )下產生軸向壓力。如以下右圖所示,利用階段施工分析考慮混凝土徐變效應,1000 天后的混凝土梁為什么會產生軸向拉力呢?從直觀的理解出發(fā),徐變效應肯定會減小梁的軸向壓力,但不可能轉變?yōu)槔Α?/span>
解答:
徐變是長期荷載作用下的混凝土變形之一,特指“應力保持不變但應變隨時間的增長而增大”的力學現(xiàn)象。從以下徐變系數(shù)(徐變系數(shù) = 徐變應變 / 瞬時應變)隨時間變化的曲線中可以看出,加載齡期為 28 天,1000 天后的徐變應變大概是瞬時應變的 2.4 倍。據(jù)此計算 1000 天后混凝土梁的軸向拉力值為: 3483.86*(2.4036-1.0)=4890,與以上右圖中的數(shù)值基本一致。
但是,上述計算建立“應力保持不變”的前提下,僅適用于直接荷載作用下的靜定結構。對于超靜定結構,結構整體會隨著應變的變化而發(fā)生應力重分布,新的應力值會影響瞬時應變。如果壓應力減小為零,瞬時應變和后續(xù)的徐變應變也會減小為零,但不會也不應該產生拉應力。
上述錯誤的計算結果是由持時階段的單個增量步造成的,用戶應修改為更多的增量步,以此獲取應力和應變的漸變過程。如下所示,如果修改持時階段的增量步數(shù)為 1000,混凝土梁的軸向壓力會顯著減小,但不會出現(xiàn)錯誤的軸向拉力。在大型結構的非線性分析中,增量步數(shù)的增加會影響計算效率。此時可以將一個施工階段拆分為多個,前期的持時較短(如 100 天),后期的持時較長(如 900 天),然后不同階段采用較小的增量步數(shù)(如 100)。