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(chǎn)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(yīng),1000 天后的混凝土梁為什么會產(chǎn)生軸向拉力呢?從直觀的理解出發(fā),徐變效應(yīng)肯定會減小梁的軸向壓力,但不可能轉(zhuǎn)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(yīng)力保持不變但應(yīng)變隨時(shí)間的增長而增大”的力學(xué)現(xiàn)象。從以下徐變系數(shù)(徐變系數(shù) = 徐變應(yīng)變 / 瞬時(shí)應(yīng)變)隨時(shí)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(yīng)變大概是瞬時(shí)應(yīng)變的 2.4 倍。據(jù)此計(jì)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(jì)算建立“應(yīng)力保持不變”的前提下,僅適用于直接荷載作用下的靜定結(jié)構(gòu)。對于超靜定結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)整體會隨著應(yīng)變的變化而發(fā)生應(yīng)力重分布,新的應(yīng)力值會影響瞬時(shí)應(yīng)變。如果壓應(yīng)力減小為零,瞬時(shí)應(yīng)變和后續(xù)的徐變應(yīng)變也會減小為零,但不會也不應(yīng)該產(chǎn)生拉應(yīng)力。
上述錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果是由持時(shí)階段的單個(gè)增量步造成的,用戶應(yīng)修改為更多的增量步,以此獲取應(yīng)力和應(yīng)變的漸變過程。如下所示,如果修改持時(shí)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(cuò)誤的軸向拉力。在大型結(jié)構(gòu)的非線性分析中,增量步數(shù)的增加會影響計(jì)算效率。此時(shí)可以將一個(gè)施工階段拆分為多個(gè),前期的持時(shí)較短(如 100 天),后期的持時(shí)較長(如 900 天),然后不同階段采用較小的增量步數(shù)(如 100)。