【導(dǎo)讀】Creep;Cracking;Deflection;Reinforcedconcrete;Serviceability;Shrinkage.

　　

【正文】 ，與混凝土相連接的鋼筋也限制了它的收縮 ， 每個(gè)這些 約束的形式都涉及一個(gè)強(qiáng)加 于混凝土的 逐步增加的拉伸力 ， 可 能 導(dǎo)致混凝土?xí)r 效 性開裂（在先前無(wú)開裂 區(qū) 域 ） 撓度的增加以及開裂縫的加寬，對(duì)收縮 的約束可能是導(dǎo)致混凝土中難看的裂縫的最普通的原因 ， 在許多情況下，出現(xiàn)這些問題是因?yàn)槭湛s并沒有得到 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的 充分的 考慮 ， 以及在按照現(xiàn)行規(guī)范制定的開裂控制和變形計(jì)算過(guò)程下設(shè)計(jì)時(shí)， 收縮 的影響 得 不到 到充分的藍(lán)本 。 收縮裂縫 的出現(xiàn)取決 于 對(duì)收縮的約束程度、拉伸時(shí)混凝土的強(qiáng)度和延展性以及 拉伸 徐 變和 存在于構(gòu)件中的荷載導(dǎo)致的拉力 。 如果逐漸增大 的由收縮引起的且隨徐 變 增長(zhǎng)而減少的 拉應(yīng)力 始終低于混凝土的抗拉強(qiáng)度 ， 那么裂縫 只能回避 。 盡管 混凝土抗拉強(qiáng)度的增加隨時(shí)間 增加 ，彈性模量 和 收縮 引起的拉應(yīng)力也隨時(shí)間增長(zhǎng)而增加 。 此外，由徐變導(dǎo)致的拉應(yīng)力的減少與時(shí)間 成反比。 在未開裂區(qū)由荷載導(dǎo)致的拉力的存在 加快了時(shí)效性開裂的形成 ， 因此， 在許多情況下，收縮裂縫是不可避免的。 控制這 種裂縫需要兩個(gè)重要步驟。 第一，收縮所致的 拉力 和所在 區(qū)域可能形成的 收縮裂紋必須 被 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師 所識(shí)別 。 第二， 在這些區(qū)域內(nèi)必須 有足夠數(shù)量和 配置的 錨固 鋼筋 ，以確保該裂縫 保持良好 和結(jié)構(gòu) 依然可靠 。 什么是收縮？ 混凝土收縮是 在恒溫下未受荷載且無(wú)應(yīng)變的試件上測(cè)量出的時(shí)效性 應(yīng)變 。 從一開始區(qū)分塑性收縮 、 化學(xué)收縮和干燥收縮是很重要的。 一些高強(qiáng)度混凝土容易 于 產(chǎn)生塑性收縮， 多 發(fā) 于 潮濕的混凝土，并有可能 在混凝土放置的過(guò)程中產(chǎn)生相當(dāng)多的裂縫 。這 些裂縫的產(chǎn)生 由于孔隙水 中 毛細(xì) 張力 。 因?yàn)樗苄曰炷梁弯摻钪械恼辰Y(jié)還沒有形成，鋼筋 在控制這種裂縫 時(shí)是無(wú)效的。 在 混凝土 含 水 量 低的情況下 ，這個(gè)問題可能會(huì)很嚴(yán)重 ，所以 硅粉混凝土和 使用 這種混凝土 所建的有著大的暴露面的板的構(gòu)件是 不 被推薦 的 。 Electronic Journal of Structural Engineering, 1 ( 2021) 24 干縮是 在干燥過(guò)程中主要由于水的損失而導(dǎo)致的體積的減小， 化學(xué) 性 （或內(nèi)源性 ）收縮 是 水泥 沙漿中的各種化學(xué)反應(yīng)包括 水化收縮 所導(dǎo)致的 ， 這種水化收縮是與 密封 試件中 粘結(jié)劑水 化 的 程度 有關(guān)的 ?；炷潦湛s應(yīng)變，通常 指 的 是 干燥和化學(xué)收縮 組件的總和 ，繼續(xù)隨時(shí)間 以一個(gè)遞減的速率增長(zhǎng)， 收縮 被 假定 接近一個(gè) 最終值 ， 隨著時(shí)間 增長(zhǎng) 無(wú)限 接近最終值同時(shí)取決于影響混凝土干燥的所有因素 ，包括相對(duì)濕度和溫度， 綜合特性 （尤其是粘結(jié)劑 的 種類和數(shù)量 、 含 水 量和水 灰 比 、骨料的粗細(xì)比 以及 骨料的類型）， 以及 構(gòu)件的 大小和形狀。 干縮在高強(qiáng)度的混凝土 中 小于正常強(qiáng)度的 混凝土， 這是由于水合以后自由水的數(shù)量少的緣故。 但是， 內(nèi)源性收縮 明顯要高于后者 。 對(duì)于 普通 強(qiáng)度的混凝土（ MPA ）， AS3600 建議在混凝土干燥以后的任何時(shí)間的設(shè)計(jì)干縮 （包括干燥 收縮 和內(nèi)源性收縮）可 由公式 （ 1 ）估計(jì) 。 從 bcscs k .1?? ? （ 1） 其中 是一項(xiàng)基本收縮應(yīng)變，在 無(wú)法 測(cè)量 的情況下 ，可取 850 10 6 （注：在最近標(biāo)準(zhǔn) 的修訂 2里，此值是從 700 10 6 增加而來(lái)的 ） 。 k 1是 由 在標(biāo)準(zhǔn)里的 圖 按照插值法得到的且取決 于干燥 開始的時(shí)間 ，環(huán)境和混凝土表面積及容積率。 一個(gè)假設(shè)的厚度， th = 2A/ ue,， 應(yīng)該習(xí)慣于充分考慮 ， 其中 A是 構(gòu)件的 橫截面面積 ， ue是 暴露在大氣中 的那份橫斷面周長(zhǎng) 加 上橫斷面內(nèi) 任何空隙 率的 總 周長(zhǎng)的一半 。 AS3600 在預(yù)測(cè)值 的 正負(fù) 40 ％的范圍 陳述 實(shí)際 的 收縮應(yīng)變，可（從 AS3600 – 1994 修訂 2 里的 ? 30 ％ 增加而來(lái) ），在筆者看來(lái)，這個(gè)范圍仍然是 有些 樂觀地 狹隘 ，尤其是當(dāng)人們考慮到該國(guó)的國(guó)土面積和 不同的地理位置測(cè)量混凝土收縮的差異性。 方程 （ 1） 不包括 與 混凝土的成分與品質(zhì) 相關(guān)的 任何影響 ，相同的 ?cs 值被預(yù)測(cè)與混凝土強(qiáng)度，水灰比，骨料的種類和數(shù)量， 外加劑 的類型 等 無(wú)關(guān)，而且， 因子 k1傾向于高估 了構(gòu)件尺寸 的影響 而明顯 低估 了收縮形成的 早期 階段的影響。 該法應(yīng) 僅限 于 當(dāng) 混凝土 有 低水灰比（ ） ，并具有良好等級(jí)， 骨料的質(zhì)量好 時(shí)的一種參考。 當(dāng)混凝土的 水灰比 比預(yù)期的高 或當(dāng)懷疑 被使用的 存在 的 有關(guān)類型的骨料 時(shí) ， AS3600 給出的 ?cs的 預(yù)測(cè)值應(yīng)至少增加 50 ％ 。標(biāo)準(zhǔn)中 預(yù)測(cè)收縮應(yīng)變 該方法目前正在修訂 ，包括 高強(qiáng)度混凝土 在內(nèi)的大量的修正可能被建議 。 一項(xiàng)建議目前正在 被 澳大利亞 國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)考慮， 它是由 吉爾伯特提出 的（ 1998），涉及總 的 收縮應(yīng)變 ， ?cs， 被分成兩部分，內(nèi)縮， ?cse,，（ 它被 假 定 發(fā)展較為迅速 且隨Electronic Journal of Structural Engineering, 1 ( 2021) 25 混凝土強(qiáng)度增加 而增加 ）和干燥收縮， ?csd（ 它 發(fā)展速度比較慢，與混凝土強(qiáng)度 增長(zhǎng)成反比 ） ， 在 澆鑄后 任何時(shí)間 t（天），內(nèi)源性收縮 由下式給出 ?cse = ?*cse ( ) （ 2 ） 其中 ?*cse是最后的內(nèi) 源 性收縮，并可 由式 ?*cse 610)503( ????? cf 得到， 其中 cf? 取 兆帕，基本的 干縮 可由式 66* 1025010)81 1 0 0( ?? ?????? cc s d f? （ 3 ） 給出， 在 干縮開始后的 任何時(shí)間 t（天） ， 干燥收縮 可按下式計(jì)算‘ （ 4 ） 變量 可由式 （ 5 ） 給出，在干燥的 環(huán)境中， ， 取 ， 在適度的環(huán)境 ， 取，在 熱帶 /沿海環(huán)境 中， 取 。 對(duì)于室內(nèi)環(huán)境， 可取 。按 方程 （ 5）給出的 k 1的 值有 著 相同的一般形 式（如 AS3600 中的 圖 所示）， 除 去那些在初期快速形成的 收縮 和隨著 增加 的 th值 減少的干燥收縮外變化不是很大 。 所以 在任何時(shí) 間的 最后收縮 是應(yīng) 內(nèi) 源 性收縮（方程 2 ）和干縮（方程 4 ） 之和，例如 ，處 在室內(nèi)環(huán)境 中且有著 假設(shè)厚度 th = 100 mm 、 th = 400 mm， 按照上述模型預(yù)測(cè)的收縮應(yīng)變?cè)?表 1中 給出 如下： 表 1 在室內(nèi)環(huán)境下按照建議的模型給出的設(shè)計(jì)收縮應(yīng)變 Electronic Journal of Structural Engineering, 1 ( 2021) 26 在無(wú)約束和無(wú)筋 混凝土 中的收縮 （吉爾伯特 ， 1988 ） [ 7 ] 暴露在干燥環(huán)境中的接觸面的收縮是最大的 ， 而越往混凝土構(gòu)件的內(nèi)部干縮越少。 透過(guò) 普通 混凝土板 的厚度的收縮以及在頂部和底部 干燥 的作用， 都在 圖 1 中 可見一斑 。此板未受荷載和約束。 在圖 1 中的 平均收縮應(yīng)變 ?cs是平均收縮。 非線性應(yīng)變 標(biāo)志 ??cs是引起內(nèi)應(yīng)力發(fā)展的那部分收縮應(yīng)變， 這些自我平衡 應(yīng)力 （所謂 eigenstresses ）產(chǎn)生需要 的 彈性和 徐變應(yīng)變恢復(fù) 一致性 （ 即：確保平截面保持平整 ） ， 這些 應(yīng)力發(fā) 生在所有混凝土結(jié)構(gòu)中 ， 同時(shí)是接近 干燥表面 拉力 和 構(gòu)件內(nèi)部的壓力 。 因?yàn)槭湛s 引起的 應(yīng)力隨著時(shí)間的推移逐漸發(fā)展 ，它們隨徐變減小 。 然而 ，干燥表面附近 的 拉應(yīng)力往往 超過(guò) 未成熟混凝土抗拉強(qiáng)度，并造成 表面開裂 ， 在混凝土開始 干燥 后 不久。 潮濕養(yǎng)護(hù)延 遲了 干燥 的開始時(shí)間 ， 也可能同時(shí)給混凝土產(chǎn)生足夠的以避免難看裂縫出現(xiàn)的抗拉強(qiáng)度贏得了時(shí)間。 （ 10 6 ） （ 10 6 ） 28天時(shí)的應(yīng)變 （ 10 6 ） 10000 天應(yīng)變 時(shí) （ 10 6 ） 100 25 25 900 23 449 472 25 885 910 50 100 700 94 349 443 100 690 790 75 175 500 164 249 413 175 493 668 100 250 300 235 150 385 250 296 546 400 25 25 900 23 114 137 25 543 568 50 100 700 94 88 182 100 422 522 75 175 500 164 63 227 175 303 478 100 250 300 235 38 273 250 182 432 Electronic Journal of Structural Engineering, 1 ( 2021) 27 由 eigenstresses 引起的彈性和徐變應(yīng)變 是 相 等的 且與 ??cs相反， 如圖 1b 所示。 由彈性 、徐變、構(gòu)件的收縮應(yīng)變之和獲得的總應(yīng)變的分布是線性的（圖 1c）， 從而滿足 一致性 。無(wú)論是 在 頂部和底部表面 ， 如果干燥條件都是一樣的， 那么 其總應(yīng)變是均勻 沿板的 深 度方向分布，且 等 于板的平均收縮應(yīng)變 ?cs，這是這個(gè) 數(shù)值在在 分析混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)的 一般意義。 如果干燥 以 不同的 速 率 在構(gòu)件頂部和底部發(fā)生 ， 那么 其總應(yīng)變分布 將使構(gòu)件 變得傾斜和 扭 曲。 4. 變形控制 控制 變形 可 通過(guò)限制 計(jì)算撓度 到 可以接受的小值 來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 在 AS3600 (1)中 規(guī)定的兩種可替換的籠統(tǒng)的計(jì)算撓度的方法， 即 39。撓度的精確 計(jì)算 39。 （ 條款 第 針對(duì) 梁 ，條款 第 .2 針對(duì)板 ）及 39。撓度 簡(jiǎn)化計(jì)算 39。 （ 條款 第 針對(duì) 梁 ，條款 第 針對(duì)板 ） 。針對(duì)開裂、拉伸固化、收縮、混凝土的徐變特性以及板的預(yù)期的荷載作用史和雙向作用板，前者應(yīng)該制定的不是細(xì)節(jié)規(guī)定而是個(gè)限定值。 在持續(xù)性荷載作用下的梁和板的 長(zhǎng)期 的 或時(shí) 效性的特性可以用各種分析過(guò)程來(lái)確定 （吉爾伯特， 1988 ） [ 7 ] ，包括 校正時(shí)間后的 有效模量法（ AEMM） ，曾被 吉爾伯特和 麥克布勞夫精確描述（ 1997） [ 12 ] 。 使用 AEMM 確定瞬時(shí)和 時(shí)效性的梁和板的危險(xiǎn)橫截面的 變形，然后再 積分 曲率 便可 獲得撓度，是一個(gè) 被推薦的 精 確 的計(jì)算方法。 使 用 AEMM， 在 任何時(shí)候個(gè)別斷面 上的 應(yīng)變和曲率 都 可以計(jì)算出來(lái)， 同樣能計(jì)算出作 用在 混凝土與 連接 鋼筋或筋 中的應(yīng)力。 在 常規(guī)的 混凝土結(jié)構(gòu) 的可靠性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中 使用 AEMM 是被強(qiáng)烈推薦的 。 圖 1 在 普通 混凝土板 中，收縮引起構(gòu)件的應(yīng)變 。 Electronic Journal of Structural Engineering, 1 ( 2021) 28 5 .彎曲 裂縫 的 控制 在 AS36001994 中 ， 彎曲 裂縫 的控制 被認(rèn)為是令人滿意的， 它 提供 給 設(shè)計(jì)者符合某些 細(xì)節(jié)的 規(guī)定。 這些 細(xì)節(jié) 涉 及 到 鋼筋的 中心 距 間距 最大限度值，以及梁的側(cè)面或底面到最近的縱向鋼筋的距離的最大值。 這些限制 值 不依賴 于現(xiàn)役荷載作用下的拉伸鋼筋中應(yīng)力 ， 而且 當(dāng)鋼 筋中 應(yīng)力超過(guò)約 240 兆 帕 時(shí) 已被發(fā)現(xiàn)是不可靠的。 AS36001994中條文 過(guò)度簡(jiǎn)化問題，不是 總能 確保 對(duì)開裂有 足夠的控制 。 隨著 目前向更高強(qiáng)度鋼筋 使用的轉(zhuǎn)變 （ 特征強(qiáng)度為 500 兆帕 或 以上） ，迫切 要求重審 在 AS3600 中 針對(duì) 鋼筋混凝土梁 、 板裂縫控制 的 設(shè)計(jì)規(guī)則。 現(xiàn)有鋼筋混凝土 彎曲構(gòu)件的設(shè)計(jì)規(guī)范是針對(duì)含 400 兆帕鋼筋的構(gòu)件的設(shè)計(jì)，而且有時(shí)是不謹(jǐn)慎的。在使用更高強(qiáng)度鋼筋的構(gòu)件中，那些條文不可能是滿足要求的，因?yàn)樵诂F(xiàn)役荷載作用下的構(gòu)件中的鋼筋應(yīng)力有可能更大，這是因?yàn)闇p少的鋼筋區(qū)域需要足夠強(qiáng)度。 6 .結(jié)論 在持續(xù)現(xiàn)役荷載作用下的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的收縮特性的影響已經(jīng)討論過(guò)了。 特別是 在 不對(duì)稱鋼筋 構(gòu)件的收縮翹曲和直接拉伸構(gòu)件中的收縮開裂的機(jī)理已經(jīng)被描述過(guò)了。 最近 AS3600 中可靠性 的 條文的修正 已 經(jīng)制出大綱，同時(shí) 控制 變形 和裂紋的技術(shù)也將會(huì)呈現(xiàn)。 用于預(yù)測(cè) 彎曲構(gòu)件中 長(zhǎng)期 變形 及最終裂縫寬度 的 可靠的程序 已經(jīng)被 提 出并 圖例說(shuō)明 。