1、第 1 页 共 15 页 中文 6600 字 文献出处： Maekawa K, Chijiwa N, Ishida T. Long-term deformational simulation of PC bridges based on the thermo-hygro model of micro-pores in cementitious compositesJ. Cement and Concrete Research, 2011, 41(12): 1310-1319. 以微孔隙水泥复合材料湿热模型为基础的 PC桥梁长期变形模 拟 Koichi Maekawa , Nobuhiro Ch
2、ijiwa, Tetsuya Ishida 摘要： 通过在 PC高架桥上的测量蠕变变形发现了大大超过预测值的线性蠕变规律。在 这项研究中，结构蠕变变形的测量是通过使用可从宏观结构力学处理不同尺寸 范围的微孔隙中的水分的运动的物理化学事件和各种因素的影响的多尺度合 湿热机械模型来分析研究的。数值分析再现了实际高架桥上的过度偏转。事实 证明，由于环境温度、湿度和比表面 ，中空截面高架桥弯曲蠕变变化显著。文 章还讨论了微孔隙中的水分的宏观结构热力学反应状态 。 关键字： 多尺度建模、水分迁移、非线性蠕变、环境条件、多余偏转、干缩 1. 介绍 全世界，有关已建成 PC 高架桥过度偏转大大超过设计值的报
3、道已有 20 多年 14.。这些桥梁大部分建造于 1975 年左右，设计使用的是假设蠕变应变的演变是弹性应变的 2-3 倍的线性蠕变规律。然而，从高架桥上测得的实际挠度计算，线 性蠕变系数大约刚好成反比为 4-5 5,6,这是在实验室测量值和每个国家设计规范使用值的一倍以上。虽然可以高精度的估算混凝土事件的蠕变和干燥收缩，但是在实际结构的长期变形预测中仍然需要改善。对于现有的 PC 桥梁的维护，根据科学依据判断长期弯曲会不会收敛、什么时候收敛以及收敛的价值意义是至关重要的。混凝土试件的表观蠕变取决于水泥毛孔中被困水分的微观结构的热力学状态。水泥石是由很多毛孔组成的，按照毛孔中水的多少，这些毛孔
4、有大有小。由于毛孔大小不一，水分在微孔隙中的运动、水泥水化行成的凝胶和毛细孔都有很大的变化。 构建一个时间依赖性的水泥基复合材料的变形模型，必须考虑到每个微观单位的不同形变特征。 作者已开发出一种三维的耦合分析材料（缩写为 DuCOM-COM3），它能随时间跟踪混凝土结构从生产阶段到寿命结束的长期变化属性。通过成功运行并行数值美云模型的水化反应的热力学耦合分析， 形成孔隙结构，水分迁移耦合的方式（纳米至微米），和一个基于非线性材料本构关系并且同时共享数字信息的材料的结构响应分析（毫米计刻度），这是可以遵循的现象（图 1）。通过整合水分运动和在不同尺寸的微孔隙中的固-液平衡，可以建立一个可应用于
5、量范围从 “ 厘米 ”“ 米 ” 的尺度本构模型 11,12. 由第 2 页 共 15 页 于水分子的毛细张力和表面能内力引起的结构变形和损坏是可以评估的。水分通过水泥水化为空袭的运输科可用图表 1中的冷凝水蒸气扩散和对流来模拟。 在这里，作为分子扩散的主要变量的蒸气压，以满足存储在非均匀孔隙大小分布的微孔隙中的冷凝水的热力学平衡计算混凝土开裂后因为河畔圆形裂纹飞机创建的其他路径，水分运输加快了。这在热力学上的微结构损伤耦合效应自动考虑裂纹空间数学视为新创建的大型毛孔，其大小等于 COM3的链接结构分析计算的裂缝间距 32 换句话说，在混凝土中形成的空隙结构是有由水泥水化和机械开裂引起的 33
6、。本研究采用的数值模拟结合了材料科学和结构力学来研究实际桥梁模型长期过去蠕变挠度产生的原因。 通过进行微孔隙的改变的行为模式的敏感分析，进行了水分的热力学状态在微观层面和宏观结构反应的定量讨论，并且深化了我们理解结构蠕变的目标。 图表一 混凝土的组成 强度 水泥 最大砾石 孔隙率 Mpa 标准 mm % 40 早强水泥 25 4 混凝土配比 水泥 水 沙 砾石 混合 备注 423 165 639 1108 1.0575 夏天 440 167 629 1099 1.1 其他季节 第 3 页 共 15 页 2.Tsukiyono 高架桥 2.1. 详细的目标结构 分析的主题是日本的 Tsukiyono大桥，它于 1982年完工，已报道的实测挠度在跨径中心 1,5,6,13. 对于这座桥的设计图纸，所用材料的细节，在施工过程中的记录，施工后的监测结果已经详细的保存和记录。 这被广泛认为是有价值的数据，能够经受住科学的分析。
