[發(fā)明專利]一種預測混凝土特慢蠕變的方法

有效

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• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112485114B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 梁英杰;管佩瑤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G16C60/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

本發(fā)明公開了一種預測混凝土特慢蠕變的方法，包括步驟：S1、選定某混凝土作為研究對象，確定對其進行蠕變實驗，獲得混凝土的蠕變實驗數據；S2、采用結構粘壺，構造局部結構導數Maxwell本構關系模型；S3、在步驟S1中混凝土的蠕變實驗條件下，由步驟S2中的本構關系模型得到該混凝土帶參數的蠕變方程；S4、結合混凝土的蠕變實驗數據，通過數據擬合，得到蠕變方程中的參數；S5、將蠕變方程中的參數代入步驟S3中的蠕變方程，得到完整的混凝土蠕變方程；根據該混凝土蠕變方程，預測混凝土的特慢蠕變過程。本發(fā)明提高了混凝土蠕變本構關系的準確性，能夠有效地預測和間接控制由于混凝土的特慢變形而產生的結構損傷和破壞。

技術領域

本發(fā)明涉及土木工程材料的應用，具體涉及一種預測混凝土特慢蠕變的方法。

背景技術

混凝土是一種典型的粘彈性材料，粘彈性材料通常表現(xiàn)出彈性和粘性兩種性質。混凝土蠕變是指材料在保持應力不變的狀態(tài)下，應變隨著時間的延長而不斷增大的一種力學現(xiàn)象。作為一種成分多元、結構復雜的復合材料，混凝土的蠕變特性始終是評估混凝土類建材力學性能優(yōu)劣的重要指標之一。工程實踐表明，混凝土結構的開裂與失穩(wěn)并不是在澆筑完成后立即發(fā)生的，而是由混凝土結構的應力、應變隨著時間變化的不斷調整、發(fā)展，經過較長時間的積累造成的。當混凝土的損傷聚集到一定程度，就會導致宏觀破壞，甚至引起災難性后果。

傳統(tǒng)的本構模型有Maxwell模型，Kelvin模型，Zener模型，Burgers模型等，這些模型由彈性元件和粘性元件的串聯(lián)或者并聯(lián)組成。這些模型是整數階導數模型，粘性元件應力與應變率呈線性關系。雖然整數階導數物理力學模型在經典力學、聲學、熱傳導、擴散、電磁學、甚至是量子力學中取得了巨大成功，但是物理學家和力學家也發(fā)現(xiàn)了越來越多的不能用整數階導數模型很好解釋的“反常”現(xiàn)象，比如粘彈性材料的特慢蠕變現(xiàn)象。為更好地解釋這類“反常”現(xiàn)象，通常在傳統(tǒng)模型的基礎上添加更多的彈簧元件和牛頓粘壺，以此獲得較好的擬合效果。然而，這樣的處理方式導致在本構方程中引入了更多的材料參數，也使得本構關系具有復雜的形式。

因此，需要提出一種新的方法，描述混凝土特慢蠕變這類“反常”現(xiàn)象。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種新的可以預測混凝土特慢蠕變的方法，以便更好地指導混凝土等粘彈性材料在實際生活、生產、建設中的應用。

技術方案：本發(fā)明的一種預測混凝土特慢蠕變的方法，包括以下步驟：

S1、選定某混凝土作為研究對象，確定對其進行蠕變實驗，獲得混凝土的蠕變實驗數據；

S2、采用結構粘壺，構造局部結構導數Maxwell本構關系模型；

S3、在步驟S1中混凝土的蠕變實驗條件下，由步驟S2中的本構關系模型得到該混凝土帶參數的蠕變方程；

S4、結合步驟S1中混凝土的蠕變實驗數據，通過數據擬合，得到蠕變方程中的參數；

S5、將步驟S4中得到的參數，代入步驟S3中的蠕變方程，得到完整的混凝土蠕變方程；根據該混凝土蠕變方程，預測混凝土的特慢蠕變過程。

進一步的，步驟S1中獲得混凝土的蠕變實驗數據包括：初始應力作用下，應變隨著時間變化的值。

進一步的，步驟S2的中采用結構粘壺為：

對應的局部結構導數Maxwell本構關系模型為：

其中，η表示粘性系數，E表示彈性系數，σ表示應力，ε表示應變，α表示階數，τ₀為對t的無量綱化處理。

進一步的，步驟S3中的蠕變實驗條件指的是在初始應力σ₀條件下；

得到的帶參數的蠕變方程為：