[发明专利]一种预测混凝土特慢蠕变的方法

说明书

本发明公开了一种预测混凝土特慢蠕变的方法，包括步骤：S1、选定某混凝土作为研究对象，确定对其进行蠕变实验，获得混凝土的蠕变实验数据；S2、采用结构粘壶，构造局部结构导数Maxwell本构关系模型；S3、在步骤S1中混凝土的蠕变实验条件下，由步骤S2中的本构关系模型得到该混凝土带参数的蠕变方程；S4、结合混凝土的蠕变实验数据，通过数据拟合，得到蠕变方程中的参数；S5、将蠕变方程中的参数代入步骤S3中的蠕变方程，得到完整的混凝土蠕变方程；根据该混凝土蠕变方程，预测混凝土的特慢蠕变过程。本发明提高了混凝土蠕变本构关系的准确性，能够有效地预测和间接控制由于混凝土的特慢变形而产生的结构损伤和破坏。

技术领域

本发明涉及土木工程材料的应用，具体涉及一种预测混凝土特慢蠕变的方法。

背景技术

混凝土是一种典型的粘弹性材料，粘弹性材料通常表现出弹性和粘性两种性质。混凝土蠕变是指材料在保持应力不变的状态下，应变随着时间的延长而不断增大的一种力学现象。作为一种成分多元、结构复杂的复合材料，混凝土的蠕变特性始终是评估混凝土类建材力学性能优劣的重要指标之一。工程实践表明，混凝土结构的开裂与失稳并不是在浇筑完成后立即发生的，而是由混凝土结构的应力、应变随着时间变化的不断调整、发展，经过较长时间的积累造成的。当混凝土的损伤聚集到一定程度，就会导致宏观破坏，甚至引起灾难性后果。

传统的本构模型有Maxwell模型，Kelvin模型，Zener模型，Burgers模型等，这些模型由弹性元件和粘性元件的串联或者并联组成。这些模型是整数阶导数模型，粘性元件应力与应变率呈线性关系。虽然整数阶导数物理力学模型在经典力学、声学、热传导、扩散、电磁学、甚至是量子力学中取得了巨大成功，但是物理学家和力学家也发现了越来越多的不能用整数阶导数模型很好解释的“反常”现象，比如粘弹性材料的特慢蠕变现象。为更好地解释这类“反常”现象，通常在传统模型的基础上添加更多的弹簧元件和牛顿粘壶，以此获得较好的拟合效果。然而，这样的处理方式导致在本构方程中引入了更多的材料参数，也使得本构关系具有复杂的形式。

因此，需要提出一种新的方法，描述混凝土特慢蠕变这类“反常”现象。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种新的可以预测混凝土特慢蠕变的方法，以便更好地指导混凝土等粘弹性材料在实际生活、生产、建设中的应用。

技术方案：本发明的一种预测混凝土特慢蠕变的方法，包括以下步骤：

S1、选定某混凝土作为研究对象，确定对其进行蠕变实验，获得混凝土的蠕变实验数据；

S2、采用结构粘壶，构造局部结构导数Maxwell本构关系模型；

S3、在步骤S1中混凝土的蠕变实验条件下，由步骤S2中的本构关系模型得到该混凝土带参数的蠕变方程；

S4、结合步骤S1中混凝土的蠕变实验数据，通过数据拟合，得到蠕变方程中的参数；

S5、将步骤S4中得到的参数，代入步骤S3中的蠕变方程，得到完整的混凝土蠕变方程；根据该混凝土蠕变方程，预测混凝土的特慢蠕变过程。

进一步的，步骤S1中获得混凝土的蠕变实验数据包括：初始应力作用下，应变随着时间变化的值。

进一步的，步骤S2的中采用结构粘壶为：

对应的局部结构导数Maxwell本构关系模型为：

其中，η表示粘性系数，E表示弹性系数，σ表示应力，ε表示应变，α表示阶数，τ₀为对t的无量纲化处理。

进一步的，步骤S3中的蠕变实验条件指的是在初始应力σ₀条件下；

得到的带参数的蠕变方程为：