(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇 徐州，221008)

溫度是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題的重要影響因素之一，針對(duì)自然環(huán)境下混凝土的碳化、氯鹽侵蝕和鋼筋銹蝕等問(wèn)題，研究者們開(kāi)展了大量關(guān)于溫度影響的研究[1?12]。人工氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的研究成果表明：在恒定溫度環(huán)境下，混凝土內(nèi)溫度需要一段時(shí)間才能達(dá)到與環(huán)境溫度一致[13]。而實(shí)際的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)處于自然環(huán)境作用下，自然環(huán)境與人工氣候環(huán)境相比，其溫度隨時(shí)間發(fā)生波動(dòng)，從而影響自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度的響應(yīng)規(guī)律。同時(shí)，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題，其直接的影響因素是混凝土內(nèi)溫度，而并非自然環(huán)境溫度，但在目前的很多研究中，將影響溫度視為環(huán)境溫度，因此，為了進(jìn)行自然環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性使用壽命預(yù)計(jì)，研究自然氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)規(guī)律是必要的。本文作者通過(guò)人工氣候與自然氣候條件下混凝土內(nèi)外溫度的監(jiān)測(cè)，分析混凝土內(nèi)部微環(huán)境溫度對(duì)自然環(huán)境溫度的滯后響應(yīng)規(guī)律，提出自然環(huán)境溫度的處理方法，構(gòu)筑成自然氣候環(huán)境溫度作用譜；基于混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)模型，得到混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)規(guī)律，從而為混凝土碳化、氯鹽侵蝕和鋼筋銹蝕速率的預(yù)計(jì)提供直接依據(jù)。

1 氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

1.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)對(duì)混凝土試件內(nèi)外溫度的監(jiān)測(cè)，研究人工氣候環(huán)境與自然氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度與外部環(huán)境溫度的響應(yīng)規(guī)律，為最終建立混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)模型以及構(gòu)筑自然環(huán)境的溫度作用譜和混凝土溫度響應(yīng)譜奠定基礎(chǔ)。

1.1.2 試件設(shè)計(jì)

試件采用C25混凝土，水泥、砂子、石子和水的質(zhì)量比為mC:mS:mG:mW=1.00:1.75:2.98:0.55。水泥采用徐州淮海水泥廠生產(chǎn)的巨龍牌P.O32.5普通硅酸鹽水泥，砂子采用本地產(chǎn)河砂(中砂)；石子采用本地產(chǎn)碎石，其主要成分為石灰?guī)r和粗面巖，粒徑為5～15 mm，級(jí)配良好；水采用普通自來(lái)水。

試件尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為150 mm×150 mm×100 mm，在混凝土試塊內(nèi)埋置溫度探頭，探頭距混凝土表面的距離為25 mm，試件制作示意圖如圖1所示。本試驗(yàn)共制作試件3塊，分別為RT-1，ZY-1和ZY-2。

1.1.3 試驗(yàn)過(guò)程與方法

同時(shí)開(kāi)展人工氣候條件與自然環(huán)境下有遮蔽條件的混凝土溫度響應(yīng)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如表1所示。

(1) 人工氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)試驗(yàn)。溫度響應(yīng)試驗(yàn)在人工氣候環(huán)境室內(nèi)進(jìn)行，該人工氣候室能根據(jù)試驗(yàn)要求，保持恒溫恒濕的環(huán)境條件。首先，試件脫模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d；取出后放置在室內(nèi)自然環(huán)境7 d；試驗(yàn)時(shí)，測(cè)定試件的初始溫度t0，并控制混凝土的含水率；然后，設(shè)定人工氣候室內(nèi)的環(huán)境溫度t∞，待氣候室內(nèi)溫度達(dá)到恒定后，將溫度響應(yīng)試件放入；每隔一定時(shí)間，根據(jù)試件內(nèi)埋設(shè)的溫度探頭記錄試件混凝土內(nèi)部25 mm深度位置的溫度t。試驗(yàn)進(jìn)行至混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度一致為止。

圖1 試件制作示意圖Fig.1 Sketch of concrete specimen

表1 溫度響應(yīng)試驗(yàn)條件Table 1 Test condition for temperature response

(2) 自然氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)試驗(yàn)。試件制作完成并養(yǎng)護(hù)28 d后，由于此時(shí)混凝土的含水率較大，因此，在開(kāi)始自然環(huán)境下的試驗(yàn)之前，先將試件進(jìn)行適當(dāng)烘干，使混凝土含水率控制在 2%左右。試驗(yàn)暴露地點(diǎn)為中國(guó)礦業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(江蘇徐州)室外自然氣候環(huán)境中，試件處于有遮蔽條件，即試件不直接受到雨淋和太陽(yáng)光照，試件放置的平面距離地面約0.5 m。

1.2 人工氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)規(guī)律

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制出不同溫濕度組合條件下，混凝土內(nèi)部(25mm)溫度隨時(shí)間的演變曲線，部分結(jié)果如圖2和圖3所示。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，在人工氣候環(huán)境下，混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度間的響應(yīng)具有以下規(guī)律：

圖3 試驗(yàn)D混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)曲線(降溫)Fig.3 Temperature response curve of concrete in test D(Cooling)

(1) 不同環(huán)境組合條件下，混凝土內(nèi)部溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律非常相似，混凝土內(nèi)部溫度均滯后于環(huán)境溫度，內(nèi)部溫度需要一段時(shí)間以后才能達(dá)到與環(huán)境溫度相一致。

(2) 混凝土內(nèi)部溫度在初始時(shí)期均變化(上升或下降)較快；隨著時(shí)間的推移，混凝土內(nèi)部溫度變化速率逐步減慢；最后，混凝土內(nèi)部(25 mm)溫度趨于與環(huán)境溫度一致。

(3) 混凝土內(nèi)外初始溫差對(duì)混凝土內(nèi)溫度的初始變化速率影響明顯?；炷羶?nèi)外初始溫差越大，則混凝土內(nèi)溫度的初始變化速率越快；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，隨著內(nèi)外溫差的減小，溫度的變化速率逐步趨于平緩。

1.3 自然氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)規(guī)律

在自然環(huán)境下的混凝土溫度響應(yīng)試驗(yàn)過(guò)程中，利用溫度探頭同時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)(25mm處)、外溫度的演變情況，并利用記錄器定時(shí)記錄溫度，部分結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 試件ZY-1混凝土內(nèi)外溫度演變規(guī)律的比較Fig.4 Comparison of temperature evolution rules between inside and outside concretes for specimen ZY-1

圖5 試件ZY-2混凝土內(nèi)外溫度演變規(guī)律的比較Fig.5 Comparison of temperature evolution rules between inside and outside concretes for specimen ZY-2

從圖4和圖5可以看出在自然環(huán)境下，環(huán)境溫度的變化與混凝土內(nèi)溫度的響應(yīng)具有如下規(guī)律：

(1) 自然環(huán)境中的溫度隨時(shí)間而波動(dòng)，并具有簡(jiǎn)單的晝夜周期性；同時(shí)，混凝土內(nèi)的微環(huán)境受到自然環(huán)境的影響，混凝土內(nèi)溫度也隨時(shí)間而波動(dòng)。

(2) 混凝土經(jīng)歷了升溫與降溫的循環(huán)過(guò)程，混凝土內(nèi)、外溫度的變化趨勢(shì)基本一致，但混凝土內(nèi)溫度的波動(dòng)曲線相對(duì)光滑。

(3) 混凝土內(nèi)溫度與外部環(huán)境溫度間存在一定滯后性：當(dāng)處于升溫段時(shí)，混凝土內(nèi)溫度低于外部環(huán)境溫度；當(dāng)處于降溫段時(shí)，則混凝土內(nèi)溫度高于外部環(huán)境溫度。

2 氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的滯后效應(yīng)分析

2.1 人工氣候下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)模型

理論分析和試驗(yàn)研究結(jié)果表明：環(huán)境溫度對(duì)混凝土內(nèi)部的影響過(guò)程其實(shí)是一個(gè)傳熱的過(guò)程。處于一定環(huán)境氣候條件下的混凝土的傳熱，其實(shí)質(zhì)為傳熱學(xué)上換熱邊界條件下的非周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題[14]。已知混凝土試塊的三軸尺寸分別為 2δx，2δy和 2δz，混凝土內(nèi)部初始溫度(均勻一致)為t0，環(huán)境溫度(瞬間恒定不變)為∞t，氣候環(huán)境與混凝土間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為常數(shù)，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為λ，導(dǎo)溫系數(shù)為a?；诟道锶~導(dǎo)熱基本定律和能量守恒原理，可以建立恒定人工氣候下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的預(yù)計(jì)模型：

其中，∞-=tt00θt(x,y, z,τ)為混凝土內(nèi)任意位置(x,y,z)在任意時(shí)刻(τ)的溫度；),(τθi為任意位置任意時(shí)刻的過(guò)余溫度，i=x,y,z；0θ為初始時(shí)刻過(guò)余溫度；inβ為超越方程的根；Bi為畢渥數(shù)，

關(guān)于人工氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)模型的研究?jī)?nèi)容，將在另外的文獻(xiàn)中做具體闡述，因此，本文只做簡(jiǎn)單介紹。

2.2 恒定氣候溫度環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的滯后效應(yīng)分析

溫度響應(yīng)“滯后時(shí)間”是混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度響應(yīng)過(guò)程的一個(gè)重要指標(biāo)，它定量地反映了混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的速度。下面具體分析混凝土溫度響應(yīng)滯后時(shí)間的相關(guān)規(guī)律。

2.2.1 初始溫差變化對(duì)“滯后時(shí)間”的影響

圖6所示為混凝土溫度響應(yīng)滯后時(shí)間隨混凝土內(nèi)外初始溫差(0ttt-=Δ∞)的變化規(guī)律，取混凝土導(dǎo)熱系數(shù)λ=1.2 W/(m·K)和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=25 W/(m2·K)。從圖6可以看出：當(dāng)初始溫差從5 ℃變化到45 ℃時(shí)，相應(yīng)的溫度響應(yīng)滯后時(shí)間增長(zhǎng)幅度僅為 31.9%。而且隨著初始溫差的增大，溫差變化對(duì)響應(yīng)滯后時(shí)間的影響越來(lái)越小。

圖6 混凝土溫度響應(yīng)滯后時(shí)間隨初始溫差的演變曲線Fig.6 Evolution curve of concrete temperature response hysteretic time with initial temperature difference

2.2.2 混凝土導(dǎo)熱系數(shù)λ及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h對(duì)“滯后時(shí)間”的影響

前面對(duì)混凝土溫度響應(yīng)滯后時(shí)間的分析是基于λ和h為定值的前提。而在實(shí)際環(huán)境中，隨著環(huán)境條件的變化，λ和h可能會(huì)發(fā)生改變。

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，普通混凝土常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為1.0～2.0 W/(m·K)。因此，在其他參數(shù)一定的前提下，利用混凝土溫度響應(yīng)模型討論滯后時(shí)間隨導(dǎo)熱系數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)果如圖7所示。

從圖7可以看出：溫度響應(yīng)滯后時(shí)間隨混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的增大而減小。這主要是因?yàn)閷?dǎo)熱系數(shù)越大，混凝土內(nèi)的溫度響應(yīng)越快，故響應(yīng)的滯后時(shí)間越短；而且，混凝土溫度響應(yīng)滯后時(shí)間隨導(dǎo)熱系數(shù)的演變服從指數(shù)函數(shù)的規(guī)律。

同理，可以利用溫度響應(yīng)模型來(lái)分析混凝土表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h對(duì)混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)滯后時(shí)間的影響，結(jié)果如圖8所示。

圖7 溫度響應(yīng)滯后時(shí)間隨導(dǎo)熱系數(shù)的演變曲線(h=25)Fig.7 Evolution curve of temperature response hysteretic time with thermal conductivity (h=25)

圖8 溫度響應(yīng)滯后時(shí)間隨表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的演變曲線(λ=1.2)Fig.8 Evolution curve of temperature response hysteretic time with surface heat-transfer coefficient (λ=1.2)

從圖8可以看出：在其他條件一定時(shí)，溫度響應(yīng)滯后時(shí)間隨表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的增大而減小。這是因?yàn)榛炷僚c環(huán)境的溫度響應(yīng)過(guò)程包括2個(gè)階段，即環(huán)境與混凝土表面的傳熱(換熱)階段(Ⅰ)和混凝土導(dǎo)熱階段(Ⅱ)，而混凝土表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h決定了第Ⅰ階段的快慢。

2.3 自然氣候環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的滯后效應(yīng)

自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度的日變化如圖9所示?？梢?jiàn)：混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)與環(huán)境溫度的變化在時(shí)間上和數(shù)值上均存在滯后性。

從圖9可以看出：混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度的谷值點(diǎn)和峰值點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間存在滯后，與環(huán)境溫度相比，混凝土內(nèi)溫度出現(xiàn)峰值的時(shí)間滯后 1～3 h，出現(xiàn)谷值點(diǎn)的滯后時(shí)間一般為1 h左右。此外，從溫度來(lái)看，當(dāng)混凝土與環(huán)境同時(shí)處于降溫過(guò)程時(shí)，混凝土內(nèi)溫度高于環(huán)境溫度，而升溫時(shí)，環(huán)境溫度要高于混凝土溫度；只有在混凝土內(nèi)溫度的谷值點(diǎn)和峰值點(diǎn)時(shí)，混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度一致。因此，如果忽略混凝土內(nèi)溫度的谷值點(diǎn)和峰值點(diǎn)，那么自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)與人工氣候環(huán)境下的響應(yīng)規(guī)律相比，最顯著的區(qū)別就是混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度無(wú)法達(dá)到一致。

圖9 自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)滯后性示意圖Fig.9 Schematic diagram of concrete temperature response hysteretic natures under natural environment

3 基于自然氣候環(huán)境溫度變化的溫度作用譜

由于自然環(huán)境溫度隨時(shí)間而發(fā)生周期性和非周期性波動(dòng)，這為研究自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度的響應(yīng)增加了難度。因此，為了便于混凝土微環(huán)境溫度響應(yīng)的預(yù)計(jì)，必須對(duì)實(shí)際的自然環(huán)境溫度進(jìn)行一定簡(jiǎn)化處理。本文將處理后得到的溫度演變曲線稱為自然環(huán)境“溫度作用譜”。

3.1 溫度作用譜構(gòu)筑原則及理論分析

構(gòu)筑環(huán)境溫度作用譜的總體原則是：實(shí)現(xiàn)對(duì)自然氣候環(huán)境溫度資料的簡(jiǎn)化處理，構(gòu)筑的溫度作用譜要能較好地反映實(shí)際環(huán)境溫度的作用規(guī)律；同時(shí)，在溫度作用譜下得到的混凝土微環(huán)境溫度響應(yīng)要能代表自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度的真實(shí)響應(yīng)。

為了探討自然環(huán)境溫度資料的簡(jiǎn)化處理方法，引入“極差分割法”[15]。“分割法”是聚類分析中的一個(gè)方法，它所處理的是一類與順序有關(guān)的分類問(wèn)題，即將一長(zhǎng)串資料分割成幾段。在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，描述一組數(shù)據(jù)內(nèi)部不整齊的程度可以用這組數(shù)據(jù)的方差或標(biāo)準(zhǔn)差，但計(jì)算這2個(gè)量比較繁瑣，通常用極差來(lái)代替。數(shù)據(jù)x1，…，xn的極差為

顯然，極差很容易計(jì)算，而且能反映一組數(shù)據(jù)內(nèi)部不整齊的程度。

為了便于討論，提出“k分割”的概念，即把n個(gè)有順序的數(shù)據(jù)x1，…，xn分割成k段。

“極差分割法”的總體原則是：對(duì)一組數(shù)據(jù)分段后，每一段內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的差異越小越好。其具體方法為：對(duì)于n個(gè)有順序的數(shù)據(jù)x1，…，xn，考慮其所有可能的k分割，每一個(gè)k分割都把這n個(gè)數(shù)據(jù)分成k段，分別計(jì)算這k段的極差，用R1,R2, …,Rk表示；R1,R2, …,Rk越小越好。也就是說(shuō)，找到使maxRi達(dá)到最小值時(shí)的k分割，就可以求出最優(yōu)的k分割。

對(duì)于1月內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，討論氣溫的日變化情況。1 d中氣溫的最高值和最低值之差，稱為“氣溫日較差”，即溫度極差R，反映了氣溫日變化的程度。因此，對(duì)于24 h的自然氣溫?cái)?shù)據(jù)，可以采用“極差分割法”對(duì)其進(jìn)行分段。

3.2 溫度作用譜構(gòu)筑方法

混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)滯后效應(yīng)的分析結(jié)果表明，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)、初始溫度差及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)對(duì)響應(yīng)滯后時(shí)間存在影響，同時(shí)，對(duì)于自然環(huán)境下的混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)，還存在混凝土內(nèi)溫度基本無(wú)法達(dá)到與環(huán)境溫度一致的數(shù)值滯后性。如果在一定條件下能將自然環(huán)境轉(zhuǎn)化為相似的人工環(huán)境，取自然環(huán)境下混凝土導(dǎo)熱系數(shù)λ=1.32 W/(m·K)，混凝土表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=12.8 W/(m2·K)(考慮風(fēng)速v=0.1 m/s)，而自然環(huán)境下混凝土內(nèi)外溫差一般為1～7 ℃，基于人工氣候環(huán)境下的混凝土內(nèi)溫度滯后時(shí)間分析結(jié)果，此時(shí)，混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的滯后時(shí)間為9～12 h。

基于上述理論分析和總體原則，并結(jié)合“極差分割法”的相關(guān)原則，采取“三分割”形式，即將24 h的自然環(huán)境溫度資料劃分為3段。于是，自然環(huán)境溫度作用譜的構(gòu)筑方法可表述如下。

第1步：將自然環(huán)境下每天24 h的溫度采用“極差分割法”劃分為3段。

第2步：在分割后的每一段內(nèi)，用平均溫度代替原始溫度。

圖10所示為對(duì)某天的溫度進(jìn)行“三分割”簡(jiǎn)化處理的結(jié)果。從圖10可以看出，采用“三分割”處理方式，不僅滿足每段的時(shí)間跨度不超過(guò)9～12 h，而且基本滿足了各段溫度波動(dòng)最小的要求。

圖10 自然環(huán)境下日溫度處理結(jié)果Fig.10 Treatment results of daily temperatures in natural environment

4 基于溫度作用譜的混凝土微環(huán)境溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)

4.1 預(yù)計(jì)方法

在建立了自然環(huán)境的溫度作用譜基礎(chǔ)上，利用人工氣候條件下混凝土溫度響應(yīng)的研究成果來(lái)預(yù)計(jì)混凝土內(nèi)的溫度，并將預(yù)計(jì)的混凝土內(nèi)溫度演變規(guī)律稱為混凝土微環(huán)境的“溫度響應(yīng)譜”。

根據(jù)自然環(huán)境溫度作用譜的建立方法，按照極差最小的原則，將環(huán)境溫度分割為3段，在每一段內(nèi)將溫度視為恒定；因此，在劃分的每一段內(nèi)，可將自然環(huán)境下的混凝土溫度響應(yīng)看作恒定溫度人工氣候下的混凝土溫度響應(yīng)過(guò)程，于是，可以利用人工氣候環(huán)境下的混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)模型來(lái)計(jì)算混凝土內(nèi)溫度瞬時(shí)值。具體方法如下。

第1步：將首日0:00～9:00的平均溫度作為混凝土的初始溫度t0。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在這一時(shí)間段內(nèi)，混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度比較接近。

第2步：將10:00～20:00的平均溫度視為∞t，于是，混凝土內(nèi)的溫度響應(yīng)過(guò)程可視為初始溫度為t0，環(huán)境溫度恒定為∞t的人工氣候響應(yīng)過(guò)程，利用溫度響應(yīng)模型公式(1)預(yù)計(jì)混凝土內(nèi)溫度。

第3步：在21:00～23:00，將時(shí)間點(diǎn)20:00的混凝土內(nèi)溫度預(yù)計(jì)值作為新的混凝土初始溫度t0，以這一時(shí)間段的平均環(huán)境溫度作為∞t，利用式(1)預(yù)計(jì)混凝土內(nèi)溫度。

第4步：將首日23:00時(shí)刻的混凝土內(nèi)預(yù)計(jì)溫度作為次日混凝土的新初始溫度t0，在次日 0:00～9:00時(shí)間段內(nèi)，按照步驟2來(lái)預(yù)計(jì)混凝土內(nèi)的溫度。

最后，重復(fù)第2～4步，便可求得在自然環(huán)境溫度作用譜下混凝土內(nèi)的溫度響應(yīng)值。

4.2 混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)計(jì)算曲線和實(shí)測(cè)曲線比較分析

在獲得自然環(huán)境下混凝土內(nèi)外溫度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料基礎(chǔ)上，首先，構(gòu)筑自然環(huán)境的溫度作用譜(如圖11所示)；然后，基于自然環(huán)境的溫度作用譜，按照上述混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)方法，得到混凝土內(nèi)溫度的響應(yīng)譜，并與自然環(huán)境下實(shí)測(cè)的混凝土內(nèi)溫度進(jìn)行比較(如圖12所示)。比較結(jié)果表明，自然環(huán)境溫度“作用譜”及混凝土內(nèi)溫度“響應(yīng)譜”均與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好。

圖11 自然環(huán)境溫度作用譜與實(shí)測(cè)值的比較Fig.11 Comparison between natural environment temperature action spectrum and actual temperature

圖12 混凝土溫度響應(yīng)譜與實(shí)測(cè)值的比較Fig.12 Comparison between temperature response spectrum and actual temperature of concrete

5 結(jié)論

(1) 人工氣候環(huán)境下，混凝土內(nèi)部微環(huán)境溫度與外界環(huán)境溫度之間的響應(yīng)存在一定滯后性，即混凝土內(nèi)部溫度要達(dá)到與環(huán)境溫度相一致，存在一個(gè)滯后時(shí)間。

(2) 在自然環(huán)境下，混凝土內(nèi)、外溫度的變化趨勢(shì)基本一致，并具有簡(jiǎn)單的晝夜周期性；但混凝土內(nèi)溫度與環(huán)境溫度之間的響應(yīng)也存在一定滯后性。

(3) 自然環(huán)境下，混凝土內(nèi)外溫度間的滯后性體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是時(shí)間滯后，即兩者在峰值和谷值出現(xiàn)的時(shí)間上存在滯后；二是數(shù)值滯后，混凝土內(nèi)外溫度基本上無(wú)法達(dá)到一致。

(4) 基于混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的滯后規(guī)律，并采用“極差分割”的數(shù)學(xué)方法，提出了對(duì)波動(dòng)變化的自然環(huán)境溫度資料的處理方法，進(jìn)而構(gòu)筑成自然環(huán)境的溫度作用譜；并利用人工氣候下的混凝土溫度響應(yīng)預(yù)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)的預(yù)計(jì)，建立了自然環(huán)境下混凝土內(nèi)溫度響應(yīng)譜。

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