基于ansys的混凝土收缩徐变效应分析

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1、万方数据第36卷第1期2010年1月山西建筑SHANXIARCHnl哎了UREVcd．36No．1Jan．2010·185·文章编号：1009-6825[2010}01-0185．03基于ANSYS的混凝土收缩徐变效应分析章啸擒要：综述了采用AN&俺进行混凝土徐变收缩分析的方法，以线形叠加原理为理论基础，提出了可以考虑施工过程的ANSYS混凝土徐变收缩的计算方法；以软件材料库中所提供金属蠕变的本构关系越线分段拟合常应力作用下的混凝土徐变曲线，结合离散化模型的有限元模型处理方法，利用APDL进行二次开发，计算了某特大桥节段施工的收缩徐变效应，验证了方法的

2、正确性。关键词：徐变收缩，ANSYS，混凝土，节段施工中图分类号：nJ528文献标识码：A0引言目前，工程界对混凝土的徐变分析大多采用专业平面杆系程序。这是由于实际工程结构中的混凝土应力水平基本上都低于0．5兄(R口为混凝土轴心抗压强度标准值)，多年的试验研究证明在这种应力水平下，如果不考虑混凝土弹性模量随时间的变化，实际结构的徐变应变与弹性应变的比值乒(t，r)基本上为一常数⋯1；此外，目前许多国外大型有限元分析软件虽然功能全，但前后处理复杂，而且有些还不能计入应力历史对结果的影响。这些都限制了大型有限元分析软件进行混凝土的徐变分析。如何在大型软件中

3、引入可考虑徐变的材料本构关系，如何模拟材料弹性模量随时间的变化，是采用大型软件进行徐变分析的关键。如果能很好的处理上述问题，就完全可以利用大型有限元软件强大的空间计算功能，解决局部如预应力混凝土箱梁腹板的收缩徐变影响等一系列三维徐变问题。本文将就以上这些问题进行研究。1耻q观俺中的徐变分析方法1．1ANSYS中的徐变理论徐变是指在不变荷载作用下材料持续变形的特性。如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松弛。徐变的3个阶段：徐变初始阶段，应变率随时间减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期；徐变第2阶段，有一个常应变率，所以应变以

4、常速率发展；徐变第3阶段，应变率迅速增加直到材料失效。通过徐变方程来模拟徐变行为，此方程描述了试验中观察到的主要特征(特别是在一维的拉伸试验中)，以徐变应变率的方式表达，公式如下：；，=A族cltD(1)其中，A，B，C，D均为试验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力、应变、时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。对于2D或3D应力状态，ANSYS软件使用VonMises方程计算徐变应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。对徐变方程积分时，AN趴玛使用经过修改的总应变，其表达式为：{e’。}={6。}一{e譬}一{￡磬}一{￡私l}(2)

5、经过修改的等效总应变为：(￡0一￡’v)2+(e7，一￡7。)2+(e7：一e7y)2+号(y7d)2+号(7名)2+号(y’w)2％2—————————_万三——————L(3)其等效应力由下式算出：接下来，可以按式(6)计算弹性应变和总的徐变应变(以z方以=2Ge．，(4)向的分量为例)：其中，G为剪切模量，G=E／2(1+口)。(《)。=(￡。。)。一△e，⋯等效徐变增量峙由程序给出的菜一公式进行计算，计算出(《)。=(￡，)。一l+衅“7等效徐变增量之后，可将它转换成分量的形式：为了考虑应力随时间的变化，使用两种强化准则：时同强化^。一鲤121

6、』二![!s!和应变强化。时间强化假定徐应变率仅依赖于徐应变过程开始。％zL1十口’的时间；应变强化假定徐应变率仅依赖于材料中的应变。△￡户盟些％云警三型1。2ANSYS中的徐变方程一，_”。，～，、ANSYS分析徐变．--／分为隐式算法和显式算法进行分析。隐△￡。=譬垡￡若菩掣式算法可通过TB命令中的TBOPT来指定软件提供的隐式徐变_．。(5)方程。在TB命令中设置TBOPT=0来调用显式徐变方程。△焉=i}豇T幸iy’目显式算法求解徐应变使用欧拉朝前法，以对应于时间步开始．．．时的应力、应变为基础计算出徐变应变率，在每个时间步长内，徐蝼2詈页南y

7、’乒变应变率被假定是常数，因此有：^。1△￡”=矿(O"n一1，￡。一l，L)＆(7)△E笛2—■夏T干可y一为了减小误差，需要小的时间步长特别是在徐变率变化很大收稿日期：2009—08一Il作者简介：章啸(19龉．)，男，I助理工程师，广东省长大公路工程有限公司，广东广州510620万方数据．186．爹焉孝爹}膂山西建筑的区域。如果不考虑其他非线性行为，则：1)只在每一个子步的开始修正徐应变率，在此子步内不再变化；2)不执行牛顿一拉普森迭代，因此求解精度依赖于时间步长。如果考虑其他的非线性行为，则：因为徐应变影响应力分布(反过来应力分布又影响徐变率)

8、，所以在每个时间步内都要进行牛顿一拉普森迭代。ANSYS提供12个徐变方程，目前研究比较多且应