资源描述：
《abaqus在大体积混凝土徐变温度应力计算中的应用_王建》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第36卷第4期河海大学学报(自然科学版)Vol.36No.42008年7月JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Jul.2008ABAQUS在大体积混凝土徐变温度应力计算中的应用12王建,刘爱龙(1.河海大学水利水电工程学院,江苏南京210098;2.西北勘测设计研究院,陕西西安710065)摘要:对ABAQUS进行了二次开发,建立了弹性徐变本构模型,提出了一种考虑表面散热对水管冷却影响的等效算法,并进行了数值测试和分析.结果表明,在ABAQUS中增加上述模型和算法后,可以实现大体积混凝土温度场和徐变应力的计算,拓宽ABAQUS软
2、件在土木工程中的应用范围.关键词:ABAQUS软件;二次开发;大体积混凝土;徐变;温度应力中图分类号:TV315文献标识码:A文章编号:1000O1980(2008)04O0532O06大体积混凝土已在土木水利工程中得到广泛应用,其温控和防裂问题是设计时需要解决的重要问题.对于重要工程中的大体积混凝土,除需用规范方法进行计算外,通常还需用有限元法进行校核.混凝土徐变温度应力计算涉及温度场计算和徐变应力计算2个方面,计算时需处理一系列问题,包括分层浇筑和动态边界模拟,水化热、水管冷却的模拟,动态弹模、混凝土自生体积变形及徐变应力的计算等,过[1O10]程较为复杂,直接采用商业
3、计算软件如ANSYS,MARC或ABAQUS等均无法实现,但可通过自行编程来实现.由于自编程序常缺乏足够的优化,其计算效率不高且前后处理功能较弱,使用和推广受到一定的限制.本文将商业计算软件与自编程序进行集成,即以大型通用有限元软件ABAQUS为平台,通过二次开发实现大体积混凝土徐变温度应力的计算.在非稳定温度场的计算中,本文还给出了一种可以反映混凝土表面散热对水管冷却效果影响的方法.1基本原理为叙述方便,首先阐述混凝土非稳定温度场及徐变应力计算的基本原理.1.1混凝土非稳定温度场及徐变应力计算理论大体积混凝土中常埋设有冷却水管,若直接模拟水管冷却效果,则计算量较大且前后处
4、理复杂.因此,水管冷却效果的模拟一般采用近似解.如文献[1]提出的/考虑水管冷却的等效热传导方程0,把冷却水管看成热汇,从平均意义上考虑水管冷却的效果.考虑单独一根水管作用下的圆柱体混凝土的冷却问题,在水管冷却和水化热的共同作用下,混凝土平均[1O2]温度为T=Tw+(T0-Tw)U+H0W(1)式中:T0)))圆柱体混凝土的初温;Tw)))冷却水管的进口水温;H0)))混凝土的绝热温升;U,W)))与混凝土热扩散率、时间以及水管的直径和长度等有关的函数,其含义详见文献[1].等效热传导方程为5T25U5W=a$T+(T0-Tw)+H0(2)5t5t5t式中:t)))时间;
5、a)))混凝土热扩散率.式(2)假定冷却柱体外表面绝热,仅考虑冷却水管的散热作用.实际上,除水管外,混凝土与空气、水、岩石的接触面也会有热量传递.为此,文献[3]分单面散热、双面散热、三面散热3种情况考虑了表面散热的影响,得到了等效热传导方程收稿日期:2007O09O30基金项目:国家自然科学基金(50539010;50579010);国家重点基础研究发展计划(973计划)(2002CB412707)作者简介:王建(1975)),男,江苏通州人,副教授,博士,主要从事岩土工程安全监测及结构数值计算研究.第4期王建,等ABAQUS在大体积混凝土徐变温度应力计算中的应用5335
6、T25U5W5N=a$T+(T0-Tw)+H0+(3)5t5t5t5t式中N为考虑表面散热影响的函数.混凝土徐变应力可按线性徐变理论计算.为了压缩应力历史的存储量,文献[4]提出了一种改进的变步长的隐式解法,可递推计算,有效节省了存储量.具体方法如下:设混凝土的徐变度为-r(t-S)C(t,S)=EUs(S)[1-es](4)s在空间复杂应力状态下,徐变应变增量列阵为c$En=Gn+C(tn,Sn)Q$Rn(5)式中-r$SGn=E(1-esn)Xsn(6)s-r$S-015r$SXsn=Xs,n-1esn-1+Q$Rn-1Us(Sn-1)esn-1(7)Xs1=Q$R0U
7、s(S0)(8)式(4)~(8)中变量的含义详见文献[4].在用有限元法分析混凝土结构时,不必记录应力历史,只需存储Xsn,从而有效节省了存储量.除了由应力引起的弹性应变和徐变应变外,混凝土还会产生自生体积变形、温度变形和干缩变形.因此,复杂应力状态下的应力增量与应变增量的关系为T0s$Rn=Dn($En-Gn-$En-$En-$En)(9)T0式中:Dn)))弹性矩阵;$En)))应变增量列阵;$En)))温度应变增量列阵;$En)))自生体积应变增量列s阵;$En)))干缩应变增量列阵.-1Dn=EnQ(10)
