超长地下室墙体温度应力分析及其系统开发

论文摘要

近年来,地下室越来越多的被开发商和设计人员所采用,规模也越来越大,而地下室墙体施工期开裂问题也日益突出。墙体开裂后,不仅有损外观,而且影响结构的耐久性,并有可能引起渗漏。但是,对于施工期混凝土开裂问题,至今没有普遍适用的理论和规范条款,因此对于施工期混凝土开裂问题的研究十分重要。本文分析了瞬态温度场和应力场计算理论,建立了热传导方程,推导出瞬态温度场、温度徐变应力有限元解法。以ANSYS软件为平台,利用其提供的UIDL和APDL等二次开发工具,开发了超长混凝土墙体温度裂缝仿真分析系统。基于热—结构耦合分析原理,用APDL命令流方式完成了仿真分析系统中温度场、应力场分析专用模块的程序设计。模拟了施工过程中拆模、环境气温变化及施工期混凝土材料特性随时间的变化等因素的影响。由于施工期混凝土弹性模量是随时间变化的,用ANSYS中传统的计算温度应力的方法(即全量法)来计算会使得计算结果失真,本文考虑到这一重要因素,采用了增量法来计算混凝土温度应力。最后,以某工程为背景,对墙体温度场和应力场进行了仿真计算。为了进一步研究墙体温度场、应力场变化规律,取距墙体中心不同位置处、墙体不同高度处及不同厚度处结点的温度、应力值,通过比较分析得出这些结点的温度、应力随时间的变化规律。同时又分析了模板类型、环境气温、配合比、混凝土强度等级、构造配筋等对墙体温度场和应力场的影响。本系统利用UIDL、APDL等开发的各级菜单和对话框,可以方便地建立有限元模型、划分网格、实现分析计算的自动化和结果的可视化,通过应用此系统能大大减少重复劳动,提高效率,统一和简化使用方法,建立专业的数据库和专业的评价体系。通过上述研究工作,本文从设计、施工、材料和配合比方面提出了有效的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 温度裂缝产生的原因及特点
• 1.2.1 温度裂缝产生的原因
• 1.2.2 温度裂缝的特点
• 1.3 国内外研究现状和研究方法
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 研究方法
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 施工期混凝土墙体温度场及应力场计算理论
• 2.1 瞬态温度场的计算理论
• 2.1.1 热传导方程及定解条件
• 2.1.2 有限单元法求解瞬态温度场
• 2.2 混凝土的收缩
• 2.2.1 收缩的种类
• 2.2.2 混凝土收缩变形的估算
• 2.2.3 当量温差
• 2.3 混凝土的徐变变形
• 2.4 混凝土的力学性质
• 2.4.1 混凝土的抗压强度
• 2.4.2 混凝土的轴向抗拉强度
• 2.4.3 混凝土的弹性模量
• 2.5 混凝土墙体应力场分析
• 2.5.1 温度应力计算原理
• 2.5.2 徐变应力及收缩应力的基本方程
• 2.5.3 温度徐变应力的有限单元解法
• 2.6 有限元计算模型
• 2.6.1 基本假设
• 2.6.2 计算考虑的荷载和边界条件
• 2.6.3 初始条件
• 3 温度应力仿真分析系统的开发
• 3.1 ANSYS 简介
• 3.2 ANSYS 二次开发技术
• 3.2.1 参数化程序设计语言（APDL）
• 3.2.2 用户界面设计语言（UIDL）
• 3.2.3 用户可编程特性（UPFs）
• 3.2.4 ANSYS 数据接口
• 3.3 混凝土墙体温度裂缝分析系统的开发
• 3.3.1 输入基本参数
• 3.3.2 温度分布计算
• 3.3.3 应力分布计算
• 4 有限元法计算原理及程序设计
• 4.1 热—结构耦合分析
• 4.1.1 耦合分析类型
• 4.1.2 间接法顺序耦合分析
• 4.2 钢筋的影响
• 4.3 程序设计
• 4.3.1 温度场仿真分析计算
• 4.3.2 应力场仿真分析计算
• 5 工程算例
• 5.1 某工程施工期温度场仿真分析计算
• 5.1.1 计算模型
• 5.1.2 计算结果
• 5.2 某工程施工期应力场仿真分析计算
• 5.2.1 应力计算结果分析
• 5.3 影响因素敏感性分析
• 5.3.1 模板的影响
• 3.3.2 环境气温的影响
• 5.3.3 水泥用量的影响.
• 5.3.4 混凝土强度的影响
• 5.3.5 构造配筋的影响
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 研究生期间发表论文
• 在校期间获奖情况