超长地下室墙体温度应力分析及其系统开发

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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。
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