ABAQUS在混凝土温度场和徐变温度应力场计算中的应用.pdfVIP

ABAQUS 在混凝土温度场和徐变温度应力场计算中 的应用 郑海远 河海大学工程力学系，南京（210098 ） E-mail ：zhenghaiyuan0412@ 摘 要：本文采用了有限元软件 ABAQUS 对某一水闸加固工程中新浇筑底板的非稳定温度 场与徐变温度应力进行了计算，分析过程中采用了ABAQUS 提供的用户子程序DFLUX 和 UMAT 。将计算结果与现场实测的温度场和温度应力的结果进行了比较后表明ABAQUS 的 计算结果的精度较为理想，可以在混凝土温度场和温度应力等问题的计算中使用该软件。 关键词：温度场，徐变温度应力，二次开发，有限元 1. 引言 在大体积混凝土结构中，温度变化不但可能引起裂缝，对结构的应力状态也具有重要影 响，有时温度应力在数值上可能超过其他的外荷载引起的应力。温度应力分析，温度控制和 防止裂缝的措施，是大体积混凝土结构设计与施工中十分重要的课题。对于实际工程中的温 度场和温度应力的求解一般采用有限元法来进行求解。 ABAQUS 是功能强大的有限元软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟 [1] 非常庞大复杂的模型，处理高度非线性的问题 。 为了了解ABAQUS 在计算温度场和温度应力这一领域的精度，本文采用该有限元软件 对某水闸加固工程中的新浇筑底板进行了温度场与温度应力的计算，并且与工程现场的一些 实测数据进行了验证比较。 2. ABAQUS 对水泥水化热的模拟 水泥水化过程中放出的热量称为水泥的水化热。水泥的水化热是影响混凝土温度应力的 一个重要因素，水泥的水化热可以用以下三种表达式： 指数式： Q(τ) Q (1−e−mτ ) （1） 0 双曲线式： Q(τ) Q τ/(n +τ) （2 ） 0 b 复合指数式： Q(τ) Q (1−e−aτ ) （3 ） 0 式中：Q(τ) 为在龄期τ 时的累积水化热, kJ/kg ；Q0 为τ →∞时的最终水化热，kJ/kg ； [2] τ 为龄期，d ；ｍ、ｎ、ａ、ｂ等为常数 。 本文通过ABAQUS 提供的Body heat flux 对混凝土水化热进行赋值。Body heat flux 功 能中提供了两种赋值方式，一种为常量赋值，另外一种为根据户自定义的子程序DFLUX 方 式。本文采用后者实现水化热的赋值。 3. ABAQUS 中徐变应力的计算 实验资料表明，当应力保持为常量时，混凝土的应变将随着时间而有所增加，这种现象 称为混凝土的徐变。在大体积混凝土的温度应力计算过程中，都要考虑徐变应力的计算。 ABAQUS 没有直接提供混凝土徐变应力计算这一功能，但是可以通过子程序UMAT 来实现 - 1 - 这一功能。 计算时刻t 的徐变温度应力可按照下式计算： n *