基于ANSYS二次开发的早龄期混凝土温度徐变应力场分析

【摘要】：早龄期的混凝土结构随着水泥水化反应的进行,其强度以及各种热力学参数都会不断变化,其温度场和应力场计算结果受温度和龄期的影响很大,不能忽略。本文基于ANSYS二次开发接口UPFs,通过编写和修改相应的用户子程序,研究了考虑等效龄期以及水化度概念的早龄期混凝土温度场、应力场计算模型,采用顺序耦合的方式计算混凝土结构的温度应力场并将该方法应用与工程实际。本文的具体研究工作如下:(1)深入研究了ANSYS的二次开发功能及其二次开发接口UPFs,并着重介绍了应用于早龄期混凝土温度应力场二次开发的相关用户子程序。同时,详细说明了ANSYS二次开发环境的建立以及二次开发程序的编译、调用和调试等过程。(2)基于ANSYS二次开发接口UPFs,通过编写和修改usrefl、ussbeg、usermat等相关用户子程序,开发了考虑温度和龄期对混凝土水化度影响的早龄期混凝土温度场计算模型以及考虑混凝土徐变的早龄期混凝土应力场计算模型,并通过多个算例验证了子程序的正确性。(3)将等效龄期的概念引入应力场模块,修改usermat子程序,替换与等效龄期相关的参数,实现基于等效龄期的温度徐变应力耦合场的计算。通过一个算例来研究该耦合算法与传统算法的差别。计算结果表明,基于等效龄期水化度的耦合场算法计算结果比传统算法更能体现温度对水化反应速率的影响,计算结果更加贴近实际。(4)将本文所开发的子程序应用于天津某泵站工程挡土墙墙体的温度场应力场有限元分析计算。计算值与监测值吻合较好,相应位置处应力误差在0.3MPa以内,计算结果满足工程精度要求。由实际工程部分的计算可知,寒冷环境下分期浇筑的薄壁混凝土结构容易产生温度裂缝,工期应尽量避免安排在冬季。如需在冬季施工,应采取相应的温控措施。