大体积混凝土水化热分析.docx

例题3

大体积混凝土水化热分析

例题. 大体积混凝土水化热分析

概要

此例题将介绍利用midas Gen做大体积混凝土水化热分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。

此例题的步骤如下：

1. 简介
2. 设定操作环境及定义材料
3. 定义材料时间依存特性
4. 建立实体模型
5. 组的定义
6. 定义边界条件
7. 输入水化热分析控制数据
8. 输入环境温度
9. 输入对流函数
10. 定义单元对流边界
11. 定义固定温度
12. 输入热源函数及分配热源
13. 输入管冷数据
14. 定义施工阶段
15. 运行分析
16. 查看结果
1.简介

本例题介绍使用 midas Gen 的水化热功能来进行大体积混凝土水化热分析的方法。例题模型为板式基础结构，对于浇筑混凝土后的1000个小时进行了水化热分析，其中管冷作用于前100个小时。(该例题数据仅供参考)
基本数据如下：
Ø 地基：17.6 x 12.8 x 2.4 m
Ø 板式基础：11.2 x 8.0 x 1.8 m
Ø 水泥种类：低热硅酸盐水泥（Type IV）
1/4模型

板式基础
地基

图1 分析模型

2.设定操作环境及定义材料
在建立模型之前先设定环境及定义材料

1. 主菜单选择 文件>新项目
2. 主菜单选择 文件>保存：输入文件名并保存
3. 主菜单选择 工具>设置>单位系：长度 m，力 kgf，热度 kcal
注：也可以通过程序右下角
随时更改单位。

图2 定义单位体系

4. 主菜单选择 特性>材料>材料特性值：
添加：定义新材料
材料号：1 名称：基础 规范：GB10(RC)
混凝土：C30 材料类型：各向同性
比热：0.25 热传导率：2.3
材料号：2 名称：地基 设计类型：用户定义 材料类型：各向同性
弹性模量：1.0197e8 泊松比：0.2 线膨胀系数：1e-5 容重：1835
比热：0.2 热传导率：1.7

图3 定义材料

3.定义材料时间依存特性

1. 主菜单选择 特性>时间依存性材料>抗压强度：
添加：定义基础的时间依存特性
名称强度发展 类型：设计规范 规范：ACI
混凝土28天抗压强度：3e4 kN/m2 混凝土抗压强度系数a 4.5 b 0.95
注意：此处注意修改单位：力 kN，长度 m
2. 主菜单选择 特性>时间依存性材料>材料连接：
强度进展：强度发展 选择指定的材料：1.基础 添加

注：
材料的收缩徐变特性在水化热分析控制中定义。
图4 定义材料时间依存特性

图5 时间依存性材料连接

4.建立实体模型

1. 主菜单选择 节点/单元>节点>建立节点：
坐标1（0,0,0） 2（8.8,0,0） 3（8.8,6.4,0） 4（0,6.4,0）
2. 主菜单选择 节点/单元>单元>建立单元：
单元类型：板 4节点 类型：厚板 材料：1:基础 厚度：1
节点连接：1，2，3，4
3. 主菜单选择 节点/单元>单元>扩展：选择板单元
扩展类型：平面单元->实体单元
原目标：删除 单元类型：实体单元
材料：1:基础 生成形式：复制和移动 复制和移动：等间距
dx,dy,dz：0,0,4.2 复制次数：1

注：
此处无需定义真实板厚，只是用于扩展成实体单元。

图6 生成节点和临时板单元

图7 生成实体模型

单元细分及部分单元删除：

1. 主菜单选择 节点/单元>单元>分割：选择实体单元，可用全选菜单
单元类型：实体单元 等间距 x：11；y：8；z：7
2. 主菜单选择 节点/单元>单元>删除：
选择前视图中单元 类型：选择 包括自由节点
选择右视图中单元 类型：选择 包括自由节点

图8 单元细分及部分单元删除
单元进一步细分：
主菜单选择 节点/单元>单元>分割：选择前视图中实体单元
单元类型：实体单元 等间距 x：2；y：1；z：1 选择前视图中实体单元
单元类型：实体单元 等间距 x：1；y：2；z：1 选择右视图中实体单元

图9 单元进一步细分
单元类型：实体单元 等间距 x：1；y：1；z：2 选择右视图中实体单元

注：
模型几何形状、边界、荷载均对称，所以此处取1/4模型来模拟。

图10 生成最终实体模型
修改地基材料：

主菜单选择 节点/单元>单元>修改参数
参数类型：材料号 形式：分配 定义 2:地基 选中图中下部单元

图11 修改地基材料特性

5.组的定义

主菜单选择 结构>组>结构：
名称：基础 添加 名称：地基 添加
在模型窗口中利用拖放功能分配各个组的单元

图12 定义结构组及分配单元

主菜单选择 结构>组>边界/荷载/钢束>定义边界组：
名称：约束条件 添加
名称：对称条件 添加
名称：固定温度条件 添加
名称：对流边界 添加

图13 定义边界组

6.定义边界条件

模型切换到正视图
主菜单选择 边界>边界>一般支承：
边界组名称：约束条件 添加 D-all

注：
实体单元每个节点只有三个平动自由度。

图14 定义约束条件

主菜单选择 边界>边界>一般支承：
切换到正视图，选择右侧单元
边界组名称：对称条件 添加 Dx
切换到右视图
边界组名称：对称条件 添加 Dy

注：
这里取1/4模型需输入对称边界条件。

图15 定义对称条件

7.定义施工阶段

主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>定义水化热分析施工阶段：
名称：CS1 初始温度：20oc 时间：10 20 30 45 60 80 100 130 170 250 350
500 700 1000 添加
单元：地基 基础 边界：约束条件 对称条件 固定温度条件 对流边界

图16 定义施工阶段

8.输入水化热分析控制数据

主菜单选择 分析>分析控制>水化热：
最终施工阶段：最后施工阶段 积分系数：0.5 初始温度：20oc
单元应力输出位置：高斯点 类型：徐变和收缩 徐变计算方法：有效系数
phi1：0.73 t<3 phi1：1 t>5 使用等效材龄和温度 自重系数：-1

图17 输入水化热分析控制数据

9.输入环境温度

主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>对流边界>环境温度函数：
函数名称：环境温度 函数类型：常量 温度：20oc

图18 输入环境温度函数

10.输入对流函数

主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>对流边界>对流系数函数：
函数名称：对流系数 函数类型：常量 对流系数：12 kcal/m2*hr*[C]

图19 输入对流系数函数

11.定义单元对流边界

主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>对流边界>单元对流边界：
切换到正视图
注意：此处选择的节点是与空气接触的混凝土外表面的节点
边界组名称：对流边界 对流系数函数：对流系数 环境温度函数：环境温度
选择：根据选择的节点

图20 定义单元对流边界

12.定义固定温度

主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>固定温度：
边界组名称：固定温度条件 温度：20oc

图21 定义固定温度

13.输入热源函数及分配热源

1. 主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>分配热源>热源函数：
函数名称：热源函数
函数类型：设计标准 最大绝热温升：41 导温系数：0.759
2. 主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>分配热源>分配热源：
热源：热源函数

图22 定义热源函数

图23 分配热源

14.输入管冷数据
这里假设把冷却管设置在距基础底部0.9m高的位置。为了输入数据的方便，将相应位置的节点选择后激活。

主菜单选择 荷载>水化热>水化热分析数据>管冷：
名称：管冷 比热：1 kcal*g/KN*[C] 容重：1000 KN/m3 流入温度：15[C]
流量：1.2 m3/hr 流入时间：开始 CS1 0 hr 结束 CS1 100 hr
管径：0.027 m 对流系数：319.55 kcal/m2*hr*[C]
选择：管冷路径（如图25）

图24 激活管冷节点

图25 定义管冷
15.运行分析

主菜单选择 分析>运行>运行分析

16.查看结果

主菜单选择 结果>结果>水化热分析结果>温度

图26 温度分布

主菜单选择 结果>表格>结果表格>水化热分析>管冷节点温度

图27 管冷冷却水的温度变化表格

主菜单选择 结果>结果>水化热分析结果>应力

图28 应力分布

主菜单选择 结果>结果>水化热分析结果>图表

图29 混凝土内部时程应力图表