ANSYS混凝土收缩徐变

1、ANSYS 和 MIDAS 混凝土徐变模拟比较简述： 本文主要对比 ANSYS 和 MIDAS 这两种有限元软件在模拟混凝土收缩徐变上的差10m 长的 C50 方形柱顶施加异，包括计算精度、计算方式、计算时间等方面。计算模型为1kN 的集中力，柱截面为 1m 1m 。1. 混凝土徐变混凝土徐变是混凝土结构在长期荷载作用下随着时间的增长混凝土中产生的应变变化 目前尚未对混凝土徐变有比较统一的说法， 在此不去讨论具体有何说法， 关键在于理解混凝 土徐变与应力是有关系的。而通常我们计算结构时大部分是按照线性徐变处理的。2. 混凝土徐变本构关系2.1 老化理论本构关系根据迪辛格尔法可知徐变函数可定义为

2、在t0 时刻作用于混凝土的单位应力 （即 t0=1）至时刻所产生的总应变。如采用徐变系数（?,?的0） 第一种定义，则可表示为：如采用第二种定义，则可表示为：3. ANSYS 立柱计算模型由于 ANSYS 并没有专门板块来混凝土徐变模拟，故而需要借助金属蠕变的计算机理来 等效模拟混凝土徐变效应。 ANSYS 提供两种方法计算徐变：显式计算和隐式计算。显式计 算需要细分较多的时间步长，计算时间长；隐式计算计算精度高， 计算时间短。但是在实践 中也发现， 涉及到单元生死情况时， 隐式计算可能出现异常现象。 下面将会对这两种方法进 行详细的比较。3.1 ANSYS 显式计算显式计算对时间步长是有要求

3、的， 尤其是在徐变系数曲线变化剧烈的时间段需要细分子 步以减小误差和帮助收敛。 因而， 时间步长的划分方式、 时间点的数目对计算结果都会有较 大的影响。（1）等间距时间步长和对数时间步长假设混凝土的龄期是 7 天，徐变变化速率为 0.005，考虑收缩徐变 10年（ 3650 天），若 3650 天时刻的徐变系数为 1，那么按照等间距时间步长划分，则时间步长间距，（ 3650-7）/500=7.286 。按照对数时间步长划分，若采用30 个数据点，具体数据如下所示。表 1 对数时间步长数据表编号时间编号时间编号时间编号时间编号时间171124.464542185.5019431298.82364

4、11044.36927.9330821227.72562296.8991332338.656421183.5838.9905411331.4213523109.815533383.798431341.349410.188961435.6097324124.453734434.9573441520.147511.547121540.3564225141.04335492.936451722.779613.086321645.7358226159.843736558.6431461952.421714.830691751.8322927181.150437633.1087472212.673816

5、.807581858.741428205.297338717.5005482507.617919.047991966.5714729232.662939813.1415492841.8761021.587042075.4452830263.676340921.5311503650（2）徐变变化速率徐变变化速率影响着徐变变化曲线的陡缓， 将会对不同徐变变化速率值进行比较： 0.001、 0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010。（3）计算结果对比两种时间步长划分方式和不同徐变变化速率柱顶徐变10 年位移计算结果如下表所示：表 2:

6、 柱顶徐变 10 年计算结果对比（单位 :m ）徐变变化速率理论值等间距时间步长对数时间步长计算值相对误差计算值相对误差0.0015.721e-75.71e-70.19%5.66e-71.07%0.0025.795e-75.78e-70.26%5.74e-70.95%0.0035.797e-75.77e-70.47%5.75e-70.81%0.0045.797e-75.77e-70.47%5.75e-70.81%0.0055.797e-75.76e-70.64%5.74e-70.98%0.0065.797e-75.75e-70.81%5.74e-70.98%0.0075.797e-75.74e

7、-70.98%5.74e-70.98%0.0085.797e-75.74e-70.98%5.74e-70.98%0.0095.797e-75.73e-71.16%5.74e-70.98%0.0105.797e-75.72e-71.33%5.74e-70.98%从上表可以看出， 不同的时间步划分方式对结果产生较大的差异， 等距时间步长随着徐变变 化速率的增大精度不断降低， 对数时间步长则随着徐变变化速率的增大精度先上升后趋于平 稳。且对数时间步长的计算时间要短， 精度也能满足工程要求， 且在较大徐变变化速率区间， 采用对数时间步长更容易获得较好结果。故而， 建议采用对数时间步长进行显式计算 。3

8、.2 ANSYS 隐式计算隐式计算也需要区分等间距时间步长和对数时间步长两种划分方式。 不过这里不对隐式 计算进行详细的探讨，光是一个简单的立柱还不能够说清楚 ANSYS 模拟徐变问题。下面将 会讨论考虑施工过程的两端固结梁的徐变问题。4. ANSYS 两端固结梁计算模型只考虑显式计算。 仍然考虑等间距划分和对数划分两种方式， 比较这两种划分方式的计 算结果、收敛情况、计算耗时等。此处附上显式计算命令流，不作详细说明，因为显式计算碰到收敛问题无法解决！! 计算悬臂梁转化为固定梁的徐变效应finish/clear/prep7Ec=3.45e10! time array*dim,tt,array,

9、50,1*vread,tt(1),tt1,txt(1F8.3)! creep coefficient=0.005nn=50*dim,fi,array,nn,1*do,i,1,nnfi(i)=1-2.7182818*(-0.005*(tt(i)-7)*enddo*dim,C1,array,nn,1f1=0k1=3dt=0*do,i,1,nnC1(i)=(fi(i)-f1)/(1+fi(i)/(tt(i)-dt)f1=fi(i) dt=tt(i) mp,ex,k1,Ec mp,prxy,k1,0.2 tb,creep,k1 tbdata,1,C1(i),0,1,0 k1=k1+2 *enddo*d

10、im,C2,array,nn,1f1=0 k2=4 dt=0 *do,i,1,nn C2(i)=2*(fi(i)-f1)/(1+2*fi(i)/(tt(i)-dt) f1=fi(i) dt=tt(i)mp,ex,k2,Ecmp,prxy,k2,0.2 tb,creep,k2 tbdata,1,C2(i),0,1,0 k2=k2+2 *enddo et,1,23 keyopt,1,6,0 r,1,1,1/12,1 ! 左边材料属性 mp,ex,1,Ecmp,prxy,1,0.2 tb,creep,1 tbdata,1,0,0,0,0 ! 右边材料属性 mp,ex,2,Ec mp,prxy,2,0

11、.2 tb,creep,2 tbdata,1,0,0,0,0 ! 建立有限元模型 *do,i,1,19 n,i,(i-1)/2 *enddo *do,i,1,19 n,i+19,(i-1)/2+9 *enddo type,1 mat,1 *do,i,1,18 e,i,i+1 *enddo type,1 mat,2 *do,i,18,35 e,i+2,i+2+1 *enddo d,1,all d,38,all esel,s,1,18 sfbeam,all,pres,1000esel,s,19,36 sfbeam,all,pres,1000 /solu outres,all,all allsel,

12、all crplim,0.25 bfunif,temp,100 time,1e-6 solve k1=3 k2=4 *do,i,1,nn esel,s,1,18 mpchg,k1,all k1=k1+2 allsel,all esel,s,19,36 mpchg,k2,all k2=k2+2 allsel,all time,tt(i) nsubst,10 solve *enddo隐式计算命令流如下：! 计算悬臂梁转化为固定梁的徐变效应 finish/clear /prep7 Ec=3.45e10! time array *dim,tt,array,50,1 *vread,tt(1),tt1,t

13、xt (1F8.3)! creep coefficient=0.005 nn=50*dim,fi,array,nn,1 *do,i,1,nn fi(i)=1-2.7182818*(-0.005*(tt(i)-7) *enddo*dim,C1,array,nn,1 f1=0 k1=3 dt=0 *do,i,1,nn C1(i)=(fi(i)-f1)/Ec/(tt(i)-dt) f1=fi(i) dt=tt(i) mp,ex,k1,Ec mp,prxy,k1,0.2 tb,creep,k1,11 tbdata,1,C1(i),1,0,0,0 k1=k1+2 *enddo*dim,C2,array,

14、nn,1 f1=0 k2=4 dt=0*do,i,1,nnC2(i)=2*(fi(i)-f1)/Ec/(tt(i)-dt)f1=fi(i) dt=tt(i) mp,ex,k2,Ec mp,prxy,k2,0.2 tb,creep,k2,11 tbdata,1,C1(i),1,0,0,0 k2=k2+2 *enddo et,1,188 sectype,1,beam,rect,a1 secdata,1,1 keyopt,1,1,0 keyopt,1,3,3 ! 左边材料属性 mp,ex,1,Ec mp,prxy,1,0.2 tb,creep,1,11 tbdata,1,0,0,0,0,0,0 !

15、右边材料属性 mp,ex,2,Ec mp,prxy,2,0.2 tb,creep,2,11 tbdata,1,0,0,0,0,0,0 ! 建立有限元模型 *do,i,1,19 n,i,(i-1)/2 *enddo*do,i,1,19 n,i+19,(i-1)/2+9 *enddo type,1 mat,1*do,i,1,18 e,i,i+1 *enddo type,1 mat,2 *do,i,18,35 e,i+2,i+2+1 *enddo d,1,all d,38,all esel,s,1,18 sfbeam,all,pres,1000 esel,s,19,36 sfbeam,all,pres,1000 /solu outres,all,all