[發(fā)明專(zhuān)利]一種混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)變效應(yīng)的實(shí)體有限元計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910249626.9
• 申請(qǐng)日: 2019-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110162827B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉榮;葉恒達(dá);李征;趙浩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F17/16;G06F119/14;G06F119/02;G06F111/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴(yán)龍

1.一種混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)變效應(yīng)的實(shí)體有限元計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟a：采用逐步法將混凝土的應(yīng)力歷程離散化，推導(dǎo)出第n個(gè)時(shí)段內(nèi)的單軸徐變應(yīng)變?cè)隽浚?/p>

其中，所述的步驟a中，當(dāng)結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力連續(xù)變化時(shí)，將應(yīng)力歷程劃分為若干個(gè)相互銜接的小過(guò)程，在每一個(gè)小過(guò)程內(nèi)假定應(yīng)力為常量，并以該應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生徐變，則第n個(gè)時(shí)段內(nèi)的單軸徐變應(yīng)變?cè)隽咳缡?1.1)所示：

式中，為混凝土在至?xí)r段內(nèi)的單軸徐變應(yīng)變?cè)隽浚粸闀r(shí)刻的應(yīng)力增量；為時(shí)刻混凝土的彈性模量；

為加載齡期的混凝土在時(shí)刻的徐變系數(shù)；為加載齡期的混凝土在時(shí)刻的徐變系數(shù)；

步驟b：采取線性最小二乘法初步擬合，非線性規(guī)劃求極值法最終擬合的策略，將設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的徐變系數(shù)表達(dá)式擬合成指數(shù)級(jí)數(shù)形式；

其中，所述的步驟b中，混凝土的徐變系數(shù)表達(dá)式如式(1.2)所示：

式中，為加載齡期的混凝土在時(shí)刻的徐變系數(shù)；為混凝土在時(shí)刻的名義徐變系數(shù)；為與環(huán)境相對(duì)濕度及構(gòu)件理論厚度相關(guān)的系數(shù)；

采取線性最小二乘法初步擬合，等式約束條件下非線性規(guī)劃求極值最終擬合的策略，運(yùn)用Matlab軟件將式(1.2)數(shù)值擬合為如式(1.3)所示的指數(shù)級(jí)數(shù)形式：

式中，為擬合常數(shù)，其中，；m為展開(kāi)的級(jí)數(shù)項(xiàng)數(shù)，m≥3；其余符號(hào)意義同前；

步驟c：將徐變系數(shù)擬合表達(dá)式代入單軸徐變應(yīng)變?cè)隽坑?jì)算式，建立混凝土單軸徐變應(yīng)變?cè)隽窟f推計(jì)算式；

所述的步驟c中徐變應(yīng)變?cè)隽窟f推計(jì)算式的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程如下：

將展開(kāi)后的徐變系數(shù)級(jí)數(shù)表達(dá)式(1.3)代入式(1.1)，利用指數(shù)函數(shù)特點(diǎn)進(jìn)一步合并，如式(1.4)所示：

式中，為第n個(gè)時(shí)段的時(shí)間增量，即；其余符號(hào)意義同前；

對(duì)式(1.4)的累加項(xiàng)進(jìn)行重組，并令：

式中，為遞推變量，其余符號(hào)意義同前；

于是有

同樣，第n+1個(gè)時(shí)段的徐變應(yīng)變?cè)隽坑檬?1.7)表示：

其中，

比較式(1.5)和式(1.8)，得到如式(1.9)所示的遞推關(guān)系：

混凝土收縮應(yīng)變與應(yīng)力無(wú)關(guān)，當(dāng)構(gòu)件尺寸、材料特性、環(huán)境狀況和收縮開(kāi)始齡期已知時(shí)，收縮應(yīng)變隨時(shí)間發(fā)展曲線唯一確定；與徐變相似，將收縮應(yīng)變曲線離散化，則第n個(gè)時(shí)段的收縮應(yīng)變?cè)隽咳缡?1.10)所示：

式中，為混凝土收縮開(kāi)始齡期；為混凝土從至?xí)r段的收縮應(yīng)變；為混凝土從至?xí)r段的收縮應(yīng)變；

利用上述遞推關(guān)系，第n個(gè)時(shí)段的徐變與收縮應(yīng)變?cè)隽坑?jì)算如式(1.11)所示：

數(shù)值分析時(shí)，采用該遞推計(jì)算式不必存儲(chǔ)應(yīng)力歷程，節(jié)約了計(jì)算資源和時(shí)間消耗；

步驟d：考慮多軸應(yīng)力工況的徐變泊松影響，在實(shí)體單元材料本構(gòu)中引入混凝土?xí)r變效應(yīng)遞推計(jì)算式，建立混凝土實(shí)體單元時(shí)變本構(gòu)方程；

步驟e：運(yùn)用Fortran語(yǔ)言在ANSYS軟件的USERMAT子程序中開(kāi)發(fā)混凝土?xí)r變本構(gòu)，實(shí)現(xiàn)空間應(yīng)力狀態(tài)下混凝土結(jié)構(gòu)在復(fù)雜應(yīng)力歷程中的時(shí)變效應(yīng)有限元分析。