midas Gen-大体积混凝土水化热分析

例题3 大体积混凝土水化热分析
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例题大体积混凝土水化热分析
2 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
例题大体积混凝土水化热分析
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：
➢地基：17.6 x 12.8 x 2.4 m
➢板式基础：11.2 x 8.0 x 1.8 m
➢水泥种类：低热硅酸盐水泥（Type IV）
板式基础
地基
1/4模型
图1 分析模型
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例题大体积混凝土水化热分析
4 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
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
注：也可以通过程序右下角
随时更改单位。

例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
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图4 定义材料时间依存特性
图5 时间依存性材料连接注：
材料的收缩徐
变特性在水化
热分析控制中
定义。

例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
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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
例题大体积混凝土水化热分析
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例题大体积混凝土水化热分析
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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
例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
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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。

例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
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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
例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
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图15 定义对称条件注：
这里取1/4模型需
输入对称边界条
件。

例题大体积混凝土水化热分析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：20o c 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
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例题大体积混凝土水化热分析
18 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：20o c
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
例题大体积混凝土水化热分析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：20o c
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
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例题大体积混凝土水化热分析
20 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：20o c
例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
22 图22 定义热源函数图23 分配热源
例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
24 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
例题大体积混凝土水化热分析
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
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例题大体积混凝土水化热分析
26 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。