地下室墙板环境温度应力有限元分析

地下室墙板环境温度应力有限元分析 来源：考试大2011年10月17日【牵手考试大，成功你我他】
1概述
2基本假定
2.1在研究中认为墙体混凝土已经“成熟”，弹性模量不再随时间而变化，同时混凝土强度也已达到设计强度，材料的特性不随温度而改变；同时认为结构地基已稳定，不出现不均匀的沉降；墙体上除有“温度荷载”（环境温度变化）作用外不存在混凝土收缩当量温差。
2.3叠加原理仍然有效，材料遵循虎克定律。认为温度变形很小，结构构件仍处于弹性阶段，可应用叠加原理。
混凝土配合比不同，其热力学性能也不同。本文中采用C40混凝土，混凝土抗拉强度标准值为ftk=2.39N/m㎡.混凝土热膨胀系数为1×10-5/℃，比热0.97kJ/kg℃，导热系数192kJ/（m.d.℃），导温系数0.0034㎡/d，密度2400kg/m3，泊松比0.2，弹性模量3.25×104N/m㎡；土壤的比热1.01kJ/kg℃，导热系数80.35kJ/（m.d.℃），密度1800kg/m3，泊松比0.35，弹性模量30N/m㎡.
4.1实体模型的建立。计算模型可按对称约束条件选取，将基础底板和侧墙沿对称线截断，选取1/2基础底板和侧墙进行应力分析。规定沿墙体长度方向为x轴，沿墙体高度方向为Y轴，沿墙体宽度方向为z轴，基础底板尺寸取30m×1m×6m，横墙尺寸为30m×3.2m×0.4m，顶板尺寸为30m×0.2m×6m，纵墙尺寸为0.4m×3.2m×5.6m.
4.2边界约束和温度作用。在完全自由的状态下，收缩只引起体积的减小，不会产生内力。而实际上，当产生变形时，不同结构之间、结构各质点间，都可能产生相互影响及牵制，这种现象称为“约束”，结构不可能完全自由，也不会受到完全约束，多处在两者之间，即为“弹性约束”。地下室底板浇注在地基上，地基和底板之间有粘结、摩擦作用。当底板发生温度变形时，底板和地基之间将产相对运动，但由于粘结作用和摩擦作用的存在，地基将阻止底板的相对运动，在地基与底板接触面上必然会产生剪应力，这个剪应力就是地基对底板的弹性约束作用。
计算将采用热一结构间接耦合的方式，即给墙体内外表面各一个温度，先用热分析来求得墙身内的温度分布，然后改为结构分析，并将热分析得到的温度分布作为加载，最终得到应力计算结果。
为了简化计算忽略地下室内部柱子的影响，用竖向均布荷载代替柱子传给底板的竖向压力，本文取沈阳某20层高的住宅楼为研究背景，按每层12kN/㎡计算，底板所受的均布荷载取2.4×105Pa.假设室外气温骤降至-30℃，室内气温5℃。由于覆土的存在将改变墙体内的温度分布，因此在热分析时需将土体和墙体一起建模分析。加载后土体上表面为室外温度-30℃，而地下墙体、顶板内表面5℃，地下底板上下表面的温度均为5℃，去地基土恒温5℃。
5结论
5.2应力σx等值线呈圈状分布，由于侧墙受到基础底板的约束作用，最大应力出现在墙体中央截面并在侧墙与基础底板的交接处。
5.4沿侧墙长度方向，从墙体中段到墙体两端，应力的变化梯度逐渐减小。若以中央截面为圆点应力变化主要集中在整体长度的2/5之前。
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