大體積混凝土分層澆筑過程中溫度場受到外界氣溫的變化、太陽輻射、水化生熱、不同澆筑溫度、不同分層厚度、不同澆筑間歇期和溫度控制措施等因素的影響。為了使分析計(jì)算成果能夠較準(zhǔn)確地反映客觀實(shí)際情況，分析中力求全面、準(zhǔn)確地模擬施工過程中的各種條件和影響因素。仿真計(jì)算中的技術(shù)問題主要包括分層澆筑過程模擬、溫度初始條件和邊界條件的施加，水化生熱模擬?；谏鲜鲋饕夹g(shù)、影響因素，設(shè)計(jì)了仿真分析的流程圖，應(yīng)用大型通用軟件ANSYS，通過參數(shù)設(shè)計(jì)語言（APDL）以及ANSYS的多種內(nèi)部函數(shù)， 編制了宏命令以控制ANSYS程序，對(duì)大體積混凝土的澆筑溫度場進(jìn)行仿真分析，使大體積混凝土分層澆筑過程溫度場仿真分析，從建模、求解計(jì)算直至計(jì)算結(jié)果的后處理能夠自動(dòng)化和參數(shù)化，提高了利用大型通用軟件ANSYS解決工程實(shí)際問題的效率。

一、網(wǎng)格劃分

（一）網(wǎng)格劃分指導(dǎo)思想。ANSYS網(wǎng)格劃分的指導(dǎo)思想是首先進(jìn)行總體模型規(guī)劃，包括物理模型的構(gòu)造、單元類型的選擇、網(wǎng)格密度的確定等多方面的內(nèi)容。在網(wǎng)格劃分和初步求解時(shí)，做到先簡單后復(fù)雜，先粗后精，2D單元和3D單元合理搭配使用。利用軸對(duì)稱或子結(jié)構(gòu)時(shí)要注意場合，如在進(jìn)行模態(tài)分析、屈曲分析整體求解時(shí)，則應(yīng)采用整體模型，同時(shí)選擇合理的起點(diǎn)并設(shè)置合理的坐標(biāo)系，可以提高求解的精度和效率，例如，軸對(duì)稱場合多采用柱坐標(biāo)系。有限元分析的精度和效率與單元的密度和幾何形狀有著密切的關(guān)系，按照相應(yīng)的誤差準(zhǔn)則和網(wǎng)格疏密程度，避免網(wǎng)格的畸形。在網(wǎng)格重劃分過程中常采用曲率控制、單元尺寸與數(shù)量控制、穿透控制等控制準(zhǔn)則。在選用單元時(shí)要注意剪力自鎖、沙漏和網(wǎng)格扭曲、不可壓縮材料的體積自鎖等問題。

（二）網(wǎng)格劃分基本原則

1、網(wǎng)格數(shù)量。網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算規(guī)模的大小。一般來講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡兩個(gè)因數(shù)綜合考慮。

2、網(wǎng)格疏密。網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格，這是為了適應(yīng)計(jì)算數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)。在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位（如應(yīng)力集中處），為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。而在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，為減小模型規(guī)模，則應(yīng)劃分相對(duì)稀疏的網(wǎng)格。這樣，整個(gè)結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出疏密不同的網(wǎng)格劃分形式。因此，網(wǎng)格數(shù)量應(yīng)增加到結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，在次要部位增加網(wǎng)格是不必要的，也是不經(jīng)濟(jì)的。

3、單元階次。許多單元都具有線性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的單元稱為高階單元。選用高階單元可提高計(jì)算精度，因?yàn)楦唠A單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線和曲面邊界，且高次插值函數(shù)可更高精度地逼近復(fù)雜場函數(shù)，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時(shí)可以選用高階單元。但高階單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，在網(wǎng)格數(shù)量相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模要大得多。因此在使用時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮計(jì)算精度和時(shí)間，在有應(yīng)力集中和剛度突變的地方，應(yīng)該采用高階單元來對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

二、ANSYS計(jì)算大體積混凝土溫度場個(gè)參數(shù)的技術(shù)處理

（二）定解條件

初始條件和第一類邊界條件、第二類邊界條件均可用ANSYS熱分析中的溫度邊界條件來表征（應(yīng)用ANSYS單元生死功能時(shí)混凝土初始溫度（澆筑溫度） 以結(jié)點(diǎn)自由度的方式給定），第三類邊界條件可用ANSYS熱分析中的熱對(duì)流傳遞方式來表征。

綜上所述，用ANSYS瞬態(tài)熱分析來模擬大體積混凝土分層澆筑施工期的溫度場在理論上是可行的，并且需要滿足的初始條件和各類邊界條件在ANSYS瞬態(tài)熱分析中可以用相應(yīng)的方式方便地表示出來。

（三）其他參數(shù)

1、澆筑溫度。澆筑溫度的模擬是將新澆混凝土的初始溫度設(shè)置為澆筑溫度，然后在水化放熱和邊界條件的作用下，其溫度場開始發(fā)生變化。

2、導(dǎo)熱系數(shù)。混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)是反應(yīng)熱量在混凝土內(nèi)傳導(dǎo)難易程度的一個(gè)系數(shù)。普通混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)一般在8.39～12.56之間，具體值可由混凝土的各組成成分的重量百分比按加權(quán)平均方法計(jì)算得出。

3、比熱。單位質(zhì)量的混凝土，溫度升高1℃時(shí)所需吸收的熱量稱比熱，普通混凝土的比熱一般在0.84～1.05之間。

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