АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ УЛЬТРАДЛИННОГО ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ XFEM И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРАЕКТОРИИ НАПРЯЖЕНИЙ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2024-135-3-13-23Ключевые слова:
железобетонное подземное сооружение, температурное поле солнечного света, контроль трещин, расширенный метод конечных элементов, траектория главного напряжения, постформировочная лентаАннотация
Исследуется проблема растрескивания боковых стен ультрадлинных бесшовных подземных конструкций в условиях высокой температуры и солнечного освещения летом. Долгосрочный мониторинг температуры проводился на подземном сооружении, строящемся в Современном сервисном индустриальном парке района Хунгутан города Нанчанг. Температурное поле моделировалось с использованием коммерческого программного обеспечения конечных элементов Abaqus, а измеренные результаты сравнивались с результатами моделирования для проверки обоснованности теории моделирования температурного поля солнечного света. На основе теории моделирования температурного поля солнечного света были проведены численные симуляционные эксперименты с использованием Расширенного метода конечных элементов (XFEM) для анализа температурных и напряженных полей полноразмерных подземных конструкций различной длины в условиях высокой температуры солнечного света. Сравнивались различия в напряжении и критическая температура растрескивания боковых стен подземных сооружений различной длины при одном и том же температурном поле. Программное обеспечение Abaqus было дополнительно разработано с использованием программы визуализации траектории главных напряжений, написанной на Python, и был составлен полный диаграмма траектории главных напряжений подземного сооружения. Результаты анализа показывают, что при одинаковом температурном градиенте изменение длины подземного сооружения не оказывает значительного влияния на величину главного напряжения на боковых стенах. Критическая температура между верхней и нижней частями подземного сооружения, вызывающая растрескивание боковых стен, не изменялась значительно. Под действием неравномерного расширения форма трещины боковой стены подземного сооружения принимает вид «八». В условиях высокой температуры строительства необходимо тщательно контролировать повышение температуры потолка подземного сооружения, чтобы избежать чрезмерных температурных различий между верхней и нижней частями конструкции, что может вызвать растрескивание боковых стен.
Библиографические ссылки
Li Yang. Finite element simulation and temperature field analysis of super long concrete structure with expansion reinforcement [D] / Li Yang. – Hebei University of Engineering, 2021.
Analysis of effects on basement exterior wall cracks controlling measure [J] / Hou Juling, Peng Yunlin, Zhang Weiyang [et al.] // Construction Technology. – 2017. – Vol. 46(S2). – P. 1121–1123.
Treshchinostojkost' zhelezobetonnoj stenki v usloviyah stesnennoj osnovaniem temperaturnoj deformacii [J] / YU. G. Barabanshchikov, K. V. Semenov, S. S. Zimin [i dr.] // Stroitel'stvo unikal'nyh zdanij i sooruzhenij. – 2018. – № 8. – S. 51–62.
Wei Yinyin. Temperature effect analysis and crack control of super long concrete shear wall during construction period [D] / Wei Yinyin. – Chongqing University, 2019.
Zhou Ningbin. Study on early temperature stress of basement exterior wall and crack control [D] / Zhou Ningbin. – Chang’an University, 2020.
Yang Li. Finite element simulation and temperature field analysis of super long concrete structure with expansion reinforcement [D] / Yang Li. – Hebei University of Engineering, 2021.
Modelirovanie vliyaniya gradientov temperatur na raspredelenie napryazhenij na stadii gidratacii betonov / YU. A. Abzaev, A. I. Gnyrya, S. V. Korobkov [i dr.] // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. – 2016. – № 3 (56). – S. 129–138.
Chen Junyi. Analysis on temperature stress of super-long concrete structure and research on its control technology [D] / Chen Junyi. – Zhejiang University, 2006.
Temperature simulation and thermal effect research one extremely long-span concrete frame structure [J/OL] / Zhang Hanshuo, Bu Fanmin, Nie Jianguo [et al.] // Engineering Mechanics. – 2024. – Vol. 1–9.
Li Ziyi. Research on sunshine temperature field of curved concrete box girder bridge and its effects [D] / Li Ziyi. – Dalian University of Technology, 2022.
Xie Zhiqian. Solar Radiation Simulation Method for Hydraulic Concrete Structure [J] / Xie Zhiqiang, Fu Zhi, Lv Xingdong // Journal of Chongqing Jiaotong university(natural science). – 2019. – Vol. 38 (11). – P. 82–89.
Marzec, I. Quantitative assessment of the influence of tensile softening of concrete in beams under bending by numerical simulations with XFEM and cohesive cracks [J] / I. Marzec, J. Bobiński // Materials. – 2022. – Vol. 15(2). – P. 626.
Zhou Linren. Experimental investigation into effect of surface roughness on convective heat transfer of concrete [J] / Zhou Linren, Li Shaoji, Chen Lan // Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition). – 2023. – Vol. 51(07). – P. 81–89.
Liu Xingfa. Temperature stress analysis of concrete structures [M] / Liu Xingfa. – People's Transportation Press, 1991.
Duffie, J. A. Solar engineering of thermal processes, photovoltaics and wind [M] / J. A. Duffie, W. A. Beckman, N. Blair. – John Wiley & Sons, 2020.
Liu Cheng. The temperature field and thermal effect of steel-concrete composite bridges [D] / Liu Cheng. – Tsinghua University, 2018.
GB 50010-2010, Code for Design of Concrete Structures (in Chinese) [S].
GB 50176-2016, Code for Thermal Design of Civil Buildings (in Chinese) [S].
Xihe Energy Meteorological Big Data Platform. Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) (2015), MERRA-2 tavg1_2d_lnd_Nx, tavg1_2d_rad_Nx, tavg1_2d_slv_Nx: 2d,1-Hourly, Time-Averaged, Single-Level, Assimilation, Diagnostics V5.12.4 (M2T1NXSLV), Land Surface Diagnostics V5.12.4 (M2T1NXLND), Radiation Diagnostics V5.12.4 (M2T1NXRAD), Greenbelt, MD, USA, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC). – URL: https://www.xihe-energy.com (date of access: 14.09.2024).
Numerical Simulation of Fracture Performance of Concrete Three-Point Bending Beam Based on Extended Finite Element Method [J] / Zuo Yongmei, Guo Zhanglei, Zhu Lihua [et al.] // Journal of Hebei University of Engineering(Natural Science Edition). – 2022. – Vol. 39(04). – P. 26–32.
Roth, S. N. A combined XFEM–damage mechanics approach for concrete crack propagation [J] / S. N. Roth, P. Léger, A. Soulaïmani // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 2015. – Vol. 283. – P. 923–955.
Liu Chun. Experimental investigation on fracture behavior of concrete under three point bending test and numerical simulation [D] / Liu Chun. – Guizhou university, 2017.
Jia Yandong. Research on the Fracture Performance and Experimental Methods of Concrete with Different Coarse Aggregates and Strength Grades [D] / Jia Yandong. – Dalian University of Technology, 2003.
JGJ 3-2010.Technical specification for concrete structures of tall building (in Chinese)[S].
3D-TSV: The 3D trajectory-based stress visualizer / J. Wang, C. Neuhauser, J. Wu [et al.] // Advances in Engineering Software. – 2022. – Vol. 170. – P. 103144.
Yuan Yafei. Research of the method stress field’s visualization based on principal stress trajectory [D] / Yuan Yafei. – Xi’an University of Science and Technology, 2019.
Zhang, H. Experimental Investigation on Stress Redistribution and Load-Transfer Paths of Shear Walls with Openings / H. Zhang, X. Liu, W. Yi // Journal of Structural Engineering. – 2018. – Vol. 144(9). – P. 296–311.
Kelly, D. W. An algorithm for defining load paths and a load bearing topology in finite element analysis / D. W. Kelly, C. A. Reidsema, M. C. W. Lee // Engineering Computations. – 2011. – Vol. 28(2). – P. 196–214.
Wang Junbiao. Formula for calculating the principal direction of stress[J] / Wang Junbiao // Mechanics in Engineering. – 1992. – Vol. 04. – P. 60.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
