4温度应力仿真分析

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.

土体部分的尺寸按照《建筑地基基础设计规范》要求土体厚度至少是上部结构的3倍以上，故土质地基厚度取10m，力的扩散范围呈45°，故土质地基沿墙体长度上延展20m.

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。

墙板采用C40混凝土，在地下室外墙四周和底板底部与土质地基弹性接触。土壤的密度为1800kg/m3，弹性模量为30Mp，泊松比为0.35，土壤与墙板间的摩擦系数取0.4.

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。

计算时选用的是ANSYS单元库中的SOLID65和SOLID45单元。SOLID65单元为三维8节点的实体单元，在每个节点上只有一个自由度-温度，它可用于热分析，并在热一结构耦合分析时可以自动转化为SOLID45单元。

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℃。

4.3计算结果分析。分析60米长地下室，模型截取板和墙体整体的1/2.在弹性约束下应力的计算结果。

5结论

5.1应力σx沿墙长均呈对称分布，越接近中央截面值越大，但变化趋势也越趋缓慢，事实上计算发现截面内存在的主要是沿墙长方向的拉应力，σmax在3.82MPa左右。

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。

5.3沿侧墙高度方向，随着墙体高度增加，应力逐渐减小，墙体与基础底板截面中心交接处应力变化明显，墙体顶部应力变化不大。沿墙体高度方向从底部到顶部应力梯度逐渐减小。

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。

5.5底板中心向四周应力梯度逐渐减小。