混凝土结构有限元模型的快速准确建立和仿真计算是目前混凝土温控防裂分析的重要研究课题。本文结合实际工程中混凝土温度场、应力场三维有限元仿真分析所涉及的问题,开发了混凝土温度裂缝控制可视化分析系统,使该类问题的有限元计算及前、后处理都变得方便高效,其主要工作内容为: 1、以ANSYS软件为平台,利用其提供的UIDL、APDL等二次开发技术,开发了混凝土温度裂缝专用的仿真分析系统CTCCAS。该系统利用开发的各级菜单和对话框,能够建立常见混凝土结构的实体模型,通过参数化方法完成有限元计算网格剖分,实现计算分析过程的自动化和计算结果的可视化。 2、对ANSYS命令流编程方法进行了深入研究,在此基础上,基于热—结构耦合分析原理,完成了仿真系统中温度场、应力场分析专用模块的程序设计。对温度场的计算考虑了结构分缝、拆模等施工过程以及外界气温变化的影响,并探讨了冷却水管温度场计算的子结构解法;对应力场的计算考虑了混凝土早期材料特性随时间的变化,研究了配筋对混凝土开裂限制作用的模拟方法。 3、提出将混凝土的骨料和水泥砂浆作为不同属性的材料,并引入接触单元对混凝土进行细观模拟分析;研究了仿真系统中混凝土结构细观模型的建立,并从细观角度探讨了混凝土在温度荷载作用下的工作机理和裂缝控制问题。 4、运用仿真系统计算了某拱坝施工期大体积混凝土的温度及温度应力分布,模拟了混凝土拱坝典型坝段的施工过程。另外,以某高层建筑地下室侧墙工程为背景,通过有限元仿真计算和结果比较,研究了混凝土墙板结构的温度裂缝控制问题,为今后这类工程施工提供了有益的借鉴。