預(yù)應(yīng)力施加方法各家匯集分類ANSYS應(yīng)用

1、ANSYS預(yù)應(yīng)力施加方法各家匯集分類:ANSYS應(yīng)用拜年帖1-預(yù)應(yīng)力混凝土分析中等效荷載法與其它 作者：三月雨 眾所周知，在ANSYS中，預(yù)應(yīng)力混凝土分析(有粘結(jié))可采用等效荷載法和實體力筋法。所謂等效荷載法，就是將力筋的作用以荷載的形式作用于混凝土結(jié)構(gòu)；所謂實體力筋法就是用solid模擬混凝土，而link模擬力筋。 1 等效荷載法的優(yōu)缺點 優(yōu)點是建模簡單，不必考慮力筋的具體位置而可直接建模，網(wǎng)格劃分簡單；對結(jié)構(gòu)的在預(yù)應(yīng)力作用下的整體效應(yīng)比較容易求得。 其主要缺點是： 等效荷載法沒有考慮力筋對混凝土的作用分布和方向，力筋對混凝土作用顯然在各處是不同的，等效荷載法則無法考慮；水平均布分量沒有考慮

2、。 對某些線形的力筋模擬困難，例如通常采用的是直線(較短)曲線直線(很長)曲線直線(較短)，這種形式的布筋等效起來麻煩，且可能不合理。 難以求得結(jié)構(gòu)細(xì)部受力反映，否則荷載必須施加在力筋的位置上，這又失去建模的方便性。 在外荷載作用下的共同作用難以考慮，不能確定力筋在外荷載作用下的應(yīng)力增量。 對張拉過程無法模擬。 無法模擬應(yīng)力損失引起的力筋各處應(yīng)力不等的因素。 其最大的一個缺點是：較粗！得到的結(jié)果與實際情況誤差較大！最近做了點實際計算，經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，結(jié)果與實際的誤差相差較多(可能是特例)，所以采用該方法需要謹(jǐn)慎和校驗一下。 2 實體力筋法的優(yōu)缺點 將混凝土和力筋劃分為不同的單元，預(yù)應(yīng)力的模擬可以

3、采用降溫方法和初應(yīng)變方法。降溫方法比較簡單，同時可以模擬力筋的損失，單元和實常數(shù)幾種即可；初應(yīng)變通常不能考慮預(yù)應(yīng)力損失，否則每個單元的實常數(shù)各不相等，工作量較大。 可消滅等效荷載法的缺點。但建模工作量似乎要大些。拜年帖2-預(yù)應(yīng)力混凝土分析中實體力筋法的ansys處理過程 有兩種處理方法，一是體分割法，二是采用獨立建模耦合法。 1 體分割法 用工作平面和力筋線拖拉形成的一個面，將將體積分割(divide)，分割后體上的一條線定義為力筋線。這樣不斷分割下去，最終形成許多復(fù)雜的體和多條力筋線，然后分別進(jìn)行單元劃分，施加預(yù)應(yīng)力、荷載、邊界條件后求解。這種方法是基于幾何模型的處理，即幾何模型為一體，力筋

4、位置準(zhǔn)確，求解結(jié)果精確，但當(dāng)力筋線形復(fù)雜時，建模特別麻煩。 2 獨立建模耦合法 該法的基本思想是實體和力筋獨立建幾何模型，分別劃分單元，然后采用耦合方程將力筋單元和實體單元聯(lián)系起來，這種方法是基于有限元模型的處理。其基本步驟如下： 建立實體幾何模型（不考慮力筋）； 建立力筋線的幾何模型（不考慮體的存在）； 將幾何模型按一定的要求劃分單元（這時也是各自獨立的）； 選擇所有力筋線； 選擇與上述力筋相關(guān)的節(jié)點(nsll命令)，并定義選擇集； 將上述力筋節(jié)點存入數(shù)組； 選擇所有節(jié)點，并去掉中的節(jié)點集(這時是除力筋節(jié)點外的所有節(jié)點)； 按力筋節(jié)點數(shù)組搜尋所有最近的實體節(jié)點號，并存入數(shù)組中； 耦合力筋節(jié)點

5、與最近的節(jié)點，一一耦合(cp命令)（不能使用cpintf命令，這樣可能耦合其它節(jié)點，且容易不耦合） 選擇所有，并施加邊界條件和荷載，可以求解了。 這種方法建模特別簡單，耦合處理也比較簡單(APDL要熟悉些)，缺點是當(dāng)實體單元劃分不夠密時，力筋節(jié)點位置可能有些走動，但誤差在可接受范圍之內(nèi)！這種方法是解決力筋線形復(fù)雜且力筋數(shù)量很多時的較佳方法。 預(yù)應(yīng)力簡支梁彈性分析-體線獨立耦合法示例 !- /prep7 eg=2e5 ag=140 eh=4e4 r0=9345 yyl=200000 et,1,link8 et,2,solid95 r,1,ag,yyl/eg/ag*1.036258 r,2 mp,

6、ex,1,eg mp,prxy,1,0.3 mp,ex,2,eh mp,prxy,2,0.2 blc4,100,200,3000 /view,1,1,1,1 /ang,1 vplot !-定義力筋線 ksel,all *get,kp0,kp,0,num,max lsel,none k,kp0+1,50,160 k,kp0+2,50,160,3000 k,kp0+3,50,800,1500 larc,kp0+1,kp0+2,kp0+3,r0 kdele,kp0+3 *get,line1,line,0,num,min !-定義約束 lsel,s,loc,z,0 lsel,r,loc,y,0 dl,

7、all,uy lsel,s,loc,z,3000 lsel,r,loc,y,0 dl,all,all allsel,all !-單元劃分 lsel,s,line1 latt,1,1,1 lesize,all,50 lmesh,all vsel,all vatt,2,2,2 lsel,s,loc,z,0 lsel,r,loc,y,10,140 lesize,all,8 lsel,s,loc,z,0 lsel,u,loc,y,10,140 lesize,all,4 lsel,s,loc,y,0 lsel,r,loc,x,0 lesize,all,50 vsweep,all allsel,all !

8、耦合自由度 lsel,s,line1 nsll,s,1 cm,cmljnod,node *get,max1,node,0,count *dim,ojd,max1 *dim,jd,max1 *get,nod1,node,0,num,min ojd(1)=nod1 *do,i,2,max1 ojd(i)=ndnext(ojd(i-1) *enddo allsel,all nsel,all cmsel,u,cmljnod *do,i,1,max1 nod1=ojd(i) j=nnear(nod1) jd(i)=j *enddo nsel,all ji=1 *do,i,1,max1 cp,ji,ux,

9、ojd(i),jd(i) cp,ji+1,uy,ojd(i),jd(i) cp,ji+2,uz,ojd(i),jd(i) ji=ji+3 *enddo allsel,all ji= i= max1= nod1= ojd= jd= j= ag= eg= eh= kp0= r0= yyl= line1=finish /solu solve finish /post1 pldisp,1 etable,sigi,ls,1 plls,sigi,sigi,1 模擬預(yù)應(yīng)力主要分為兩大塊：一模擬預(yù)應(yīng)力的張拉過程；二模擬預(yù)應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中的作用 對于一比較復(fù)雜，需要考慮摩擦，主要問題是參數(shù)的選取，而不是如何建立模型

10、的問題，具體參數(shù)需要大量的試驗才能確定 對于二是結(jié)構(gòu)分析比較關(guān)心的問題，不論采用耦合、共用節(jié)點，約束方程，主要問題是力的傳遞路徑是否正確，以及預(yù)應(yīng)力的分布是否正確。對于體外索，整根預(yù)應(yīng)力束應(yīng)力相同，可以采用統(tǒng)一的初始應(yīng)變，或著降溫，中間節(jié)點在和轉(zhuǎn)向器連接的地方放松縱向自由度，徑向同轉(zhuǎn)向器節(jié)點耦合。而對于體內(nèi)束，不管先張、后張，結(jié)構(gòu)形成以后預(yù)應(yīng)力和混凝土已經(jīng)固節(jié)（除非你分析極限承載力，考慮滑移），預(yù)應(yīng)力節(jié)點和混凝土節(jié)點應(yīng)該完全耦合。其主要問題是整個預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力分布如何模擬，施加分段初應(yīng)變是可取的，但是比較繁瑣（但完全可以很好的控制）。 還有一個問題，就是初應(yīng)變的大小如何確定，實際上，確定初應(yīng)

11、變的大小就是模擬張拉的一個過程，我們最終要的是存留值，要想精確模擬所以必須通過反復(fù)調(diào)整初應(yīng)變來模擬混凝土梁的彈性壓縮損失。 還有“有限元梁桿組合結(jié)構(gòu)分析方法” 分別用梁單元模擬混凝土梁,用桿單元模擬預(yù)應(yīng)力筋.梁與桿之間的連接方式采用剛臂或約束方程,即梁兩端為固接,桿兩端為鉸接,確保在桿上施加的預(yù)應(yīng)力可以傳遞到梁兩端,同時梁的變形對預(yù)應(yīng)力的影響也可以通過桿表現(xiàn)出來,由此形成鋼筋混凝土梁的梁桿組合結(jié)構(gòu). 預(yù)應(yīng)力通過初應(yīng)變或降溫法使桿產(chǎn)生收縮應(yīng)變以模擬預(yù)應(yīng)力筋張拉,桿收縮對梁的軸力和彎矩作用可通過約束方程或剛臂傳遞到梁兩端.設(shè)桿軸力為T,則對梁兩端的軸力和彎矩分別為 F=T;M=Ta. 梁桿組合結(jié)構(gòu)

12、分析方法的實質(zhì)是利用桿施加預(yù)應(yīng)力取代等效載荷,這樣不僅可以解決梁截面特性隨預(yù)應(yīng)力筋的加入而改變的問題,而且使預(yù)應(yīng)力效應(yīng)可以動態(tài)響應(yīng)結(jié)構(gòu)變化.這種方法比等效載荷法更接近實際,精度更高. 預(yù)應(yīng)力筋張拉模擬采用降溫法模擬預(yù)應(yīng)力張拉.對先張法預(yù)應(yīng)力混凝土,一次降溫可模擬張拉過程;對后張法預(yù)應(yīng)力混凝土,由于降溫模擬張拉過程中結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應(yīng)變化,因此一次降溫模擬難以達(dá)到預(yù)期張拉力,可以通過降溫迭代方法來達(dá)到預(yù)期值.而對于彈性壓縮損失,則可利用單元生死技術(shù)模擬分批張拉有效計入 個人愚見： 等效荷載做分析，對于直線筋，模型整體分析顯然是適用的，做局部分析也可以；對于曲線筋無法模擬損失及應(yīng)力分布情況，不適用。

13、溫度模擬預(yù)應(yīng)力實際上是有問題的，從計算理論上可知，即使對于不考慮摩察損失的直線筋，若鋼筋與梁體分離僅僅梁端耦合，本質(zhì)上與等效荷載法完全一致；若不只是梁端耦合，那么降溫過程，無法模擬張拉鋼筋的滑移，對于曲線筋，無法模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋的損失及梁體受到切向摩察的應(yīng)力分布情況，所以應(yīng)該說用溫度模擬預(yù)應(yīng)力是有很大的問題的。 初應(yīng)變模擬鋼筋與溫度類似，若要研究梁體局部應(yīng)力分布情況，與降溫法一樣無法模擬。模擬出的結(jié)論對梁的跨中截面而言可能正確的，但離開跨中，有摩察和滑移地方不正確，并且越離跨中遠(yuǎn)誤差越大。 所以很多分析都是針對跨中數(shù)據(jù)的檢驗，好像正確（跨中剛好對稱），若對離開跨中一段距離進(jìn)行分析，就會發(fā)現(xiàn)不正確

14、。所以若要對梁體進(jìn)行局部應(yīng)力分布分析，要考慮滑移和摩察的切向影響后，就會發(fā)現(xiàn)問題。 所以實際用ANSYS計算的預(yù)應(yīng)力效果不如用結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和規(guī)范計算結(jié)果準(zhǔn)確。橋梁博士是采用設(shè)計原理和規(guī)范計算方法，所以比較準(zhǔn)確。 正在做連續(xù)梁橋的懸臂施工仿真分析,對于三向預(yù)應(yīng)力鋼筋的模擬是一個很關(guān)鍵的問題,總結(jié)了一些自己的體會. 1;用面面切割體生成線是很方便也是比較理想的,能準(zhǔn)確的模擬力筋的位置,對線型把握得很好,但要考慮一個問題就是在力筋線很多,而模型本身又不是很規(guī)整的情況下會造成切割成太多的小實體(比如橫向,豎向的鋼筋靠得很近而且又多),在分網(wǎng)的時候就會出現(xiàn)問題以致沒法做下去. 3: 當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋的線型比較

15、復(fù)雜,實體和預(yù)應(yīng)力筋單獨建模,分網(wǎng),用約束方程法來做不錯,我在考慮腹板的縱向預(yù)應(yīng)力筋的時候就是這樣來做的 4;在同一個模型中結(jié)合上面的三種方法來做,說來也是沒辦法啊,在用方法一實在是做不下去了,就用綜合后面的方法來做,不過最后還算可以. 5;預(yù)應(yīng)力的損失如何算,就按規(guī)范來做嗎,可不可以用ANSYS來做這方面的分析,希望有更多的人來探討 6.一點拙見,希望各位指教. 在ansys中施加預(yù)應(yīng)力好像是個蠻重要的問題，希望大伙能仁者見仁智者見智。 我先說兩句： 在構(gòu)件表面可以加等效荷載，現(xiàn)在好像一般都采用這種方法。 把預(yù)應(yīng)力筋的位置從混凝土體中挖去，然后在在洞口的表面上加上荷載，適于精確分析。這種方法

16、我正在嘗試，但比較繁，而且網(wǎng)格劃分會很密，不適宜做整體的分析，但可用于局部分析。 加溫度荷載。在預(yù)應(yīng)力筋處降溫，產(chǎn)生收縮，施加當(dāng)量的預(yù)應(yīng)力，這種方法目前正在嘗試。請高手多多指教！ 在一篇論文中有這樣的描述：墻板，環(huán)梁，底板均采用ANSYS提供的三維實體SOLID65進(jìn)行分析，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用連接元LINK8，此單元有拉伸壓縮剛度，無抗彎剛度。劃分單元時候，使LINK8元的節(jié)點和SOLID65元的節(jié)點置空間同一點?？臻g同點上的二節(jié)點在線單元LINK8垂直平面內(nèi)的位移，利用約束方程處理為相同，而二節(jié)點沿線元縱向的位移各自獨立。LINK8元和SOLID65元空間同點節(jié)點的約束方程處理，正確反映了后張

17、預(yù)應(yīng)力施工時候，鋼絞線只能沿墻縱向相對滑移而不會走離墻中心位置餓真實過程。It depends what do you want.If you want to determine the stress distribution at EACH stage you apply the loads, I advice you use link element with initial strain.If you want to decide the stress distributon ONLY at the service load stage, I think it will be easie

18、r to use eqal load method.If you want to design the structure at ultimate limit stage, maybe you can even igonre the effect of prestress, because all the reinforcement have reached their strength. (Of course you can include the seconde order moments and shears). 用溫度應(yīng)力代替預(yù)應(yīng)力是可行的. 可能也是最好的模擬預(yù)應(yīng)力方法. 可以做幾個

19、習(xí)題試一下在ANSYS中通過變溫施加預(yù)應(yīng)力是一種簡便實用的手段。先將預(yù)應(yīng)力筋的形狀用LINK單元表示好（轉(zhuǎn)折處用約束方程規(guī)定），不必?fù)?dān)心單元的重疊，然后根據(jù)需要定義LINK單元的線脹系數(shù)及其溫變（其它單元不要規(guī)定溫變）。 嘗試計算一次，核對一下LINK單元的應(yīng)力是否滿足精度（因為相連的其它單元會一起變形），調(diào)整一兩次就可以了 還有一個辦法,就是直接加預(yù)應(yīng)力荷載. 在solution中,有一個apply initial stress 的命令.不過好像只能用于部分單元nk180,beam188,beam189,etc.預(yù)應(yīng)力混凝土的分析方法可分為兩大類：其一是將力筋的作用以荷載的形式作用于結(jié)構(gòu)即所

20、謂的等效荷載法，其二是力筋和混凝土分別用相應(yīng)的單元模擬，預(yù)應(yīng)力通過不同的模擬方法施加稱之為實體力筋法，這兩種方法都可根據(jù)不同的分析目的或需要而采用不同的單元進(jìn)行模擬。 等效荷載法可采用的單元形式主要有beam 系列shell系列和solid系列,考慮到該方法的特點,一般作為結(jié)構(gòu)受力分析或施工過程控制可采用beam 和shell系列單元,而使用solid單元系列則比較少。 等效荷載法的優(yōu)點是建模簡單，不必考慮力筋的具體位置而可直接建模，網(wǎng)格劃分簡單。對結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下的整體效應(yīng)比較容易求得。其主要缺點是： 1、無法考慮力筋對混凝土的作用分布和方向。曲線力筋對混凝土作用在各處是不同的，等效時沒有

21、考慮，而水平分布力也沒有考慮。 2、在外荷載作用下的共同作用難以考慮，不能確定力筋在外荷載作用下的應(yīng)力增量。 3、難以求得結(jié)構(gòu)細(xì)部受力反應(yīng)，否則荷載必須施加在力筋的位置上，這又失去建模的方便性。 4、張拉過程難以模擬，且無法模擬由于應(yīng)力損失引起力筋各處應(yīng)力不等的因素。 5、細(xì)部計算結(jié)果與實際情況誤差較大，不宜進(jìn)行詳盡的應(yīng)力分析。 實體力筋 實體力筋法中的實體可采用的單元有shell系列和solid系列,對混凝土結(jié)構(gòu)一般采用solid系列比較好。在彈性階段應(yīng)力分析中，可采用彈性的solid系列，而要考慮開裂和極限分析，可采用專為混凝土模擬的solid65單元。而力筋可采用link單元系列。 預(yù)應(yīng)

22、力的模擬方法有降溫法和初應(yīng)變法，降溫方法比較簡單，同時可以設(shè)定不同位置的預(yù)應(yīng)力不等，即能夠?qū)?yīng)力損失進(jìn)行模擬；初應(yīng)變法通常不能考慮預(yù)應(yīng)力損失，否則每個單元的實常數(shù)各不相等，工作量較大。這種方法可消除等效荷載法的缺點，對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析能夠精確地模擬。實體力筋法在建模處理上有三種處理方法，即實體分割法，節(jié)點耦合法，約束方程法。 實體分割法 基本思路是先以混凝土結(jié)構(gòu)的幾何尺寸創(chuàng)建實體模型，然后用工作平面和力筋線拖拉形成的面，將混凝土實體分割，將分割后體上的一條與力筋線型相同的線定義為力筋線，這樣不斷分割下去，最終形成許多復(fù)雜的體和多條力筋線，然后分別進(jìn)行單元劃分、施加預(yù)應(yīng)力、荷載、邊界條

23、件后進(jìn)行求解。這種方法是基于幾何模型的處理，力筋位置準(zhǔn)確，求解結(jié)果精確，但當(dāng)力筋線型復(fù)雜時，建模比較麻煩，甚至導(dǎo)致布爾運算失敗。 節(jié)點耦合法 該法的基本思路是分別建立實體和力筋的幾何模型，創(chuàng)建幾何模型時不必考慮二者的關(guān)系，然后對幾何模型的實體進(jìn)行各自的單元劃分，單元劃分后采用耦合節(jié)點自由度將力筋單元和實體單元聯(lián)系起來，這種方法是基于有限元模型的處理，其基本步驟可歸結(jié)如下： 1、建立混凝土實體幾何模型，此時不考慮力筋 2、建立力筋線的幾何模型，此時不考慮混凝土實體的存在。 3、將幾何模型按一定的要求劃分單元，此時也是各自獨立地劃分。 4、選擇所有力筋線及其力筋的相關(guān)節(jié)點、并定義選擇集、將上述力筋

24、節(jié)點存入數(shù)組。 5、選擇所有節(jié)點，并去掉力筋節(jié)點的選擇集，即選擇除力筋節(jié)點外的所有節(jié)點。 6、按力筋節(jié)點數(shù)組搜尋所有最近的混凝土單元節(jié)點號，并存入數(shù)組中； 7、耦合力筋節(jié)點與最近的混凝土單元節(jié)點自由度。 8、施加邊界條件和荷載，求解。 這種方法建模比較簡單，若熟悉apdl編程，則耦合節(jié)點自由度處理也比較簡單。缺點是當(dāng)混凝土單元劃分不夠密時，力筋節(jié)點位置可能有些走動，造成一定誤差，為消除該誤差，勢必將混凝土單元劃分的較密，即以犧牲計算效率獲得上述優(yōu)點，該方法是解決大量復(fù)雜力筋線型的有效方法。 約束方程法 在節(jié)點耦合法中，是通過點（混凝土單元上的一個節(jié)點）點（力筋上的一個節(jié)點）自由度耦合的，這樣需要找尋最近的節(jié)點然后耦合，略顯麻煩。所以可通過ceintf命令在混凝土單元節(jié)點和力筋單元節(jié)點之間