ANSYS施加預應力方法

1、ANSYS施加預應力方法眾所周知，在ANSYS中，預應力混凝土分析（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)的在預應力作用下的整體效應比較容易求得。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。對某些線形的力筋模擬困難，例如通常采用的是直線（較短）十曲線十直線（很長）十曲線十直線（較短），

2、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力增量。對張拉過程無法模擬。無法模擬應力損失引起的力筋各處應力不等的因素。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，預應力的模擬可以采用降溫方法和初應變方法。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；初應變通常不能考慮

3、預應力損失，否則每個單元的實常數(shù)各不相等，工作量較大?？上麥绲刃Ш奢d法的缺點。但建模工作量似乎要大些。拜年帖2-預應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，最終形成許多復雜的體和多條力筋線，然后分別進行單元劃分，施加預應力、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，力筋位置準確，求解結(jié)果精確，但當力筋線形復雜時，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

4、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。

5、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雜且力筋數(shù)量很多時的較佳方法。預應力簡支梁彈性分析-體線獨立耦合法示例!/prep7eg=2e5ag=140eh=4e4r0=9345yyl=et,1,link8et,2,solid95r,1,ag,yyl/eg/ag*1.r,2mp,ex,1,egmp,prxy,1,0.3mp,ex,2,ehmp,prxy,2,0.2blc4,100,200,3000/view,1,1,1,1/ang,1vplot!定義力筋線ksel,all*

6、get,kp0,kp,0,num,maxlsel,nonek,kp0+1,50,160k,kp0+2,50,160,3000k,kp0+3,50,800,1500larc,kp0+1,kp0+2,kp0+3,r0kdele,kp0+3*get,line1,line,0,num,min!定義約束lsel,s,10az,0lsel,r,loc,y,0dl,all,uylsel,s,loc,z,3000lsel,r,loc,y,0dl,all,allallsel,all!單元戈U分lsel,s,line1latt,1,1,1lesize,all,50lmesh,allvsel,allvatt,2,2

7、,2lsel,s,10az,0lsel,r,loc,y,10,140lesize,all,8lsel,s,loc,z,0lsel,u,loc,y,10,140lesize,all,4lsel,s,loc,y,0lsel,r,loc,x,0lesize,all,50vsweep,allallsel,all!耦合自由度lsel,s,line1nsll,s,1cm,cmljnod,node*get,max1,node,0,count*dim,ojd,max1*dim,jd,max1*get,nod1,node,0,num,minojd(1)=nod1*do,i,2,max1ojd(i)=ndnext

8、(ojd(i-1)*enddoallsel,allnsel,allcmsel,u,cmljnod*do,i,1,max1nod1=ojd(i)j=nnear(nod1)jd(i)=j*enddonsel,allji=1cp,ji,ux,ojd(i),jd(i)cp,ji+1,uy,ojd(i),jd(i)cp,ji+2,uz,ojd(i),jd(i)ji=ji+3*enddoallsel,allji=i=max1=nod1=ojd=jd=j=ag=eg=eh=kp0=r0=yyl=line1=finish/solusolvefinish/post1pldisp,1etable,sigi,ls,

9、1plls,sigi,sigi,1模擬預應力主要分為兩大塊：一.模擬預應力的張拉過程；二.模擬預應力在結(jié)構(gòu)中的作用.對于一比較復雜，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，以及預應力的分布是否正確。對于體外索，整根預應力束應力相同，可以采用統(tǒng)一的初始應變，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)形成以后預應力和混凝土已經(jīng)固節(jié)（除非你分析極限承載力，考慮滑移），預應力節(jié)點和混凝

10、土節(jié)點應該完全耦合。其主要問題是整個預應力束的預應力分布如何模擬，施加分段初應變是可取的，但是比較繁瑣（但完全可以很好的控制）。還有一個問題，就是初應變的大小如何確定，實際上，確定初應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調(diào)整初應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，用桿單元模擬預應力筋.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，桿兩端為較接，確保在桿上施加的預應力可以傳遞到梁兩端，同時梁的變形對預應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).預應力通過初應變或降

11、溫法使桿產(chǎn)生“縮應變以模擬預應力筋張拉，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)分析方法的實質(zhì)是利用桿施加預應力取代等效載荷，這樣不僅可以解決梁截面特性隨預應力筋的加入而改變的問題，而且使預應力效應可以動態(tài)響應結(jié)構(gòu)變化.這種方法比等效載荷法更接近實際，精度更高.預應力筋張拉模擬采用降溫法模擬預應力張拉.對先張法預應力混凝土，一次降溫可模擬張拉過程；對后張法預應力混凝土，由于降溫模擬張拉過程中結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應變化，因此一次降溫模擬難以達到預期張拉力，可以通過降溫迭代方法來達到預期值.而對于彈性壓縮損失，則可

12、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力分布情況，不適用。溫度模擬預應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，無法模擬預應力鋼筋的損失及梁體受到切向摩察的應力分布情況，所以應該說用溫度模擬預應力是有很大的問題的。初應變模擬鋼筋與溫度類似，若要研究梁體局部應力分布情況，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

13、跨中，有摩察和滑移地方不正確，并且越離跨中遠誤差越大。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行分析，就會發(fā)現(xiàn)不正確。所以若要對梁體進行局部應力分布分析，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計算的預應力效果不如用結(jié)構(gòu)設計原理和規(guī)范計算結(jié)果準確。橋梁博士是采用設計原理和規(guī)范計算方法，所以比較準確。正在做連續(xù)梁橋的懸臂施工仿真分析，對于三向預應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

14、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.2:等效荷載法是一種很傳統(tǒng)的方法很多橋梁分析軟件在考慮預應力的時候是在平面桿系結(jié)構(gòu)中用等效荷載來做的.我覺得在做整體分析是用它來分析應該是可以的.要做局部分析的話，不是很好；比如在做箱梁分析的時候，縱向的預應力鋼筋長而且線型復雜.用這種方法是不行的.而在考慮豎向鋼筋的時候，直筋而且不是很長,(LMAX=4M)采取等效荷載法來做.3:當預應力筋的線型比較復雜，實體和預應力筋單獨建模，分網(wǎng)，用約束方程法來做不錯，我在考慮腹板的縱向預應力筋的時候就是這樣來做的4;在同一個模型中

15、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;預應力的損失如何算，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中施加預應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：1 .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。2 .把預應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。3 .加溫度荷載。在預應力筋處降溫，產(chǎn)生收縮

16、，施加當量的預應力，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進行分析，預應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，禾U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，正確反映了后張預應力施工時候，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。Itdependswhatdoyouwant.

17、IfyouwanttodeterminethestressdistributionatEACHstageyouapplytheloads,Iadviceyouuselinkelementwithinitialstrain.IfyouwanttodecidethestressdistributonONLYattheserviceloadstage,Ithinkitwillbeeasiertouseeqalloadmethod.Ifyouwanttodesignthestructureatultimatelimitstage,maybeyoucanevenigonretheeffectofpres

18、tress,becauseallthereinforcementhavereachedtheirstrength.（Ofcourseyoucanincludethesecondeordermomentsandshears）.用溫度應力代替預應力是可行的.可能也是最好的模擬預應力方法.可以做幾個習題試一下在ANSYS中通過變溫施加預應力是一種簡便實用的手段。先將預應力筋的形狀用LINK單元表示好（轉(zhuǎn)折處用約束方程規(guī)定），不必擔心單元的重疊，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單元的應力是否滿足精度（因為相連的其它單元會一起變形），

19、調(diào)整一兩次就可以了還有一個辦法，就是直接加預應力荷載.在solution中,有一個applyinitialstress的命令.不過好像只能用于部分單元：link180,beam188,beam189,etc.預應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)即所謂的等效荷載法，其二是力筋和混凝土分別用相應的單元模擬，預應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

20、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)在預應力作用下的整體效應比較容易求得。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力增量。3、難以求得結(jié)構(gòu)細部受力反應，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，且無法模擬由于應力損失引起力筋各處應力不等的因素。5、細部計算結(jié)果與實際情況誤差較大，不宜進行詳盡的應力分析。

21、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。預應力的模擬方法有降溫法和初應變法，降溫方法比較簡單，同時可以設定不同位置的預應力不等，即能夠?qū)p失進行模擬；初應變法通常不能考慮預應力損失，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，對預應力混凝土結(jié)構(gòu)的應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，最終形成許多復雜的體和多條力筋線，然后分別進行單元劃分、施加預應力、荷載、邊界條件后進行求解。這種方法是基于幾何模型的處理，力筋位置準確，求解結(jié)果精確，但當力筋線型復雜時，建模比較麻煩，甚至導致布爾運算失敗。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