ANSYS施加預(yù)應(yīng)力方法

1、ANSYS施加預(yù)應(yīng)力方法眾所周知，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(shí)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(shí)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是建模簡(jiǎn)單，不必考慮力筋的具體位置而可直接建模，網(wǎng)格劃分簡(jiǎn)單；對(duì)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(diǎn)是：等效荷載法沒(méi)有考慮力筋對(duì)混凝土的作用分布和方向，力筋對(duì)混凝土作用顯然在各處是不同的，等效荷載法則無(wú)法考慮；水平均布分量沒(méi)有考慮。對(duì)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(zhǎng)）十曲線十直線（較短），

2、這種形式的布筋等效起來(lái)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(duì)張拉過(guò)程無(wú)法模擬。無(wú)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(gè)缺點(diǎn)是：較粗！得到的結(jié)果與實(shí)際情況誤差較大！最近做了點(diǎn)實(shí)際計(jì)算，經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，結(jié)果與實(shí)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(yàn)一下。2實(shí)體力筋法的優(yōu)缺點(diǎn)將混凝土和力筋劃分為不同的單元，預(yù)應(yīng)力的模擬可以采用降溫方法和初應(yīng)變方法。降溫方法比較簡(jiǎn)單，同時(shí)可以模擬力筋的損失，單元和實(shí)常數(shù)幾種即可；初應(yīng)變通常不能考慮

3、預(yù)應(yīng)力損失，否則每個(gè)單元的實(shí)常數(shù)各不相等，工作量較大。可消滅等效荷載法的缺點(diǎn)。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(shí)體力筋法的ansys處理過(guò)程有兩種處理方法，一是體分割法，二是采用獨(dú)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(gè)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?jiǎng)澐?，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，力筋位置準(zhǔn)確，求解結(jié)果精確，但當(dāng)力筋線形復(fù)雜時(shí)，建模特別麻煩。2獨(dú)立建模耦合法該法的基本思想是實(shí)體和力筋獨(dú)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(shí)體單元聯(lián)系起來(lái)，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(shí)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(shí)也是各自獨(dú)立的）；選擇所有力筋線；選擇與上述力筋相關(guān)的節(jié)點(diǎn)（nsll命令），并定義選擇集；將上述力筋節(jié)點(diǎn)存入數(shù)組；選擇所有節(jié)點(diǎn)，并去掉中的節(jié)點(diǎn)集（這時(shí)是除力筋節(jié)點(diǎn)外的所有節(jié)點(diǎn)）；按力筋節(jié)點(diǎn)數(shù)組搜尋所有最近的實(shí)體節(jié)點(diǎn)號(hào)，并存入數(shù)組中；耦合力筋節(jié)點(diǎn)與最近的節(jié)點(diǎn)，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(diǎn),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(jiǎn)單，耦合處理也比較簡(jiǎn)單（APDL要熟悉些），缺點(diǎn)是當(dāng)實(shí)體單元?jiǎng)澐植粔蛎軙r(shí)，力筋節(jié)點(diǎn)位置可能有些走動(dòng)，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(shí)的較佳方法。預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁彈性分析-體線獨(dú)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(yù)應(yīng)力主要分為兩大塊：一.模擬預(yù)應(yīng)力的張拉過(guò)程；二.模擬預(yù)應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中的作用.對(duì)于一比較復(fù)雜，需要考慮摩擦，主要問(wèn)題是參數(shù)的選取，而不是如何建立模型的問(wèn)題，具體參數(shù)需要大量的試驗(yàn)才能確定.對(duì)于二是結(jié)構(gòu)分析比較關(guān)心的問(wèn)題，不論采用耦合、共用節(jié)點(diǎn)，約束方程，主要問(wèn)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(duì)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(diǎn)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(diǎn)耦合。而對(duì)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(diǎn)和混凝

10、土節(jié)點(diǎn)應(yīng)該完全耦合。其主要問(wèn)題是整個(gè)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(gè)問(wèn)題，就是初應(yīng)變的大小如何確定，實(shí)際上，確定初應(yīng)變的大小就是模擬張拉的一個(gè)過(guò)程，我們最終要的是存留值，要想精確模擬所以必須通過(guò)反復(fù)調(diào)整初應(yīng)變來(lái)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?jiǎn)卧M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，桿兩端為較接，確保在桿上施加的預(yù)應(yīng)力可以傳遞到梁兩端，同時(shí)梁的變形對(duì)預(yù)應(yīng)力的影響也可以通過(guò)桿表現(xiàn)出來(lái)，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(guò)初應(yīng)變或降

11、溫法使桿產(chǎn)生“縮應(yīng)變以模擬預(yù)應(yīng)力筋張拉，桿收縮對(duì)梁的軸力和彎矩作用可通過(guò)約束方程或剛臂傳遞到梁兩端.設(shè)桿軸力為T,則對(duì)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(shí)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(wèn)題，而且使預(yù)應(yīng)力效應(yīng)可以動(dòng)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(shí)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(duì)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土，一次降溫可模擬張拉過(guò)程；對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土，由于降溫模擬張拉過(guò)程中結(jié)構(gòu)會(huì)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(guò)降溫迭代方法來(lái)達(dá)到預(yù)期值.而對(duì)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(jì)入個(gè)人愚見(jiàn)：等效荷載做分析，對(duì)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(duì)于曲線筋無(wú)法模擬損失及應(yīng)力分布情況，不適用。溫度模擬預(yù)應(yīng)力實(shí)際上是有問(wèn)題的，從計(jì)算理論上可知，即使對(duì)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(guò)程，無(wú)法模擬張拉鋼筋的滑移，對(duì)于曲線筋，無(wú)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(shuō)用溫度模擬預(yù)應(yīng)力是有很大的問(wèn)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(wú)法模擬。模擬出的結(jié)論對(duì)梁的跨中截面而言可能正確的，但離開(kāi)

13、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(duì)跨中數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)，好像正確（跨中剛好對(duì)稱），若對(duì)離開(kāi)跨中一段距離進(jìn)行分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不正確。所以若要對(duì)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(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。所以實(shí)際用ANSYS計(jì)算的預(yù)應(yīng)力效果不如用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和規(guī)范計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。橋梁博士是采用設(shè)計(jì)原理和規(guī)范計(jì)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(duì)于三向預(yù)應(yīng)力鋼筋的模擬是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題，總結(jié)了一些自己的體會(huì).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(duì)線型把握得很好，但要考慮一個(gè)問(wèn)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(huì)造成切割成太多的小實(shí)體(比如橫向,豎向的鋼筋靠得很近而且又多，在分網(wǎng)的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題以致沒(méi)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(yù)應(yīng)力的時(shí)候是在平面桿系結(jié)構(gòu)中用等效荷載來(lái)做的.我覺(jué)得在做整體分析是用它來(lái)分析應(yīng)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(shí)候，縱向的預(yù)應(yīng)力鋼筋長(zhǎng)而且線型復(fù)雜.用這種方法是不行的.而在考慮豎向鋼筋的時(shí)候，直筋而且不是很長(zhǎng),(LMAX=4M)采取等效荷載法來(lái)做.3:當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋的線型比較復(fù)雜，實(shí)體和預(yù)應(yīng)力筋單獨(dú)建模，分網(wǎng)，用約束方程法來(lái)做不錯(cuò)，我在考慮腹板的縱向預(yù)應(yīng)力筋的時(shí)候就是這樣來(lái)做的4;在同一個(gè)模型中

15、結(jié)合上面的三種方法來(lái)做，說(shuō)來(lái)也是沒(méi)辦法啊，在用方法一實(shí)在是做不下去了，就用綜合后面的方法來(lái)做，不過(guò)最后還算可以.5;預(yù)應(yīng)力的損失如何算，就按規(guī)范來(lái)做嗎，可不可以用ANSYS來(lái)做這方面的分析，希望有更多的人來(lái)探討6.一點(diǎn)拙見(jiàn)，希望各位指教.在ansys中施加預(yù)應(yīng)力好像是個(gè)蠻重要的問(wèn)題，希望大伙能仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智。我先說(shuō)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(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。這種方法我正在嘗試，但比較繁，而且網(wǎng)格劃分會(huì)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(yù)應(yīng)力筋處降溫，產(chǎn)生收縮

16、，施加當(dāng)量的預(yù)應(yīng)力，這種方法目前正在嘗試。請(qǐng)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(shí)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(wú)抗彎剛度。劃分單元時(shí)候，使LINK8元的節(jié)點(diǎn)和SOLID65元的節(jié)點(diǎn)置空間同一點(diǎn)?？臻g同點(diǎn)上的二節(jié)點(diǎn)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(diǎn)沿線元縱向的位移各自獨(dú)立。LINK8元和SOLID65元空間同點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的約束方程處理，正確反映了后張預(yù)應(yīng)力施工時(shí)候，鋼絞線只能沿墻縱向相對(duì)滑移而不會(huì)走離墻中心位置餓真實(shí)過(guò)程。Itdependswhatdoyouwant.

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

18、tress,becauseallthereinforcementhavereachedtheirstrength.（Ofcourseyoucanincludethesecondeordermomentsandshears）.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(gè)習(xí)題試一下在ANSYS中通過(guò)變溫施加預(yù)應(yīng)力是一種簡(jiǎn)便實(shí)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(jì)算一次，核對(duì)一下LINK單元的應(yīng)力是否滿足精度（因?yàn)橄噙B的其它單元會(huì)一起變形），

19、調(diào)整一兩次就可以了還有一個(gè)辦法，就是直接加預(yù)應(yīng)力荷載.在solution中,有一個(gè)applyinitialstress的命令.不過(guò)好像只能用于部分單元：link180,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(guò)不同的模擬方法施加稱之為實(shí)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(diǎn)，一般作為結(jié)構(gòu)受力分析或施工過(guò)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(diǎn)是建模簡(jiǎn)單，不必考慮力筋的具體位置而可直接建模，網(wǎng)格劃分簡(jiǎn)單。對(duì)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(diǎn)是：1、無(wú)法考慮力筋對(duì)混凝土的作用分布和方向。曲線力筋對(duì)混凝土作用在各處是不同的，等效時(shí)沒(méi)有考慮，而水平分布力也沒(méi)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(guò)程難以模擬，且無(wú)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(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況誤差較大，不宜進(jìn)行詳盡的應(yīng)力分析。

21、實(shí)體力筋實(shí)體力筋法中的實(shí)體可采用的單元有shell系列和solid系列,對(duì)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(kāi)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)力的模擬方法有降溫法和初應(yīng)變法，降溫方法比較簡(jiǎn)單，同時(shí)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(gè)單元的實(shí)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(diǎn)，對(duì)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(shí)體力筋法在建模處理上有三種處理方法，即實(shí)體分割法，節(jié)點(diǎn)耦合法，約束方程法。實(shí)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(shí)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(shí)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?jiǎng)澐?、施加預(yù)應(yīng)力、荷載、邊界條件后進(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(shí)，建模比較麻煩，甚至導(dǎo)致布爾運(yùn)算失敗。節(jié)點(diǎn)耦合法該法的基本思路是分別建立實(shí)體和力筋的幾何