基于ansys的預應力混凝土材料非線性求解

1、基于基于ansys的預應力混凝土材料的預應力混凝土材料非線性求解非線性求解匯報人：邱衍堅導 師：胡峰強副教授 南昌大學建筑與土木工程 2014年6月匯匯報報提提綱綱1.1.概述概述2.2.模型建立模型建立3.3.網格劃分網格劃分4.4.施加約束條件施加約束條件5.5.非線性求解控制非線性求解控制6.6.求解及后處理求解及后處理Part 11. 概述概述1.1 ansys分析功能分析功能 Ansys軟件可進行結構分析、熱分析、流體分析、電軟件可進行結構分析、熱分析、流體分析、電磁場分析、耦合場分析磁場分析、耦合場分析1.2 ansys非線性分析非線性分析 非線性分析包括幾何非線性、材料非線性、接

2、觸非線性分析包括幾何非線性、材料非線性、接觸非線性和單元非線性分析。非線性和單元非線性分析。 本次講解的主要是材料非線性分析，它包括彈塑本次講解的主要是材料非線性分析，它包括彈塑性分析，蠕變分析，超彈性分析性分析，蠕變分析，超彈性分析 。當應力低于比例極。當應力低于比例極限，應力應變是線性的；應力超過屈服強度，應力限，應力應變是線性的；應力超過屈服強度，應力應變曲線表現為非線性，這個時候產生塑性行為，即應變曲線表現為非線性，這個時候產生塑性行為，即卸載后，變形不能完全恢復，殘留的部分變形就是塑卸載后，變形不能完全恢復，殘留的部分變形就是塑性變形了。性變形了。2.1 ansys建模方法建模方法P

3、art 12. 模型建立模型建立 Ansys建模方法：直接建模、幾何建模、混合建模。建模方法：直接建模、幾何建模、混合建模。直接建模直接建模：直接建立有限元模型，即直接建立節(jié)點，由：直接建立有限元模型，即直接建立節(jié)點，由節(jié)點組成單元，從而構成目標模型。不用網格劃分。適節(jié)點組成單元，從而構成目標模型。不用網格劃分。適用于簡單構件和桁架結構建模。用于簡單構件和桁架結構建模。幾何建模幾何建模：先建立幾何模型，即由點、線、面、體構成：先建立幾何模型，即由點、線、面、體構成幾何模型，再經過網格劃分，轉變成有限元模型。幾何模型，再經過網格劃分，轉變成有限元模型?；旌辖；旌辖＃涸谏捎邢拊Ｐ秃?，再建立

4、少量的單元，：在生成有限元模型后，再建立少量的單元，如接觸單元、表面效應單元、約束方程、耦合自由度等。如接觸單元、表面效應單元、約束方程、耦合自由度等。 結合某預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋結合某預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋0#塊，主要塊，主要介紹介紹幾何建模和混合建模。幾何建模和混合建模。2.2 0#2.2 0#塊圖紙塊圖紙 考慮考慮圣維圣維南原理南原理，需建，需建立立0#0#塊和附近塊和附近區(qū)域塊體。區(qū)域塊體。 還有要建還有要建立縱向、橫向、立縱向、橫向、豎向預應力鋼豎向預應力鋼束模型。束模型。 2.3 2.3 建立幾何模型建立幾何模型 先建立關鍵點先建立關鍵點, ,命令流：命令流：K,NP

5、T,X,Y,Z 再由關鍵點連成線、面、體，命令流：再由關鍵點連成線、面、體，命令流：L，P1，P2，NDIV，SPACE，XV1，YV1，ZV1，XV2，YV2，ZV2 A，P1，P2，P17，P18 V，P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8 創(chuàng)建好整體幾何模型之后，還有一些細部構件需要創(chuàng)建好整體幾何模型之后，還有一些細部構件需要建立，此時用到布爾操作，即相加、相減、切割、取交建立，此時用到布爾操作，即相加、相減、切割、取交集、取并集、粘結等操作。集、取并集、粘結等操作。 對于對稱構件或相同構件，復制命令和鏡像命令：對于對稱構件或相同構件，復制命令和鏡像命令：KGEN,itime,N

6、p1,Np2,Ninc,Dx,Dy,Dz,kinc,noelem,imove 【注注】Itime：拷貝份數：拷貝份數 ；Np1,Np2,Ninc：所選關鍵點：所選關鍵點 ；Dx,Dy,Dz：偏移：偏移坐標坐標 ；Kinc：每份之間節(jié)點號增量。：每份之間節(jié)點號增量。KSYMM,Ncomp,NP1,NP2,NINC,KINC,NOELEM,IMOVE 【注注】Ncomp:需鏡像的方向元素需鏡像的方向元素 1XYZNo.0 block JUN 14 201420:15:52POINTSTYPE NUM1XYZNo.0 block JUN 14 201420:16:45VOLUMESTYPE NUM1

7、XYZNo.0 block JUN 14 201420:17:16VOLUMESTYPE NUM1XYZNo.0 block JUN 14 201420:23:14VOLUMESTYPE NUM點生成體點生成體鏡像鏡像布爾減法布爾減法 1XYZNo.0 block JUN 14 201420:17:16VOLUMESTYPE NUM1XYZNo.0 block JUN 14 201420:32:06VOLUMESTYPE NUM建立部分橋墩建立部分橋墩VGLUEVGLUE命令使命令使墩梁粘結墩梁粘結1XYZAPR 16 201416:01:23ELEMENTS主要有三個步驟：主要有三個步驟：（

8、1）定義單元屬性定義單元屬性：單元類型、實常數、材料特性、：單元類型、實常數、材料特性、單元坐標系、截面號等。單元坐標系、截面號等。Part 13. 網格劃分網格劃分（2 2）定義網格控制選項定義網格控制選項：網格大小、數量。網格劃分：網格大小、數量。網格劃分太小，計算時間增加；劃分太粗，計算精度不足。太小，計算時間增加；劃分太粗，計算精度不足。（3 3）生成網格生成網格：即產生節(jié)點與單元，生成有限元模型。：即產生節(jié)點與單元，生成有限元模型。生成的單元形狀可以自己控制，有三角形、四邊形、生成的單元形狀可以自己控制，有三角形、四邊形、四面體四面體、六面體六面體以及以及等參單元等參單元等。等。3.

9、1 定義單元屬性定義單元屬性 3.1.1 單元類型單元類型 （1 1）單元類別單元類別：桿單元（：桿單元（link）、梁單元（）、梁單元（beam）、）、管單元（管單元（pipe）、）、2D實體單元（實體單元（plane）、）、3D實體單元實體單元（solid）等。）等。 根據結構分析的目的和精度要求，對照各單元的特性，根據結構分析的目的和精度要求，對照各單元的特性，選擇合適單元。選擇合適單元。（2 2）定義單元類型定義單元類型：ET，ITYPE，Ename，KOPT1，KOPT6，INOPR【注注】KOPT1KOPT6為元素特性編碼，例如為元素特性編碼，例如BEAM3的的KOPT6=1時，時

10、，表示分析后的結果可輸出節(jié)點的力或力矩。表示分析后的結果可輸出節(jié)點的力或力矩。 可通過可通過Keyopt單獨設置。單獨設置。INOPR為為1時，不輸出該類單元的所有結果。時，不輸出該類單元的所有結果。本例中：本例中：et,1,solid65 !混凝土混凝土 keyopt,1,1,1 !不考慮大變形不考慮大變形 keyopt,1,7,1 !考慮應力松馳，有助于計算收斂考慮應力松馳，有助于計算收斂 et,2,link8 !預應力鋼筋預應力鋼筋也可寫作也可寫作et,1,65 $ et,2,8;即類別前綴可以省略，僅使用單元編號。即類別前綴可以省略，僅使用單元編號。（3 3）刪除單元類型刪除單元類型：

11、ETDELE,ITYP1,ITYP2,INC !ETDELE,ITYP1,ITYP2,INC !單元類型編號范圍及增量單元類型編號范圍及增量（4 4）改變單元類型改變單元類型：ETCHG,CNV !CNVETCHG,CNV !CNV轉換到相應單元類型參數，轉換到相應單元類型參數，TTSTTS（熱到結構）、（熱到結構）、STTSTT（結構到熱）、（結構到熱）、FTSFTS（流體到結構）（流體到結構）3.1.2 實常數實常數 一種單元類型可以定義多種實常數組，并非所有單元都一種單元類型可以定義多種實常數組，并非所有單元都需定義實常數。例如需定義實常數。例如BEAM3、BEAM4需要定義實常數來反需

12、要定義實常數來反映截面特性（面積、慣性矩等），映截面特性（面積、慣性矩等），BEAM188、BEAM189只需輸入截面尺寸，會自動計算截面特性，無需設實常數。只需輸入截面尺寸，會自動計算截面特性，無需設實常數。 命令流命令流：R，NSET，R1，R2，R3，R4，R5，R6 續(xù)：續(xù)：RMORE，R7，R8，R9，R10，R11，R12本例中：本例中：r,5,3336 !定義縱向預應力鋼筋面積定義縱向預應力鋼筋面積 r,6,417 !定義橫向預應力鋼筋面積定義橫向預應力鋼筋面積 r,7,491 !定義豎向預應力鋼筋面積定義豎向預應力鋼筋面積 3.1.3 材料屬性材料屬性 材料屬性如彈性模量、泊松

13、比、密度等，與單元類型無材料屬性如彈性模量、泊松比、密度等，與單元類型無關，但大多數單元需要定義材料屬性以計算單元剛度。關，但大多數單元需要定義材料屬性以計算單元剛度。 在在ansys中每一組材料屬性有一個唯一的材料參考號。中每一組材料屬性有一個唯一的材料參考號。（1 1）定義線性材料屬性定義線性材料屬性： MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4 LabLab材料性能標識，其值可?。翰牧闲阅軜俗R，其值可?。?=EX=EX：彈性模量：彈性模量 $ =ALPX:$ =ALPX:線膨脹系數線膨脹系數 =CTEX=CTEX：瞬間線膨脹系數：瞬間線膨脹系數 $ =THSX:$ =THSX:熱

14、應變熱應變 =REFT:=REFT:參考溫度參考溫度 $ =GXY:$ =GXY:剪切模量剪切模量 =PRXY:=PRXY:主泊松比主泊松比 $ =NUXY:$ =NUXY:次泊松比次泊松比 =DENS:=DENS:質量密度質量密度 $ =HF:$ =HF:散熱系數散熱系數 等等等等 MATMAT材料參考號材料參考號 C0C4材料屬性值，組成多項式材料屬性值，組成多項式 C0+C1(T)+C2(T)2+C3(T)3+C4(T)4（2 2）激活非線性材料屬性的數據表激活非線性材料屬性的數據表： TB,Lab,MAT,NTEMP,NPTS,TBOPT,EOSOPT LabLab數據表類型，其值可取

15、：數據表類型，其值可?。築ISO(BISO(雙線性等向強雙線性等向強化化),MISO(),MISO(多線性等向強化多線性等向強化),NLISO(),NLISO(非線性等向強化非線性等向強化),),ANISO(ANISO(各向異性）各向異性）,BKIN(,BKIN(雙線性隨動強化雙線性隨動強化),MKIN(),MKIN(多線性隨多線性隨動強化動強化),KINH(),KINH(多線性隨動強化多線性隨動強化),CHAB(),CHAB(非線性隨動強化非線性隨動強化), ), CONCR(CONCR(混凝土五參數破壞準混凝土五參數破壞準) )等等。等等。 MATMAT材料參考號材料參考號 NTEMPNT

16、EMP設置欲提供數據的不同溫度個數，溫度值由設置欲提供數據的不同溫度個數，溫度值由TBTEMPTBTEMP定義。定義。 NPTSNPTS給定溫度下的數據點個數，對于大多數給定溫度下的數據點個數，對于大多數LabLab此此值已被定義。由值已被定義。由TBDATATBDATA或或TBPTTBPT定義數據點個數。定義數據點個數。 EOSOPTEOSOPT指定使用的狀態(tài)模型方程，僅適用于指定使用的狀態(tài)模型方程，僅適用于Lab=Lab=EOSEOS時的顯式動力分析。時的顯式動力分析。 （3 3）定義定義H溫度值溫度值： TBTEMP,TEMP,KMOD TEMPTEMP溫度值，當溫度值，當KMODKMO

17、D為空時缺省為為空時缺省為0 0 KMODKMOD如為空，則如為空，則TEMPTEMP定義一個新的溫度；如果是整定義一個新的溫度；如果是整數數1-NTEMP1-NTEMP，則修改既有的溫度值，則修改既有的溫度值TEMPTEMP同時激活該溫度值；同時激活該溫度值；如果如果KMOD=CRITKMOD=CRIT且且TEMPTEMP為空，則下一命令為空，則下一命令TBDATATBDATA的數據為破的數據為破壞準則；如果壞準則；如果KMOD=STRAINKMOD=STRAIN且且TEMPTEMP為空，則為為空，則為MKINMKIN材料性質材料性質的應變數據。的應變數據。（4 4）定義定義TB數據表中的數

18、據數據表中的數據： TBDATA,STLOC,C1,C2,C3,C4,C5,C6 STLOCSTLOC輸入數值在數據表中的起始位置，缺省為最輸入數值在數據表中的起始位置，缺省為最后填充值后填充值+1.+1. C1C1C6C6從從STLOCSTLOC開始賦給開始賦給6 6個位置的數據值。個位置的數據值。 MP、 TB、TBTEMP和和TBDATA使用示例使用示例：mp,ex,1,3.55e4 !混凝土彈性模量混凝土彈性模量,單位單位N/mm2,注意重力密度注意重力密度9800N/tmp,prxy,1,0.2 !定義混凝土泊松比定義混凝土泊松比mp,dens,1,2600e-12 !定義混凝土密度

19、定義混凝土密度t/mm3!混凝土應力應變關系混凝土應力應變關系fc=24.4 !MPaft=2.74 !MPaTB,MISO,1,1,12,0 !塑性材料采用多線性等向強化塑性材料采用多線性等向強化TBTEMP,0 !定義溫度值定義溫度值tbpt,0.0001,3.55 $ tbpt,0.0002,fc*0.19 $ tbpt,0.0004,fc*0.36tbpt,0.0006,fc*0.51 $ tbpt,0.0008,fc*0.64 $ tbpt,0.001,fc*0.75tbpt,0.0012,fc*0.84 $ tbpt,0.0014,fc*0.91 $ tbpt,0.0016,fc*

20、0.96tbpt,0.0018,fc*0.99 $ tbpt,0.002,fc $ tbpt,0.0033,fc*0.85TBPLOT,1 !繪制該應力應變關系曲線繪制該應力應變關系曲線TB,CONC,1,1,9TBDATA,0.4,0.9,ft,-1, !不考慮壓碎不考慮壓碎tb,biso,2,1,2, !普通鋼筋應力應變關系，采用普通鋼筋應力應變關系，采用BISO雙線性等向強化模型雙線性等向強化模型tbdata,335,6100 !定義普通鋼筋屈服強度定義普通鋼筋屈服強度335MP,切線模量切線模量6100MPa 3.1.4 設置幾何模型的單元屬性設置幾何模型的單元屬性 賦予幾何模型單元屬

21、性：賦予幾何模型單元屬性：KATT、LATT、AATT、VATT（1 1）設置關鍵點單元屬性設置關鍵點單元屬性 KATT,MAT,REAL,TYPE,ESYS MAT,REAL,TYPE,ESYS MAT,REAL,TYPE,ESYS分別為材料號、實常數號、單分別為材料號、實常數號、單元類型號、坐標系編號元類型號、坐標系編號 設置面、體單元屬性相同。設置面、體單元屬性相同。例如：例如：VATT,2,3,1 !將材料號將材料號2，實常數，實常數3，單元類型，單元類型1賦予需要劃分賦予需要劃分網格的體。網格的體。（2 2）設置線的單元屬性設置線的單元屬性 LATT,MAT,REAL,TYPE,-,

22、KB,KE,SECNUM MAT,REAL,TYPE MAT,REAL,TYPE同同KATTKATT中的參數中的參數 KB,KEKB,KE線始端和末端的方位關鍵點。線始端和末端的方位關鍵點。AnsysAnsys在對梁劃在對梁劃分網格時，使用方位關鍵點確定梁截面的方向。分網格時，使用方位關鍵點確定梁截面的方向。3.2 網格劃分控制網格劃分控制 3.2.1 單元形狀控制及網格類型選擇單元形狀控制及網格類型選擇 （1 1）單元形狀控制單元形狀控制 MSHAPE,KEY,Dimension KEY劃分網格的單元形狀參數，其值可?。簞澐志W格的單元形狀參數，其值可?。?=0：如果：如果Dimension=

23、2D，用四邊形單元劃分網格，用四邊形單元劃分網格 如果如果Dimension=3D，用六面體單元劃分網格，用六面體單元劃分網格 =1：如果：如果Dimension=2D，用三角形單元劃分網格，用三角形單元劃分網格 如果如果Dimension=3D，用四面體單元劃分網格，用四面體單元劃分網格 （2 2）網格類型選擇網格類型選擇 MSHKEY,KEY KEY網格類型參數，其值可?。壕W格類型參數，其值可?。?=0（或缺省）：自由網格劃分（或缺?。鹤杂删W格劃分 =1：映射網格劃分：映射網格劃分 =2：如果可能，則采用映射網格劃分，否則采用：如果可能，則采用映射網格劃分，否則采用自由網格劃分。自由網格

24、劃分。 ansys支持的單元形狀和網格劃分類型組合支持的單元形狀和網格劃分類型組合 單元形狀單元形狀自由網格劃分自由網格劃分映射網格劃分映射網格劃分若能則映射，否則自由若能則映射，否則自由四邊形四邊形可可可可可可三角形三角形可可可可可可六面體六面體不可不可可可不可不可四面體四面體可可不可不可不可不可 根據圣維南原理，模型根據圣維南原理，模型梁段長度應取梁段長度應取0#0#號塊截面高號塊截面高度的度的2-32-3倍倍，本文選擇，本文選擇0#0#號塊號塊與兩側與兩側1#1#號塊建立模型，全號塊建立模型，全長長15.6m15.6m，是梁高（，是梁高（5.6m5.6m）的）的2.782.78倍倍。如右

25、圖所示。如右圖所示。1XYZNo.0 block MAR 17 201420:06:10VOLUMESTYPE NUM1XYZNo.0 block MAR 17 201422:08:33ELEMENTS 頂板、底板、腹板采用頂板、底板、腹板采用掃略網格劃分，橫隔板采用掃略網格劃分，橫隔板采用映射網格劃分，單元尺寸控映射網格劃分，單元尺寸控制為制為0.3m0.3m。預應力筋單元尺。預應力筋單元尺寸控制為寸控制為0.2m0.2m。如右圖所示。如右圖所示。 預應力模擬采用預應力模擬采用實體力筋法實體力筋法，預應力的施加采用，預應力的施加采用降溫法降溫法，考慮沿程預應力損失考慮沿程預應力損失，預應力筋

26、單元與混凝土單元通過，預應力筋單元與混凝土單元通過約束約束方程方程連接在一起。連接在一起。1XYZAPR 16 201416:01:23ELEMENTS1XYZNo.0 block 927.39944.049960.708977.367994.02610111027104410611077MAY 17 201415:25:35LINE STRESSSTEP=1SUB =1TIME=1SIGS SIGSMIN =927.39ELEM=427MAX =1077ELEM=1 支座位置約束條件：支座位置約束條件：懸臂施工階段墩梁通過普通鋼筋臨懸臂施工階段墩梁通過普通鋼筋臨時固結，建模時將橫隔板對應的底

27、板最下層節(jié)點固結住。時固結，建模時將橫隔板對應的底板最下層節(jié)點固結住。 1#1#號塊外截面約束條件號塊外截面約束條件：先用橋梁博士對全橋進行整體先用橋梁博士對全橋進行整體分析計算，得出各施工階段在分析計算，得出各施工階段在1#1#號塊外截面產生的彎矩、軸號塊外截面產生的彎矩、軸力和剪力。然后用力和剪力。然后用mass21mass21單元單元在截面形心位置處建立節(jié)點，在截面形心位置處建立節(jié)點，使用使用CERIGCERIG命令將該節(jié)點與周圍命令將該節(jié)點與周圍截面節(jié)點形成剛域，將截面彎截面節(jié)點形成剛域，將截面彎矩、軸力和剪力直接施加到形矩、軸力和剪力直接施加到形心節(jié)點上。心節(jié)點上。 1XYZNo.0

28、 block FEB 25 201420:26:22NODESFMCE荷載工況如下表所示。荷載工況如下表所示。3.2 正常施工階段正常施工階段0#號塊空間彈性應力分布號塊空間彈性應力分布3.2.1 主拉應力分布主拉應力分布2#2#張拉完張拉完6#6#張拉完張拉完11#11#張拉完張拉完邊跨合龍張拉完邊跨合龍張拉完除橫隔板上部，基除橫隔板上部，基本受壓；本受壓；截面突變截面突變位置以及翼板根部位置以及翼板根部出現主拉應力出現主拉應力。中跨合龍張拉完中跨合龍張拉完2#2#張拉完張拉完6#6#張拉完張拉完11#11#張拉完張拉完邊跨合龍張拉完邊跨合龍張拉完中跨合龍張拉完中跨合龍張拉完3.2.2 主壓

29、應力分布主壓應力分布主壓應力隨懸臂長主壓應力隨懸臂長度增大，度增大，11#11#張拉張拉完最大，完最大，22.5MPa22.5MPa標準抗壓強度，位標準抗壓強度，位于頂板內側倒角位于頂板內側倒角位置。置。縱向正應力與主壓應力分布基本一致?？v向正應力與主壓應力分布基本一致。3.2.3 橫隔板應力分布橫隔板應力分布 懸臂施工階段橫隔板上應力發(fā)展趨勢一致，頂部所受主懸臂施工階段橫隔板上應力發(fā)展趨勢一致，頂部所受主拉應力最大，然后往下遞減，下緣受到較小的壓應力。拉應拉應力最大，然后往下遞減，下緣受到較小的壓應力。拉應力隨著懸臂長度的增加而增大，力隨著懸臂長度的增加而增大，11#張拉完時應力分布如下：張

30、拉完時應力分布如下：主主拉拉應應力力豎豎向向正正應應力力橫橫向向正正應應力力 主拉應力在頂緣最大，為主拉應力在頂緣最大，為5.542MPa5.542MPa。豎向正應力頂緣最大，。豎向正應力頂緣最大，為為5.536MPa5.536MPa；大于抗拉極限強度大于抗拉極限強度3.15MPa3.15MPa。橫向正應力在上緣。橫向正應力在上緣靠近腹板位置最大，為靠近腹板位置最大，為2.31MPa2.31MPa。3.2.4 縱向應力沿橫向分布縱向應力沿橫向分布 支座正中截面頂緣支座正中截面頂緣0#與與1#相交截面頂緣相交截面頂緣正剪正剪力滯力滯效應效應負剪負剪力滯力滯效應效應3.3 掛籃失穩(wěn)階段掛籃失穩(wěn)階段

31、0#號塊空間彈性應力分布號塊空間彈性應力分布 3.3.1 主拉應力分布主拉應力分布 掛籃失穩(wěn)發(fā)生在懸臂施工各個階段時，主拉應力分布趨掛籃失穩(wěn)發(fā)生在懸臂施工各個階段時，主拉應力分布趨勢基本相同。在截面突變位置出現主拉應力，失穩(wěn)一側主拉勢基本相同。在截面突變位置出現主拉應力，失穩(wěn)一側主拉應力大于正常一側。最大懸臂階段發(fā)生失穩(wěn)最為危險，左側應力大于正常一側。最大懸臂階段發(fā)生失穩(wěn)最為危險，左側最大主拉應力為最大主拉應力為6.62MPa6.62MPa，位于過人橫洞下緣倒角處，位于過人橫洞下緣倒角處，遠大于遠大于標準抗拉強度（標準抗拉強度（2.74MPa2.74MPa）。）。2#2#澆筑時失穩(wěn)澆筑時失穩(wěn)6

32、#6#澆筑時失穩(wěn)澆筑時失穩(wěn)11#11#澆筑時失穩(wěn)澆筑時失穩(wěn)3.3.2 主壓應力分布主壓應力分布2#2#澆筑時失穩(wěn)澆筑時失穩(wěn)6#6#澆筑時失穩(wěn)澆筑時失穩(wěn)11#11#澆筑時失穩(wěn)澆筑時失穩(wěn) 掛籃失穩(wěn)發(fā)生在懸臂施工各個階段時，主壓應力分布趨掛籃失穩(wěn)發(fā)生在懸臂施工各個階段時，主壓應力分布趨勢基本相同。失穩(wěn)一側下緣主壓應力小于正常一側，但是上勢基本相同。失穩(wěn)一側下緣主壓應力小于正常一側，但是上緣主壓應力大于正常一側。頂板內側靠近橫隔板倒角處主壓緣主壓應力大于正常一側。頂板內側靠近橫隔板倒角處主壓應力最大應力最大 ，最大懸臂階段失穩(wěn)時為，最大懸臂階段失穩(wěn)時為21.46MPa21.46MPa，小于標準抗壓小于

33、標準抗壓強度。強度。左側掛籃失穩(wěn)與正常施工階段相比，對左側掛籃失穩(wěn)與正常施工階段相比，對0#0#號塊主壓應號塊主壓應力影響相差不大。力影響相差不大。 位置位置大大 小小 比比 較較頂板外側頂板外側主拉應力大小與分布相差不大主拉應力大小與分布相差不大 ，最大主壓應力大小與分布區(qū)域也，最大主壓應力大小與分布區(qū)域也相差不大，基本受壓相差不大，基本受壓頂板內側頂板內側主拉應力在隔板倒角位置為主拉應力在隔板倒角位置為4.37MPa，比正常階段大，比正常階段大2.02MPa，極容易開裂。最大主壓應力有所減小。極容易開裂。最大主壓應力有所減小。腹板外側腹板外側最大主拉應力比正常施工時增加了最大主拉應力比正常

34、施工時增加了1.3MPa。主壓應力相差不大。主壓應力相差不大腹板內側腹板內側左下側位置出現左下側位置出現4.24Mpa主拉應力，正常時該處不出現主拉應力。主拉應力，正常時該處不出現主拉應力。主壓應力相差不大。主壓應力相差不大。底板外側底板外側維修孔邊緣主拉應力維修孔邊緣主拉應力1.58MPa，比正常施工大，比正常施工大0.38MPa。主壓應。主壓應力相差不大力相差不大底板內側底板內側較大主拉應力出現在左側與腹板、橫隔板相交位置，較大主拉應力出現在左側與腹板、橫隔板相交位置，1.58MPa，正常施工時該處無主拉應力。最大主壓應力比正常時大正常施工時該處無主拉應力。最大主壓應力比正常時大1MPa橫

35、隔板左側橫隔板左側左側下部最大主拉應力左側下部最大主拉應力6.62MPa，比正常階段大，比正常階段大6MPa左右。主左右。主壓應力相差不大壓應力相差不大橫隔板右側橫隔板右側右側最大主拉應力比正常施工時減小約右側最大主拉應力比正常施工時減小約1.7MPa，主壓應力在過，主壓應力在過人橫洞下緣出現應力集中人橫洞下緣出現應力集中3.3.3 掛籃失穩(wěn)與正常施工階段結果比對掛籃失穩(wěn)與正常施工階段結果比對Part 14. 0#號塊空間彈塑性分析號塊空間彈塑性分析單軸狀態(tài)混凝土應力單軸狀態(tài)混凝土應力應變曲線應變曲線011ncccf001 0.15nccccuf4.1 4.1 材料參數材料參數4.1.1 4.

36、1.1 混凝土材料混凝土材料上升段：上升段：下降段：下降段：不考慮壓碎。最大懸臂不考慮壓碎。最大懸臂階段極限主拉階段極限主拉2.74MPa2.74MPa，運營階段極限主拉橫隔運營階段極限主拉橫隔板板2.74MPa2.74MPa，其他部位，其他部位1.1MPa1.1MPa。4.1.2 4.1.2 鋼筋材料鋼筋材料 模型中絕大多數鋼筋直模型中絕大多數鋼筋直徑大于徑大于12mm12mm，故設定鋼筋彈故設定鋼筋彈性模量性模量2.02.010105 5MPaMPa，泊松，泊松比比0.30.3，屈服強度，屈服強度335MPa335MPa，切線模量切線模量6100MPa6100MPa。應力應。應力應變關系采

37、用變關系采用BISOBISO雙線性等向雙線性等向強化模型。強化模型。 預應力鋼筋材料屬性同預應力鋼筋材料屬性同3.13.1表中所示。表中所示。 普通鋼筋材料屬性：普通鋼筋材料屬性： d12mm HRB335d12mm HRB335熱軋螺紋鋼筋熱軋螺紋鋼筋 d12mmd12mm、預應力錨下螺旋鋼筋、預應力錨下螺旋鋼筋 R235R235鋼筋鋼筋 4.2 4.2 模型建立模型建立 采用采用solid65單元模擬混凝土，普通鋼筋以配筋率的形單元模擬混凝土，普通鋼筋以配筋率的形式彌散于混凝土單元。配筋率如下表所示。式彌散于混凝土單元。配筋率如下表所示。4.3 4.3 邊界約束條件邊界約束條件 最大懸臂階

38、段：最大懸臂階段：將將0#號塊箱梁橫隔板對應的底板最下層號塊箱梁橫隔板對應的底板最下層節(jié)點完全固結住。節(jié)點完全固結住。 運營階段：運營階段：邊界約束條件如下圖所示。邊跨邊界約束條件如下圖所示。邊跨0#0#號塊支座號塊支座位置一側布置豎向和橫向約束、另一側只布置豎向約束，位置一側布置豎向和橫向約束、另一側只布置豎向約束，1 1、4 4、5 5號墩支座位置布置豎向和橫向約束，號墩支座位置布置豎向和橫向約束，3 3號墩布置三向固號墩布置三向固定約束。定約束。1XYZ0#_block elastic-plastic analysis MAY 10 201415:42:06ELEMENTSUCE4.4

39、4.4 工況荷載工況荷載 最大懸臂階段與彈性分析時相同。運營階段考慮四種工最大懸臂階段與彈性分析時相同。運營階段考慮四種工況荷載。況荷載。荷載組合1#號塊外截面內力位置軸力/KN剪力/KN彎矩/KNm短期效應最大彎矩組合左側1.75105-1.231049.43104右側1.75105-1.271049.76104標準最大彎矩組合左側1.75105-1.2210410.2104右側1.75105-1.2610410.5104短期效應最大剪力組合左側1.75105-1.211049.37104右側1.75105-1.261049.74104標準最大剪力組合左側1.75105-1.1910410.

40、1104右側1.75105-1.2410410.51044.5 4.5 收斂控制收斂控制本論文考慮：本論文考慮：1、應力松弛、應力松弛2、盡量采用六面體單元、盡量采用六面體單元3、子步數、子步數1004、每個荷載子步迭代次數、每個荷載子步迭代次數50次次5、采用力的收斂、精度采用力的收斂、精度0.016、關閉混凝土壓碎選項、關閉混凝土壓碎選項7、非線性求解器、非線性求解器 稀疏矩陣直稀疏矩陣直 接法接法 8、分子步加載時，采用線性遞增、分子步加載時，采用線性遞增 荷載荷載 非線性收斂控制很非線性收斂控制很難一蹴而就，需不難一蹴而就，需不斷試算和借鑒他人斷試算和借鑒他人經驗，它山之石可經驗，它山

41、之石可以攻玉哦以攻玉哦4.6 4.6 結果分析結果分析 選取應力點如下：選取應力點如下：截面突變處具有代表性的位置點截面突變處具有代表性的位置點4.6.1 4.6.1 最大懸臂施工階段最大懸臂施工階段以上各點應力以上各點應力- -應變曲線：應變曲線：10.2.4.6.811.21.41.61.82sigx-1(mpa)0.81.62.43.244.85.66.47.28strain-1(x10*-5) APR 6 201415:29:39POST26910.05.1.15.2.25.3.35.4.45.5sigx-1(mpa)0.2.4.6.811.21.41.61.82strain-1(x1

42、0*-5) POST2691#1#號點主拉號點主拉2#2#號點主拉號點主拉1-.5-.45-.4-.35-.3-.25-.2-.15-.1-.050sigx-1(mpa)0.125.25.375.5.625.75.87511.1251.25strain-1(x10*-4) APR 6 201418:34:45POST2693#3#號點主拉號點主拉10.81.62.43.244.85.66.47.28sigx-1(mpa)0.4.81.21.622.42.83.23.64strain-1(x10*-4) APR 6 201418:49:25POST2693#3#號點主壓號點主壓10.25.5.7

43、511.251.51.7522.252.5sigx-1(mpa)0.2.4.6.811.21.41.61.82strain-1(x10*-4) APR 6 201419:23:24POST2694#4#號點主拉號點主拉10.04.08.12.16.2.24.28.32.36.4sigx-1(mpa)0.1.2.3.4.5.6.7.8.91strain-1(x10*-5) APR 6 201419:49:15POST2695#5#號點主拉號點主拉10.04.08.12.16.2.24.28.32.36.4sigx-1(mpa)0.81.62.43.244.85.66.47.28strain-1(

44、x10*-6) APR 6 201420:09:45POST2696#6#號點主拉號點主拉10.4.81.21.622.42.83.23.64sigx-1(mpa)0.4.81.21.622.42.83.23.64strain-1(x10*-4) APR 6 201420:30:15POST2697#7#號點主拉號點主拉10.2.4.6.811.21.41.61.82sigx-1(mpa)0.4.81.21.622.42.83.23.64strain-1(x10*-5) APR 6 201421:10:35POST2698#8#號點主拉號點主拉102.557.51012.51517.52022

45、.525sigx-3(mpa)0.1.2.3.4.5.6.7.8.91strain-3(x10*-3) APR 6 201421:21:33POST2699#9#號點主壓號點主壓1-.48-.4-.32-.24-.16-.080.08.16.24.32sigx-1(mpa)0.125.25.375.5.625.75.87511.1251.25strain-1(x10*-4) APR 7 201409:20:42POST26910#10#號點主拉號點主拉1-1.4-1.2-1-.8-.6-.4-.20.2.4.6sigx-1(mpa)0.125.25.375.5.625.75.87511.125

46、1.25strain-1(x10*-4) APR 7 201410:01:12POST26911#11#號點主拉號點主拉橫隔板位置應力分布與裂縫分布：橫隔板位置應力分布與裂縫分布：1XYZ0#_block elastic-plastic analysis -5.017-4.074-3.131-2.188-1.245-.302671.6401541.5832.5263.469APR 4 201411:23:49NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =29TIME=.555S1 (AVG)DMX =2.803SMN =-5.017SMX =3.4691XYZ0#_block elasti

47、c-plastic analysis -5.225-4.422-3.62-2.817-2.014-1.212-.409083.3935311.1961.999APR 4 201411:15:00NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =30TIME=.575S1 (AVG)DMX =2.919SMN =-5.225SMX =1.9991XYZ0#_block elastic-plastic analysis -7.564-6.461-5.358-4.255-3.152-2.049-.946404.1565921.262.363APR 4 201411:15:42NODAL SOLUTI

48、ONSTEP=1SUB =41TIME=.795S1 (AVG)DMX =4.052SMN =-7.564SMX =2.3631XYZ0#_block elastic-plastic analysis -10.104-8.712-7.32-5.928-4.536-3.144-1.752-.3602841.0322.424APR 4 201411:16:35NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =52TIME=1S1 (AVG)DMX =5.221SMN =-10.104SMX =2.4242929子步子步3030子步子步4141子步子步5252子步子步10#_block elasti

49、c-plastic analysis APR 4 201414:36:00CRACKS AND CRUSHINGSTEP=1SUB =30TIME=.57510#_block elastic-plastic analysis APR 4 201414:36:25CRACKS AND CRUSHINGSTEP=1SUB =41TIME=.79510#_block elastic-plastic analysis APR 4 201414:35:33CRACKS AND CRUSHINGSTEP=1SUB =52TIME=14.6.24.6.2 運營階段運營階段結果分析結果分析 按實際情況模擬的支

50、座約束與固結約束相比，對按實際情況模擬的支座約束與固結約束相比，對0#0#號號塊支座位置處的縱應力影響較大，固結約束時縱向拉應力塊支座位置處的縱應力影響較大，固結約束時縱向拉應力為為1.7MPa1.7MPa，實際約束時無拉應力。此外，對豎向和橫向應，實際約束時無拉應力。此外，對豎向和橫向應力影響較小。可見，在不考慮支座約束位置應力時，力影響較小。可見，在不考慮支座約束位置應力時，可用可用固結約束近似代替。固結約束近似代替。 不同荷載組合下，不同荷載組合下，0#0#號塊應力分布略有不同。結果表號塊應力分布略有不同。結果表明，在對不同應力分析時，宜選用不同荷載組合。明，在對不同應力分析時，宜選用不

51、同荷載組合。主拉應力主拉應力短期效應最大彎矩組合短期效應最大彎矩組合 主壓應力主壓應力 標準最大剪力組合標準最大剪力組合 縱向拉應力縱向拉應力 短期效應最大剪力組合短期效應最大剪力組合 縱向壓應力縱向壓應力 標準最大剪力組合標準最大剪力組合 豎向拉應力豎向拉應力 標準最大剪力組合標準最大剪力組合 豎向壓應力豎向壓應力 短期效應最大彎矩組合短期效應最大彎矩組合 橫向拉應力橫向拉應力 短期效應最大彎矩組合短期效應最大彎矩組合 橫向壓應力橫向壓應力 標準組合標準組合 運營階段應力點選取與最大懸臂階段位置一致。各應點運營階段應力點選取與最大懸臂階段位置一致。各應點拉壓狀態(tài)與最大懸臂時相似，裂縫發(fā)展狀態(tài)

52、也與懸臂狀態(tài)相拉壓狀態(tài)與最大懸臂時相似，裂縫發(fā)展狀態(tài)也與懸臂狀態(tài)相似，裂縫寬度計算如下：似，裂縫寬度計算如下：123300.28 10ssfksdWC C CE1APR 18 201415:00:41CRACKS AND CRUSHINGSTEP=1SUB =52TIME=15252子步子步橫向裂縫寬度：橫向裂縫寬度：5261.9030 161.0 1.48 1.0=0.262.0 100.28 10 0.006fkHWmm豎向裂縫寬度：豎向裂縫寬度：5209.5230 141.0 1.48 1.0=0.192.0 100.28 10 0.0075fkVWmm 本工程實例屬于本工程實例屬于I

53、I類環(huán)境，橫隔板橫向最大裂縫寬度已類環(huán)境，橫隔板橫向最大裂縫寬度已經經超出超出了規(guī)范許可要求，豎向裂縫最大寬度了規(guī)范許可要求，豎向裂縫最大寬度滿足滿足規(guī)范要求。規(guī)范要求。4.7 4.7 平面彈性、空間彈性、空間彈塑性計算結果對比平面彈性、空間彈性、空間彈塑性計算結果對比 對對0#0#號塊縱向正應力而言，與空間彈性計算結果相比，號塊縱向正應力而言，與空間彈性計算結果相比，在施工階段彈性分析在施工階段彈性分析結果偏小結果偏小，使得在結構截面設計、配筋，使得在結構截面設計、配筋等方面等方面偏于不安全偏于不安全；在運營使用階段，平面彈性模型對各種；在運營使用階段，平面彈性模型對各種因素影響考慮較為充分

54、，雖然上緣計算結果偏安全，但是截因素影響考慮較為充分，雖然上緣計算結果偏安全，但是截面下緣仍舊存在平面分析面下緣仍舊存在平面分析結果偏小結果偏小的問題。對的問題。對0#0#號塊橫向應號塊橫向應力而言，平面分析未能予以考慮，存在較大缺陷。力而言，平面分析未能予以考慮，存在較大缺陷。 彈性計算結果與考慮鋼筋效應后的彈塑性計算結果比較彈性計算結果與考慮鋼筋效應后的彈塑性計算結果比較可知，配置普通鋼筋可以較明顯地改善截面突變位置的應力可知，配置普通鋼筋可以較明顯地改善截面突變位置的應力大小，但總體來看，對于壓應力的改善效果不是非常顯著。大小，但總體來看，對于壓應力的改善效果不是非常顯著。對比運營狀態(tài)橫

55、隔板主拉應力在配筋前后的應力狀態(tài)可知，對比運營狀態(tài)橫隔板主拉應力在配筋前后的應力狀態(tài)可知，在在配筋率足夠配筋率足夠的情況下，普通鋼筋可以非常有效的改善拉應的情況下，普通鋼筋可以非常有效的改善拉應力狀態(tài)；力狀態(tài)；配筋率不足配筋率不足時，裂縫引起的應力重分布會對周圍應時，裂縫引起的應力重分布會對周圍應力狀態(tài)產生影響，彈性應力分析具有一定的局限性。力狀態(tài)產生影響，彈性應力分析具有一定的局限性。Part 15. 縱筋張拉錨固端空間應力分析縱筋張拉錨固端空間應力分析5.1 5.1 錨固構件參數錨固構件參數 選用選用OVMOVM系列夾片錨具，腹板系列夾片錨具，腹板15-2415-24，頂板，頂板15-15

56、15-15。 5.2 5.2 縱筋張拉錨固區(qū)理論計算縱筋張拉錨固區(qū)理論計算 腹板位置：（腹板位置：（1 1）局部承壓區(qū)混凝土的抗裂驗算）局部承壓區(qū)混凝土的抗裂驗算01 31 3 0 96 2 83 0 95 24 4 83762 66857 481 1 46505115crscdlnldF.f A.KNF.KN 局部承壓區(qū)滿足尺寸要求。局部承壓區(qū)滿足尺寸要求。（2 2）局部承壓區(qū)承載力計算）局部承壓區(qū)承載力計算只配置螺旋鋼筋時：只配置螺旋鋼筋時： ln00 96467.771.1 46505115uscdvcorsdldF.fk fAKNFKN局部承壓區(qū)承載能力滿足要求局部承壓區(qū)承載能力滿足要

57、求 。5.3 5.3 錨固端有限計算模型錨固端有限計算模型1XYZNo.0 block APR 23 201418:47:27VOLUMESTYPE NUM1XYZ APR 25 201419:34:40VOLUMESTYPE NUM圓圓形形預預孔孔道道喇喇叭叭管管1No.0 block APR 29 201419:35:58VOLUMESTYPE NUM彈彈塑塑性性分分析析錨錨下下模模型型Solid65Solid65模擬混凝土，錨具選模擬混凝土，錨具選用鋼材用鋼材R235R235屬性，采用自由網屬性，采用自由網格劃分，需要局部細化網格。格劃分，需要局部細化網格。錨具與混凝土通過約束方程錨具與

58、混凝土通過約束方程連接。連接。5.4 5.4 預孔道有無對錨下應力分布的影響預孔道有無對錨下應力分布的影響 在距錨墊板約在距錨墊板約900mm900mm，即，即一倍腹板厚度范圍以外，一倍腹板厚度范圍以外，混凝土應力已均勻分布，混凝土應力已均勻分布，不受局部承壓影響；表明不受局部承壓影響；表明局部承壓影響范圍約等于局部承壓影響范圍約等于一倍腹板厚度范圍一倍腹板厚度范圍。有預。有預孔道時，預孔道邊緣縱向、孔道時，預孔道邊緣縱向、豎向壓應力，橫向拉應力豎向壓應力，橫向拉應力大于無預孔道時對應位置大于無預孔道時對應位置的應力值，且差值較大，的應力值，且差值較大，表明預應力筋張拉灌漿前，表明預應力筋張拉

59、灌漿前，預孔道對截面有較大的削預孔道對截面有較大的削弱作用弱作用。 5.5 5.5 錨墊板下設置喇叭管與否對錨下應力分布的影響錨墊板下設置喇叭管與否對錨下應力分布的影響 錨墊板下設置喇叭管錨墊板下設置喇叭管時，在喇叭管范圍內，混時，在喇叭管范圍內，混凝土應力要比無喇叭管時凝土應力要比無喇叭管時小，由此可見，小，由此可見，設置喇叭設置喇叭管能有效改善錨下混凝土管能有效改善錨下混凝土應力分布應力分布。設置喇叭管時，。設置喇叭管時，錨下混凝土縱向和豎向應錨下混凝土縱向和豎向應力出現鋸齒形折線位置大力出現鋸齒形折線位置大致在喇叭管位置，表明該致在喇叭管位置，表明該位置縱向、豎向應力分布位置縱向、豎向應

60、力分布不是常規(guī)的縱向變化，而不是常規(guī)的縱向變化，而是橫向變化是橫向變化 。5.6 5.6 不同規(guī)格型號錨具對錨下應力分布的影響不同規(guī)格型號錨具對錨下應力分布的影響 錨下局部承壓應力影響錨下局部承壓應力影響范圍與錨具規(guī)格、預孔范圍與錨具規(guī)格、預孔道直徑、施加的荷載大道直徑、施加的荷載大小無關。小無關。5.7 5.7 頂板預應力束張拉對周圍預孔道應力分布影響頂板預應力束張拉對周圍預孔道應力分布影響1No.0 block 12345張拉孔橫向拉應力對周圍張拉孔橫向拉應力對周圍孔道的影響較小，疊加效孔道的影響較小，疊加效應不明顯。豎向應力疊加應不明顯。豎向應力疊加效應較明顯。故截面預孔效應較明顯。故截