ANSYS施加预应力方式.docx
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ANSYS施加预应力方式
ANSYS施加预应力方式
众所周知，在ANSYS中，预应力混凝土分析（有粘结）可采纳等效荷载法和实体力筋法。
所谓等效荷载法，确实是将力筋的作用以荷载的形式作用于混凝土结构；所谓实体力筋法确实是用solid模拟混凝土，而link模拟力筋。
1等效荷载法的优缺点
优势是建模简单，没必要考虑力筋的具体位置而可直接建模，网格划分简单；对结构的在预应力作用下的整体效应比较容易求得。
其要紧缺点是：
①等效荷载法没有考虑力筋对混凝土的作用散布和方向，力筋对混凝土作用显然在遍地是不同的，等效荷载法那么无法考虑；水平均布分量没有考虑。
②对某些线形的力筋模拟困难，例如通常采纳的是直线（较短）＋曲线＋直线（很长）＋曲线＋直线（较短），这种形式的布筋等效起来麻烦，且可能不合理。
③难以求得结构细部受力反映，不然荷载必需施加在力筋的位置上，这又失去建模的方便性。
④在外荷载作用下的一起作用难以考虑，不能确信力筋在外荷载作用下的应力增量。
⑤对张拉进程无法模拟。
⑥无法模拟应力损失引发的力筋遍地应力不等的因素。
其最大的一个缺点是：
较粗！
取得的结果与实际情形误差较大！
最近做了点实际计算，通过比较发觉，结果与实际的误差相差较多（可能是特例），因此采纳该方式需要谨慎和校验一下。
2实体力筋法的优缺点
将混凝土和力筋划分为不同的单元，预应力的模拟能够采纳降温方式和初应变方式。
降温方式比较简单，同时能够模拟力筋的损失，单元和实常数几种即可；初应变通常不能考虑预应力损失，不然每一个单元的实常数各不相等，工作量较大。
可消灭等效荷载法的缺点。
但建模工作量似乎要大些。
拜年帖2-----预应力混凝土分析中实体力筋法的ansys处置进程
有两种处置方式，一是体分割法，二是采纳独立建模耦合法。
1体分割法
用工作平面和力筋线拖沓形成的一个面，将将体积分割（divide），分割后体上的一条线概念为力筋线。
如此不断分割下去，最终形成许多复杂的体和多条力筋线，然后别离进行单元划分，施加预应力、荷载、边界条件后求解。
这种方式是基于几何模型的处置，即几何模型为一体，力筋位置准确，求解结果精准，但当力筋线形复杂时，建模专门麻烦。
2独立建模耦合法
该法的大体思想是实体和力筋独立建几何模型，别离划分单元，然后采纳耦合方程将力筋单元和实体单元联系起来，这种方式是基于有限元模型的处置。
其大体步骤如下：
①成立实体几何模型（不考虑力筋）；
②成立力筋线的几何模型（不考虑体的存在）；
③将几何模型按必然的要求划分单元（这时也是各自独立的）；
④选择所有力筋线；
⑤选择与上述力筋相关的节点（nsll命令），并概念选择集；
⑥将上述力筋节点存入数组；
⑦选择所有节点，并去掉⑤中的节点集（这时是除力筋节点外的所有节点）；
⑧按力筋节点数组搜寻所有最近的实体节点号，并存入数组中；
⑨耦合力筋节点与最近的节点，一一耦合（cp命令）（不能利用cpintf命令，如此可能耦合其它节点，且容易不耦合）
⑩选择所有，并施加边界条件和荷载，能够求解了。
这种方式建模专门简单，耦合处置也比较简单（APDL要熟悉些），缺点是当实体单元划分不够密时，力筋节点位置可能有些走动，但误差在可同意范围之内！
这种方式是解决力筋线形复杂且力筋数量很多时的较佳方式。
预应力简支梁弹性分析--体线独立耦合法例如
!
-----------------------------------------
/prep7
eg=2e5
ag=140
eh=4e4
r0=9345
yyl=200000
et,1,link8
et,2,solid95
r,1,ag,yyl/eg/ag*
r,2
mp,ex,1,eg
mp,prxy,1,
mp,ex,2,eh
mp,prxy,2,
blc4,,,100,200,3000
/view,1,1,1,1
/ang,1
vplot
!
------------概念力筋线
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
!
-------------概念约束
lsel,s,loc,z,0
lsel,r,loc,y,0
dl,all,,uy
lsel,s,loc,z,3000
lsel,r,loc,y,0
dl,all,,all
allsel,all
!
-----------单元划分
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
!
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,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
模拟预应力要紧分为两大块：
一．模拟预应力的张拉进程；二．模拟预应力在结构中的作用．
关于一比较复杂，需要考虑摩擦，要紧问题是参数的选取，而不是如何成立模型的问题，具体参数需要大量的实验才能确信．
关于二是结构分析比较关切的问题，不论采纳耦合、共用节点，约束方程，要紧问题是力的传递途径是不是正确，和预应力的散布是不是正确。
关于体外索，整根预应力束应力相同，能够采纳统一的初始应变，或着降温，中间节点在和转向器连接的地址放松纵向自由度，径向同转向器节点耦合。
而关于体内束，不管先张、后张，结构形成以后预应力和混凝土已经固节（除非你分析极限承载力，考虑滑移），预应力节点和混凝土节点应该完全耦合。
其要紧问题是整个预应力束的预应力散布如何模拟，施加分段初应变是可取的，可是比较繁琐（但完全能够专门好的操纵）。
还有一个问题，确实是初应变的大小如何确信，事实上，确信初应变的大小确实是模拟张拉的一个进程，咱们最终要的是存留值，要想精准模拟因此必需通过反复调整初应变来模拟混凝土梁的弹性紧缩损失。
还有“有限元梁杆组合结构分析方式”
别离用梁单元模拟混凝土梁,用杆单元模拟预应力筋.梁与杆之间的连接方式采纳刚臂或约束方程,即梁两头为固接,杆两头为铰接,确保在杆上施加的预应力能够传递到梁两头,同时梁的变形对预应力的阻碍也能够通过杆表现出来,由此形成钢筋混凝土梁的梁杆组合结构.
预应力通过初应变或降温法使杆产生收缩应变以模拟预应力筋张拉,杆收缩对梁的轴力和弯矩作用可通过约束方程或刚臂传递到梁两头.设杆轴力为T,那么对梁两头的轴力和弯矩别离为
F=T; M=Ta.
梁杆组合结构分析方式的实质是利用杆施加预应力取代等效载荷,如此不仅能够解决梁截面特性随预应力筋的加入而改变的问题,而且使预应力效应能够动态响应结构转变.这种方式比等效载荷法更接近实际,精度更高.
预应力筋张拉模拟采纳降温法模拟预应力张拉.对先张法预应力混凝土,一次降温可模拟张拉进程;对后张法预应力混凝土,由于降温模拟张拉进程中结构会发生相应转变,因此一次降温模拟难以达到预期张拉力,能够通过降温迭代方式来达到预期值.而关于弹性紧缩损失,那么可利用单元生死技术模拟分批张拉有效计入
个人愚见：
等效荷载做分析，关于直线筋，模型整体分析显然是适用的，做局部份析也能够；关于曲线筋无法模拟损失及应力散布情形，不适用。
温度模拟预应力事实上是有问题的，从计算理论上可知，即便关于不考虑摩察损失的直线筋，假设钢筋与梁体分离仅仅梁端耦合，本质上与等效荷载法完全一致；假设不只是梁端耦合，那么降温进程，无法模拟张拉钢筋的滑移，关于曲线筋，无法模拟预应力钢筋的损失及梁体受到切向摩察的应力散布情形，因此应该说用温度模拟预应力是有专门大的问题的。
初应变模拟钢筋与温度类似，假设要研究梁体局部应力散布情形，与降温法一样无法模拟。
模拟出的结论对梁的跨中截面而言可能正确的，但离开跨中，有摩察和滑移地址不正确，而且越离跨中远误差越大。
因此很多分析都是针对跨中数据的查验，仿佛正确（跨中恰好对称），假设对离开跨中一段距离进行分析，就会发觉不正确。
因此假设要对梁体进行局部应力散布分析，要考虑滑移和摩察的切向阻碍后，就会发觉问题。
因此实际用ANSYS计算的预应力成效不如用结构设计原理和标准计算结果准确。
桥梁博士是采纳设计原理和标准计算方式，因此比较准确。
正在做持续梁桥的悬臂施工仿真分析,关于三向预应力钢筋的模拟是一个很关键的问题,总结了一些自己的体会.
1;用面面切割体生成线是很方便也是比较理想的,能准确的模拟力筋的位置,对线型把握得专门好,但要考虑一个问题确实是在力筋线很多,而模型本身又不是很规整的情形下会造成切割成太多的小实体（比如横向,竖向的钢筋靠得很近而且又多）,在分网的时候就会显现问题以致无法做下去.
2:
等效荷载法是一种很传统的方式,很多桥梁分析软件在考虑预应力的时候是在平面杆系结构顶用等效荷载来做的..我感觉在做整体分析是用它来分析应该是能够的.要做局部份析的话,不是专门好;比如在做箱梁分析的时候,纵向的预应力钢筋长而且线型复杂.用这种方式是不行的.而在考虑竖向钢筋的时候,直筋而且不是很长,（LMAX=4M）采取等效荷载法来做.
3:
当预应力筋的线型比较复杂,实体和预应力筋单独建模,分网,用约束方程法来做不错,我在考虑腹板的纵向预应力筋的时候确实是如此来做的
4;在同一个模型中结合上面的三种方式来做,说来也是没方法啊,在用方式一实在是做不下去了,就用综合后面的方式来做,只是最后还算能够.
5;预应力的损失如何算,就按标准来做吗,可不能够用ANSYS来做这方面的分析,希望有更多的人来探讨
6.一点拙见,希望列位指教.
在ansys中施加预应力仿佛是个蛮重要的问题，希望大伙能仁者见仁智者见智。
我先说两句：
１．在构件表面能够加等效荷载，此刻仿佛一样都采纳这种方式。
２．把预应力筋的位置从混凝土体中挖去，然后在在洞口的表面上加上荷载，适于精准分析。
这种方式我正在尝试，但比较繁，而且网格划分会很密，不适宜做整体的分析，但可用于局部份析。
３．加温度荷载。
在预应力筋处降温，产生收缩，施加当量的预应力，这种方式目前正在尝试。
请高手多多指教！
在一篇论文中有如此的描述：
墙板，环梁，底板均采纳ANSYS提供的三维实体SOLID65进行分析，预应力钢绞线采纳连接元LINK8，此单元有拉伸紧缩刚度，无抗弯刚度。
划分单元时候，使LINK8元的节点和SOLID65元的节点置空间同一点。
空间同点上的二节点在线单元LINK8垂直平面内的位移，利用约束方程处置为相同，而二节点沿线元纵向的位移各自独立。
LINK8元和SOLID65元空间同点节点的约束方程处置，正确反映了后张预应力施工时候，钢绞线只能沿墙纵向相对滑移而可不能走离墙中心位置饿真实进程。
Itdependswhatdoyouwant.
IfyouwanttodeterminethestressdistributionatEACHstageyouapplytheloads,Iadviceyouuselinkelementwithinitialstrain.
IfyouwanttodecidethestressdistributonONLYattheserviceloadstage,Ithinkitwillbeeasiertouseeqalloadmethod.
Ifyouwanttodesignthestructureatultimatelimitstage,maybeyoucanevenigonretheeffectofprestress,becauseallthereinforcementhavereachedtheirstrength.（Ofcourseyoucanincludethesecondeordermomentsandshears）.
用温度应力代替预应力是可行的.
可能也是最好的模拟预应力方式.
能够做几个习题试一下
在ANSYS中通过变温施加预应力是一种简便有效的手腕。
先将预应力筋的形状用LINK单元表示好（转折处用约束方程规定），没必要担忧单元的重叠，然后依照需要概念LINK单元的线胀系数及其温变（其它单元不要规定温变）。
尝试计算一次，查对一下LINK单元的应力是不是知足精度（因为相连的其它单元会一路变形），调整一两次就能够够了
还有一个方法,确实是直接加预应力荷载.在solution中,有一个applyinitialstress的命令.只是仿佛只能用于部份单元:
link180,beam188,beam189,etc...
预应力混凝土的分析方式可分为两大类：
其一是将力筋的作用以荷载的形式作用于结构即所谓的等效荷载法，其二是力筋和混凝土别离用相应的单元模拟，预应力通过不同的模拟方式施加称之为实体力筋法，这两种方式都可依照不同的分析目的或需要而采纳不同的单元进行模拟。
等效荷载法可采纳的单元形式要紧有beam系列shell系列和solid系列,考虑到该方式的特点,一样作为结构受力分析或施工进程操纵可采纳beam和shell系列单元,而利用solid单元系列那么比较少。
等效荷载法的优势是建模简单，没必要考虑力筋的具体位置而可直接建模，网格划分简单。
对结构在预应力作用下的整体效应比较容易求得。
其要紧缺点是：
一、无法考虑力筋对混凝土的作用散布和方向。
曲线力筋对混凝土作用在遍地是不同的，等效时没有考虑，而水平散布力也没有考虑。
二、在外荷载作用下的一起作用难以考虑，不能确信力筋在外荷载作用下的应力增量。
3、难以求得结构细部受力反映，不然荷载必需施加在力筋的位置上，这又失去建模的方便性。
4、张拉进程难以模拟，且无法模拟由于应力损失引发力筋遍地应力不等的因素。
五、细部计算结果与实际情形误差较大，不宜进行详尽的应力分析。
实体力筋
实体力筋法中的实体可采纳的单元有shell系列和solid系列,对混凝土结构一样采纳solid系列比较好。
在弹性时期应力分析中，可采纳弹性的solid系列，而要考虑开裂和极限分析，可采纳专为混凝土模拟的solid65单元。
而力筋可采纳link单元系列。
预应力的模拟方式有降温法和初应变法，降温方式比较简单，同时能够设定不同位置的预应力不等，即能够对应力损失进行模拟；初应变法通常不能考虑预应力损失，不然每一个单元的实常数各不相等，工作量较大。
这种方式可排除等效荷载法的缺点，对预应力混凝土结构的应力分析能够精准地模拟。
实体力筋法在建模处置上有三种处置方式，即实体分割法，节点耦合法，约束方程法。
实体分割法
大体思路是先以混凝土结构的几何尺寸创建实体模型，然后用工作平面和力筋线拖沓形成的面，将混凝土实体分割，将分割后体上的一条与力筋线型相同的线概念为力筋线，如此不断分割下去，最终形成许多复杂的体和多条力筋线，然后别离进行单元划分、施加预应力、荷载、边界条件后进行求解。
这种方式是基于几何模型的处置，力筋位置准确，求解结果精准，但当力筋线型复杂时，建模比较麻烦，乃至致使布尔运算失败。
节点耦合法
该法的大体思路是别离成立实体和力筋的几何模型，创建几何模型时没必要考虑二者的关系，然后对几何模型的实体进行各自的单元划分，单元划分后采纳耦合节点自由度将力筋单元和实体单元联系起来，这种方式是基于有限元模型的处置，其大体步骤可归结如下：
一、成立混凝土实体几何模型，现在不考虑力筋
二、成立力筋线的几何模型，现在不考虑混凝土实体的存在。
3、将几何模型按必然的要求划分单元，现在也是各自独立地划分。
4、选择所有力筋线及其力筋的相关节点、并概念选择集、将上述力筋节点存入数组。
五、选择所有节点，并去掉力筋节点的选择集，即选择除力筋节点外的所有节点。
六、按力筋节点数组搜寻所有最近的混凝土单元节点号，并存入数组中；
7、耦合力筋节点与最近的混凝土单元节点自由度。
八、施加边界条件和荷载，求解。
这种方式建模比较简单，假设熟悉apdl编程，那么耦合节点自由度处置也比较简单。
缺点是当混凝土单元划分不够密时，力筋节点位置可能有些走动，造成必然误差，为排除该误差，必将将混凝土单元划分的较密，即以捐躯计算效率取得上述优势，该方式是解决大量复杂力筋线型的有效方式。
约束方程法
在节点耦合法中，是通过点（混凝土单元上的一个节点）点（力筋上的一个节点）自由度耦合的，如此需要找寻最近的节点然后耦合，略显麻烦。
因此可通过ceintf命令在混凝土单元节点和力筋单元节点之间成立约束方程。
与利用节点耦合法建模相较较，更为简单，在别离成立几何模型和单元划分后，只需选择力筋节点ceintf命令自动选择混凝土单元的数个节点，在容差范围内与力筋的一个节点成立约束方程，通过量组约束方程，将力筋单元和混凝土单元连接为整体。
显然，该法更能提高工作效率，且对混凝土网格密度要求不高进而提高了计算效率。
该法也比较符合实际情形，计算结果较为精准。
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