ANSYS預(yù)應(yīng)力鋼筋建模方法總結(jié)

2016-10-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在使用ANSYS對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行分析時(shí),常常由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的存在加大了模型的建模以及分析難度。本文對(duì)常見的預(yù)應(yīng)力鋼筋建模方法略做了總結(jié)。

ANSYS對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的分析方法從大體上主要分為兩種:等效載荷法和實(shí)體力筋法。所謂等效載荷法也即是將混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用分別考慮,且以外加荷載的形式取代預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用,而實(shí)體筋法則是在建模過程采用Solid65單元模擬混凝土,link180單元模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋。

下面就分別針對(duì)這兩種方法的特點(diǎn)略做簡要總結(jié)。

一、等效載荷法

該方法的主要優(yōu)點(diǎn)就是建模簡單,不必考慮力筋的具體位置,網(wǎng)格劃分較為容易,使用該方法可以較為容易得到結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下的整體效應(yīng)。

但該方法的缺點(diǎn)也顯而易見,主要如下:

1、該方法沒有考慮力筋對(duì)混凝土的作用分布以及方向。

2、由于預(yù)應(yīng)力鋼筋通常是不規(guī)則形狀,因此對(duì)某些線性的力筋模擬較為困難,例如常見的直線(較短)+曲線+直線(很長)+曲線+直線(較短)。

3、無法得到結(jié)構(gòu)細(xì)部的受力反應(yīng)。

4、當(dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)有外部荷載作用時(shí),其共同作用難以考慮。

5、張拉過程無法模擬

6、無法模擬應(yīng)力損失等其他一些不利因素。

二、實(shí)體力筋法

與等效荷載法不同,實(shí)體力筋法將混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋劃分為不同的單元,并且考慮其相互間的作用,此時(shí)預(yù)應(yīng)力的施加可以通過降溫或者初應(yīng)變兩種方式實(shí)現(xiàn)。兩種施加初應(yīng)力的方法相比較而言,降溫法比較簡單,同時(shí)還能模擬力筋的應(yīng)力損失。初應(yīng)變法一般情況下是不能考慮預(yù)應(yīng)力損失,工作量較大。

從上述描述可見,采用實(shí)體力筋法模擬預(yù)應(yīng)力效應(yīng)時(shí),結(jié)構(gòu)建模較為復(fù)雜,尤其是當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋較多且多為不規(guī)則線性時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)單元的劃分帶來的工作量較大,并且極容易出現(xiàn)不規(guī)則單元形狀。

相比等效荷載法而言,實(shí)體力筋法有較多優(yōu)點(diǎn):

1、由于在建模過程中準(zhǔn)確定位了預(yù)應(yīng)力鋼筋,因此該方法能充分考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

2、可以模擬不同程度的張拉。

3、可以得到結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力和其他荷載共同作用下的反應(yīng)。

4、可以模擬應(yīng)力損失的影響。

因此,在具體分析過程中,需要根據(jù)分析目的選擇合適的方法,例如,如果只關(guān)心結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力鋼筋作用下的整體響應(yīng),可以選擇等效載荷法,而如果要考慮力筋不同線形、不同張拉程度、應(yīng)力損失或者需要觀察局部應(yīng)力反應(yīng)時(shí),則可以選擇實(shí)體力筋法。

那么當(dāng)選擇實(shí)體力筋法建模時(shí),怎么處理好預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土的關(guān)系呢?

一般說來,主要有三種方法:實(shí)體分割法、節(jié)點(diǎn)耦合法以及約束方程法。

所謂實(shí)體分割法,也即是和普通鋼筋混凝土分離式建模方法相類似。先建立混凝土幾何體,然后利用工作平面和力筋線拖拉形成的面,將混凝土幾何體進(jìn)行切割,得到混凝土幾何體內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼筋線。但如果力筋線很復(fù)雜時(shí),建模較為繁瑣。

節(jié)點(diǎn)耦合法的基本思路是分別建立實(shí)體和力筋的幾何模型,建模時(shí)不考慮兩者之間的關(guān)系。在對(duì)各自進(jìn)行網(wǎng)格劃分后,采用耦合自由度節(jié)點(diǎn)將力筋單元和實(shí)體單元聯(lián)系起來。

約束方程法借用節(jié)點(diǎn)耦合的概念,通過CEINTF命令在混凝土節(jié)點(diǎn)與鋼筋節(jié)點(diǎn)之間建立約束方程。并且可以設(shè)定容差范圍,在該范圍內(nèi),選中混凝土的數(shù)個(gè)單元節(jié)點(diǎn)與鋼筋單元的一個(gè)節(jié)點(diǎn)建立約束方程,通過多組約束方程,將力筋單元與混凝土單元連接為整體。相比其他兩種方法,該方法不僅建模效率高,并且也較為符合實(shí)際,計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。

實(shí)際建模過程中,需要根據(jù)具體情況選擇建模方法,上述總結(jié)也只是對(duì)各種方法的略微總結(jié),具體問題還需具體分析,結(jié)合各種方法來實(shí)現(xiàn)也不是不可能的。

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