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1、ANSYS在体外预应力混凝土结构非线性分析中的应用余海堂技术应用研究ANSYS在体外预应力混凝土结构非线性分析中的应用余海堂(铁道第四勘察设计院公路处武汉430063)[摘要]体外预应力混凝土结构由于其体外索和梁体在受力过程中变形不相协调的特点使计算比较困难,采用有限元进行数值分析是常用的一种方法。体外预应力混凝土结构有限元建模有其特殊性,如何建立有限元模型是正确分析的基础。详细介绍了如何运用ANSYS对体外预应力混凝土简支梁进行有限元建模及全过程分析,包括单元选取、本构关系的选用、网络的划分、计算的设置
2、等,最后通过实例验证了该建模方法的正确性。[关键词]ANSYS体外预应力梁本构关系体外预应力混凝土结构是后张预应力混凝土混凝土简支梁为例,采用ANSYS有限元分析软结构体系的一个重要分支,指在混凝土梁体外使件对混凝土梁进行了非线性有限元三维建模及全用无粘结预应力钢筋,用锚固端和梁相连接,通过过程分析。中间转向块使索偏转的一种预应力结构。近年来,由于斜拉桥的再度发展和节段施工法在桥梁1单元选择建设中的大量应用以及旧有建筑物的加固等,为体外预应力的发展创造了有利条件[1]。体外预应(1)混凝土单元力混凝土结构在正常使用极
3、限状态和承载能力极ANSYS的SOLID65单元是专为混凝土、岩限状态下的各种性能是设计者关注的问题,而我石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发国现行规范还没有提出一种有效的计算方法。国的单元。SOLID65单元用于含钢筋或不含钢筋外规范大都是以实验数据为基础建立起来的,但的三维实体模型。该实体模型可具有拉裂与压碎这些实验数据大多是以小梁为研究对象,和实际的性能。在混凝土的应用方面,如用单元的实体结构有一定出入;另外,实验梁的数量、形式、材料性能来模拟混凝土,而用加筋性能来模拟钢筋的都不可能包含所有可能的体外预应力结构的规作
4、用。该单元也可用于其它方面,如加筋复合材律。因此,解决此问题的最好办法就是采用有限料(如玻璃纤维)及地质材料(如岩石)。SOLID65元数值分析,而体外预应力混凝土结构建模有其单元具有八个节点,每个节点有三个自由度,即特殊性,正确建立有限元模型是进行数值分析的X、Y、Z三个方向的线位移;还可对三个方向的含基础。筋情况进行定义。SOLID65单元与SOLID45单有限元法是在连续体力学领域应用的一种数元(三维结构实体单元)相似,只是增加了描述开值分析方法。ANSYS是由美国ANSYS公司开裂与压碎的性能。本单元最重要的方面在于其对
5、发的用于微机平台的大型有限元分析软件。用材料非线性的处理。其可模拟混凝土的开裂(三ANSYS分析钢筋混凝土结构时,在弹性及线弹性个正交方向)、压碎、塑性变形及徐变,还可模拟钢阶段一般可取得满意的结果,因此适合于分析预筋的拉伸、压缩、塑性变形及蠕变,但不能模拟钢[2][3]应力混凝土结构。本文以单折线体外预应力筋的剪切性能。36铁道勘测与设计RAILWAYSURVEYANDDESIGN2007(1)余海堂:ANSYS在体外预应力混凝土结构非线性分析中的应用(2)非预应力钢筋单元入混
6、凝土的应力应变关系来确定本构关系。输入非预应力钢筋可采用两节点的Link8单元,的时候要注意第一点应力和应变的比值与初始弹每个节点有三个自由度,可以在X、Y、Z三个方向性模量要一致,否则程序运行要出现错误。本次平移,该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大计算采用了二次曲线+水平直线段的形式(也可变形、大应变等功能。采用实际实验得出的应力应变关系),以便于收(3)体外预应力筋单元敛。应力应变关系如下:2体外预应力筋可采用Link10来模拟,该单元00=fc[2/0-(-0)]⋯⋯⋯(1)是一个两节点单轴拉压
7、单元,不考虑抗弯、抗剪,0cu=fc⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)每个节点有三个自由度,对应于X、Y、Z三个方向式中,为混凝土的应变;0为相应于棱柱体抗压平移。Link10单元具有塑性变形、徐变、应力刚强度的混凝土压应变,取0.002;cu为混凝土的极化、超弹和大变形能力。限压应变,取0.0033;为混凝土的应力;fc为混(4)预埋钢板单元凝土棱柱体抗压强度设计值。在ANSYS有限元分析中,如果约束或荷载在ANSYS中输入混凝土材料性质的数据如3直接加在混凝土节点上,很可能在节点附近产生下:混凝土容重rc=2
8、5kN/m;弹性模量Ec=2应力集中,从而使附近的混凝土突然破坏,造成求30000N/mm;极限抗压强度fc=13.4MPa;极限解失败。因此,要在锚固和加载处预埋钢板。预抗拉强度ft=1.34MPa;泊松比=0.2;张开裂缝埋钢板可采用三维实体单元SOLID4
