ansys软件在预应力钢结构工程中的应用

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1、施工技术篇ANSYS软件在预应力钢结构工程中的应用王湛1潘建荣2张吉3(1．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广州510641)(2．汕头大学土木工程系汕头515063)(3．中国建筑科学研究院北京100013)摘要：运用ANSYS有限元软件，采用梁单元和桁架单元等建立结构的整体有限元模型。采用生死单元，对预应力施工工序全过程进行模拟，实现预应力施工工序的预测情况，给出预应力施工时每次工序各拉索张拉值。有效的指导钢结构工程施工中预应力拉索张拉工序，保证工程顺利完成。关键词：ANSYS软件生死单元预应力拉索某市国际商品交易中心钢结构工程，分为南区、北区、中区三部分。屋面均采用立体桁架形式。

2、单体伞形布置，外高内低。对于立体屋面桁架的支撑，在径向及环向两边最外侧设置了一批兼能限制水平面内位移的柱子；而在其余环向边界上，采用从柱上伸出吊杆作为弹性支撑。整个结构造型新颖，优美，富于现代气息。该结构跨度大、形式新，施工过程涉及较多的预应力工序。预应力施工是保证结构受力，成型的关键工序，对结构整体受力、局部杆件内力和形状控制而言都是十分关键的。而施工过程中的不可预见的可变因素较多，如果这些因素影响了预应力效应的建立，则必将影响整体结构中内力的分布和结构安全性，因此必须对结构的关键部位在施工过程中进行检测监控，以便及时发现施工过程中可能出现的异常，及时调整施工或设计方案，为工程的顺利施工提供

3、条件。1．结构体系I．1主体桁架结构某市国际商品交易中心工程，南北区结构相同。中区与南北区结构形式相似，中区跨度较小，结构体系相对简单。本文着重讲述南北区结构体系，如图1所示。图1主体桁架结构模型图1．2桁架主跨方向拉索1、2、3、4号索如图2所示，在对桁架主跨方向拉索l、2、3、4号索进行验算时，不考虑檩条连接作用，也不考虑主跨以外除平衡索以外的联系，所以简化成只算一榀即可。(1)设计提供在结构自重下(工况1)的索力目标值为：1号索2lOkN；2号索160kN；3号索160kN；4号索900kN；计算时先对结构1"--,4号索的节点处加上等效索力集中荷载，然后全部激活1～4号索，使结构达到工

4、况l的状态。(2)现场施工由于屋面板已经上去(工况2)，所以要考虑屋面板的作用。在工况1的状态下加上屋面节点荷载，就得出实际施工情况的索力目标值。l～4号索的索力增第一作者：王湛，男，1958年4月出生，教授264’2008全国钢结构学术年会论文集[2008·10]王湛，等：ANSYS软件在预应力钢结构工程中的应用圈2主跨单榀桁架图加，变为230kN，180kN，170kN，930kN(计算确定)。(3)求各根拉索的张拉力，原则上是保证柱子两边索力偏差不大，则4号索需分次张拉；拉索1、2、3的张拉力不大于210KN。施工具体步骤：①1号索与4号索同时张拉，1号索张拉至200kN，4号索张拉至2

5、00l【N②2号索与4号索同时张拉，2号索张拉至150kN，4号索张拉至500kN；此时1号索增加至220kN(调整4号索的张拉力，使1号索往增加的方向变化)。⑨3号索与4号索同时张拉，3号索张拉到位至170KN，4号索张拉到位至930KN；此时1号索和2号索索力到位：230KN和180KN。在有限元模拟中，杀死拉索单元的顺序与施工顺序是相反的，4号索分3次张拉。1．3桁架横向平衡拉索5-g-索由于拉索相关性大，所以需要考虑拉索之间的互相影响，考虑超张拉，所以需要整体计算。但由于与其他杆件关系不大，所以可简化为如图1所示模型。(1)设计提供在结构自重下(工况1)的索力目标值为：59-索350K

6、N；计算时先对结构12根5号索的节点处加上等效索力集中荷载，然后全部激活12根5号索，使结构达到工况1的状态。况2)，所以要考虑屋面板的作用。在工况1的状态下加上屋面节点荷载，就得出实际施工情况的索力目标值。5号索的索力增加，变为370KN(计算确定)。(3)求各根拉索的张拉力。施工具体步骤：以柱子为单位，从一个方向往一个方向进行，每次张拉一个柱的两边平衡索。验算时，每次同时杀死一个柱的两根索。2．ANSYS有限元分析由于实际施工中的各种因素，不可能实现全部拉索同时张拉，拉索必须分先后张拉。由于受结构空间整体性的影响，后张拉的索将对先张拉的索力有影响。如果在施工中就按照最终所需要的控制值进行张

7、拉，在进一步张拉其他拉索后，结构将进一步产生位移，导致有的索伸长、有的索缩短，表现为有的索索力增大，有的索索力减小。这样就不能够实现所需要的预应力张拉值。因此，必须对施工阶段拉索的预张拉力进行计算和确定，使其全部张拉完毕后索力达到设计索力的要求。对此，我们采用有限元分析模型ANSYS程序的单元生死功能，对张拉施工过程进行了施工各工况的全程跟踪模拟分析。适当提高索的张拉力，使其在最终状态建立设计要求